ЗАРУБЕЖНЫЕ МЕТОДЫ И ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ ГРУНТОВЫХ ПЛОТИН III И IV КЛАССОВ

FOREIGN METHODS AND EQUIPMENT USED in the SURVEY of UNDERGROUND DAMS of III and IV CLASSES

Акристиний Вера Александровна, доцент Московский государственный строительный университет ИЭУИС КТН

Шиянова Татьяна Владимировна, Московский государственный строительный университет ИЭУИС

Akristinii Vera Aleksandrovna

SHiianova Tatiana Vladimirovna

Аннотация. В статье рассмотрены зарубежные методы и оборудование, применяемые при обследовании грунтовых плотин lll и lV классов. Автор приходит к выводу, что применение в зарубежной практике обследования  ГТС различных инновационных методов и технологий позволяет повысить точность исследований, что сокращает сумму затрат,  время  его проведения, а также  позволяет предотвратить различные аварийные ситуации, которые возможны в случае разрушения ГТС под воздействием ряда факторов природного и техногенного характера.

Summary. The article discusses foreign methods and equipment used in the survey of underground dams of lll and lV classes. The author comes to the conclusion that the application in foreign practice survey GTS various innovative methods and technologies allows to increase the accuracy of research that reduces the cost of such a study, reduces the time of the meeting, and also prevent various emergency situations that might occur in the case of the destruction of the GTS under the influence of factors of natural and technogenic character.

Ключевые слова: грунтовые плотины, обследование, методы, безопасность.

Keywords: ground dams, survey, methods, safety.

Введение

На сегодняшний день мировая практика широко применяет ряд  современных технологий, осуществляя проектирование, строительство, эксплуатацию, ремонт и реконструкцию гидротехнических сооружений (ГТС), которые служат обеспечению высокой степени технической надёжности и безопасности этих сооружений. Большая часть современных технологий в рассматриваемой области предполагают использование таких составляющих,  как инновационные строительные материалы, оборудование, приборы, механизмы и технологии их применения, что позволяет обеспечить   высокий уровень адгезии и прочности конструкции. Также широкое применение находит использование инъекционных, гидроизоляционных, антикоррозийных, антисуффозионных и т.п. технологий.

При этом, за счет современных проектных решений по компоновке и использованию строительного материала и конструктивных элементов сооружения повышается эксплуатационная надёжность гидротехнического сооружения (ГТС), а также устойчивость его конструктивных элементов  при различных отрицательных воздействиях. Кроме  того, мировая практика знает ряд эффективных методов, способствующих повышению  точности  исследования подводных объектов.  Также необходимо обратить внимание на используемые в мировой практике современные измерительные приборы и устройства, контрольно-измерительную аппаратуру и новейшие технические средства контроля, позволяющие организовать регулярный мониторинг, а также на другие технические средства автоматизированного управления эксплуатацией ГТС.

Материалы и методы. В процессе написания исследования были проанализированы работы зарубежных и российских специалистов в рамках обследования грунтовых плотин lll и lV классов. При написании использовались сравнительный, сопоставительный  и аналитический методы.

Результаты. Подводные работы при освидетельствовании гидротехнического сооружения включают в себя осмотр поверхностей и отдельных конструктивных элементов, выявление дефектов конструкций, линейных и угловых измерений, осмотр дна вблизи сооружения.

Нередко при осмотре сооружения создают существенные трудности: малая прозрачность воды на реках и сильное обрастание поверхностей сооружения различными растительными, и животными организмами на море. Именно по этой причине зарубежные специалисты  используют в своей работе различные  инновационные технические средства, позволяющие повысить точность  исследования.

Так, при обследовании подводной части грунтовых плотин lll и lV классов в США в последнее время применяют  подводные дроны,  которые используются при обследовании дна перед его разработкой для установки опор и прочих объектов, находящихся под водой.

Цель использования дрона – осуществить подводную диагностику  сооружения и определить состояние исследуемой поверхности. Специалисты США используют  аппараты Fifish V6 и Gladius Mini. Данные приборы оснащены видеоаппаратурой, позволяющей в мельчайших подробностях отслеживать состояние бетонных и металлических объектов. При этом можно выявить деформации на раннем этапе и предотвратить серьезные нарушения целостности объектов.

