Безопасность гидротехнических сооружений

Гидротехнические сооружения различного типа – от плотин до хвостохранилищ промышленных отходов – в процессе эксплуатации требуют постоянного контроля состояния, основной целью которого является предотвращение протечек через тело плотины. Образованию протечки предшествует опасный инженерно-геологический процесс – сквозная фильтрация. Причины сквозной фильтрации можно выделить следующие:
– перелив фильтрата через гребень ядра плотины.
– просачивание фильтрата через суглинистое ядро плотины или через линзы крупных фракций грунта в противофильтрационном элементе.
– фильтрация через породы естественного сложения, образующие основание ГТС.
– фильтрация через водопроницаемые зоны грунтов естественного сложения в низовых и боковых примыканиях.
Сквозная фильтрация приводит к повышению водопроницаемости грунта за счёт суффозии, ослабляет структурную прочность грунта, на хвостохранилищах – вызывает загрязнение грунтовых вод растворимыми компонентами хвостов.

Геофизические методы контроля, в частности, электроразведка, обладают рядом неоспоримых преимуществ. В сравнении с контролем при помощи скважин, оборудованных контрольно-измерительной аппаратурой, и информирующих о состоянии плотины только в небольшой окружающей каждую скважину зоне, электроразведочные методы дают информацию площадного характера. В короткие сроки можно получить исчерпывающую информацию о состоянии всего тела дамбы и наличию зон протечек, сквозной фильтрации или аномального обводнения в ней.

Основываясь на публикациях иностранных геофизиков, можно сделать заключение о том, что различные геофизические методы для мониторинга загрязнений грунтовых вод жидкими отходами, контроля состояния насыпных дамб и других гидротехнических сооружений, применяются в Европе и США уже более двадцати пяти лет. Относительно недавно подобные методы стали активно применять и в России.

С применением методов электротомографии, индукционного профилирования и георадиолокации при диагностики и мониторинге подземного пространства насыпных дамб возможно проанализировать их целостность, выделить литологические слои и определить их мощность (объем), выявить участки переувлажнения, локализовать каналы протечки (ускоренной фильтрации), обнаружить неоднородности в структуре гидротехнических сооружений.

По результатам применения аппаратуры индукционного профилирования можно эффективно и быстро локализовать подозрительные места в теле плотины, требующие дальнейшего детального анализа. Глубинность зондирования до 8 м, что в большинстве случаев является достаточной.

Электротомография – это современная модификация метода сопротивлений, использующая многоэлектродные системы наблюдений. Особенности метода – высокая плотность наблюдений и автоматическая обработка большого количества измерений в короткие сроки, использование при обработке 2D-инверсии. Электротомография – высоко информативный метод, позволяющий детально анализировать тело дамб, в том числе имеющие аномалии по данным индукционного профилирования. Изучая распределение удельного электрического сопротивления в теле дамбы можно локализовать песчаные сифоны и другие каналы фильтрации.

Зондирование георадаром производится путем излучения последовательности высокочастотных электромагнитных импульсов и измерении электрического поля движущегося фронта электромагнитной волны в геологической среде. Под диэлектрическими неоднородностями в данном случае понимается геологические границы. По измеренному времени распространения сигнала в зондируемой среде и известной скорости распространения электромагнитного сигнала в материалах определяется расстояние до границы раздела литологических слоев. Таким образом с применением георадара имеется возможность с высокой точностью оценить объем однородной среды, например до границы переувлажнения, а также локализовать неоднородности в сухой среде с более высокой разрешающей способностью, чем методы электротомографии и индукционного профилирования.

Сложившаяся практика показывает, что задачи мониторинга и контроля безопасности на ГТС с максимальной эффективностью возможно решать только комплексным подходом, объединив возможности геофизических методов для определения зон переувлажнения и локальных неоднородностей, индикаторных методов для оценки скорости и направления фильтрации воды, а также математических методов для построения актуальных геодинамических моделей.

Наша компания успешно проводит работы с использованием геофизических методов для диагностики и мониторинга на объектах ГТС, в том числе рамках решения следующих задач:
– Локализация фильтрационных потоков в теле грунтовой дамбы;
– Определения зон разрушения, трещиноватости, обводненности;
– Определения фильтрационных и прочностных характеристик грунтов малоинвазивными методами геоинженерного опробования;
– Повторные исследования после проведения восстановительных работ на ГТС для оценки их эффективности;
– Мониторинг и диагностика состояния бетонных конструкций (наличие армирования, внутренних разрушений, трещин, пустот);
– Локализация инженерных коммуникаций;
– Разработка рекомендаций, подбор методик для восстановления гидротехнических сооружений.