Также преимущество беспилотника заключается в том, что даже при отсутствии узких специалистов на месте выполнения работ видеоматериалы с места осмотра могут напрямую транслироваться оператором в онлайн-режиме по нужному адресу и сразу же комментироваться профессионалом. Запись отснятого материала можно неоднократно просмотреть и увеличить на стационарной технике. Высокое качество съемки обеспечивает возможность увидеть мельчайшие подробности состояния рельефа труб, плотин и других объектов.

Дрон позволяет повысить  точность исследования подводных частей  ГТС, кроме того, он имеет и ряд других преимуществ. Сооружения, находящиеся под водой, могут быть подвержены сильным течениям и работать в такой среде водолазу очень трудно. Спуски в среде с повышенным риском для жизни, когда в районе проведения работ находятся хищные животные, сопряжены с высокими тарифными ставками за час работы водолаза, так как специалисту нужно дополнительное оснащение, оберегающее человека от нападения (акул, касаток и других животных).

Аппараты в виде подводных дронов QYSEA или CHASING работают на глубинах до 100 метров, остаются неинтересными объектами для окружающих хищников и позволяют вести обследование объектов нужного ракурса.

Нахождение даже в очень холодной воде, если дрон рассчитан на такие погружения, в течение 2-4 часов не повредит технике. Такое время не может пробыть в холодной воде ни один водолаз. За этот промежуток можно выполнить достаточно сложные задачи по исследованию подводной инфраструктуры. Учитывая скорость передвижения (до 6 км/час), можно  также в качестве еще одного преимущества использования дрона выявить  скорость осмотра исследуемой поверхности.

Широкое применение у немецких специалистов занимающихся обследованием ГТС  получил автономный подводный аппарат (АПА) (AUV) — робот, который движется под водой самостоятельно без оператора. Такие аппараты являются частью большей группы подводных аппаратов, называемых «беспилотные подводные аппараты».

До недавнего времени, АПА использовались лишь в ограниченных областях применения, в зависимости от имеющихся технологий. С развитием технологий обработки данных и высокоэффективных источников питания, АПА стали использоваться чаще и развиваться. К наиболее известным АНПА относятся следующие: серия АНПА «Remus» («Hydroid», США) АНПА «Autosub 6000» (Национальный океанографический центр в Саутгемптоне, Великобритания) и др. За последние годы на рынке подводной техники появились новые типы АНПА, которые перемещаются в водной толще с использованием «эффекта планера», с использованием энергии океана и т.д. [4]. Однако, вместе с совершенствованием АНПА постоянно возрастают требования к производительности и качества выполняемых ими подводных работ, в частности, к точности управления одиночным АНПА и группой аппаратов при плавании в сложных навигационных условиях и неопределенности характеристик водной среды. Преимущества применения АНПА  будут безусловны, если имеются сложности осмотра подводной конструкции ГТС в виде: 

• неопределенностей водной среды – характеристик подводные течения, скачков температуры и удельного плотности воды, изменения оптических и гидроакустических характеристик воды и т.д.;
• неопределенностей рельефа дна;
• наличие навигационных препятствий;
• наличие стационарных и подвижных подводных объектов, в том числе и таких, что опасно маневрируют и создают угрозу столкновения;

В мелководных прибрежных зонах предлагается использовать автономный подводный аппарат (АПА) с оперативным управлением через радиобуй связи (РБ), который буксируется подводным аппаратом с помощью кабель-буксира (КБ). Преимуществами такой подводной технологии по сравнению с применением «классических» привязных и автономных подводных аппаратов значительно меньше зависимость от гибкой связи в воде — кабеля — из-за малой глубины, полная независимость от судна носителя, большая рабочая зона и, главное, наличие оперативного двустороннего радиосвязи. Таким образом, зарубежные  специалисты, занимающиеся, проводящие  обследование  ГТС, отдают предпочтение автоматическим  и гидроакустическим   приборам, так как  они дают возможность  ускорить процесс обследования и повысит его точность.

Обсуждение

Использование гидроакустических приборов получило сегодня широкое распространение. За рубежом оснащение  современных подводных телеуправляемых аппаратов обычно производится за счет гидролокатора кругового обзора, альтиметра и звуковизора, на автономные необитаемые аппараты устанавливают впередсмотрящий гидролокатор, гидролокатор бокового обзора, доплеровский измеритель скорости, а также инерциальную навигационную систему, гидроакустический модем и гидроакустическую систему навигации с длинной или ультракороткой базой.

При помощи гидроакустических приборов есть возможность решить   ряд задач:

• осуществить навигацию в условиях плохой видимости (звуковизоры и ГКО);
• определить и отобразить на борту обеспечивающего судна текущее местоположение аппарата в условиях мелкого и глубокого моря (доплеровский лаг с ИНС, ГАНС, г/а модем);
• организовать безопасное плавание и выполнение поставленных задач вблизи дна и донных препятствий (впередсмотрящий гидролокатор, многолучевые системы);
• управлять ходом выполнения поставленных задач с борта судна и получение на борту судна необходимой информации о состоянии систем аппарата (г/а модем);
• оперативно обмениваться информацией в группировке автономных аппаратов между собой и судном по гидроакустическому каналу связи (г/а модем) и пр.

Сегодня специалисты за рубежом используют в своей работе компактные гидроакустические системы, имеющие высокое быстродействие и разрешающую способность, акустические видеокамеры или звуковизоры. Такие устройства могут работать с дельностью несколько десятков метров.

Системы динамического позиционирования  позволяют увеличить безопасность управления телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов (ТНПА). Английской компанией SeeBite разработано специальное программное обеспечение SeeTrack Offshore, позволяющее решить  задачу динамического позиционирования ТНПА. За счет многоуровневого интерфейса связывается поверхностный блок управления с навигационными датчиками – с доплеровским измерителем скорости (Teledyne RDI Workhorse Navigator), датчиком курса и датчиком глубины, альтиметром, а также звуковизором (BlueView). Все э то формирует входную информацию для модуля автопилота, который в свою очередь управляет положением ТНПА.

Еще один продукт, который представила компания Seebyte,  это модуль AutoTracker, который автоматически осуществляет осмотр подводной части ГТС.

Одной из инноваций в  рассматриваемой области следует назвать новейшую разработку канадских ученых –Software Defined Sonar (SDS) или Программно-Определяемый Сонар. Данные технологии позволяют использовать рассматриваемый прибор  на разных режимах и частотах,  повышая его функциональность.

SDS  выступает как высокопроизводительная, с динамически изменяемой частотой, акустическая приемопередающей антенной, которая может иметь от 16 до 2048 высокоскоростных (до 20 МГц) каналов с 24 битным аналогово-цифровым преобразованием. Он соединяет в себе гибкость программируемых цифровых сигнальных процессоров (DSP)  и  реконфигурируемую логику программируемых интегральных схем ПЛИС (FPGA).

Канадской компанией Marport Deep Sea Technologies  был анонсирован новый, построенный на вышеописанной технологии SDS, интерферометрический сонар с синтезированной апертурой AquaPix. Он позволяет получить высокоскоростные изображения высокого разрешения.

Чтобы сформировать  изображение, системой выстраиваются отражения с точностью менее чем 0.1 мм.  С этой целью  одновременно используются широкополосные гидролокаторы и техника адаптивного фокусирования.

Выводы. Таким образом, применение в зарубежной практике обследования  ГТС различных инновационных методов и технологий позволяет повысить точность исследований, что сокращает сумму затрат на такое исследование,  сокращает время  его проведения, а также  позволяет предотвратить различные аварийные ситуации, которые возможны в случае разрушения ГТС под воздействием ряда факторов природного и техногенного характера.

Список литературы

1. Алтунин В.И, Алтунина А.В., Черных О.Н. Некоторые аспекты мониторинга состояния грунтовых сооружений. //Вопросы мелиорации. 2005. № 1-2.
2. Арсеньев В.Д. Соотношение понятий предмета и объекта в судебной экспертизе. М., 2013.
3. Беллендир Е. Н.- д. т. н., Радченко В. Г.- к. т. н.,, Плотины Швейцарии // Гидротехника XXI век. 2012. № 1(8)
4.  Ерашов В. П., Берегозащита Нидерланды: Современные технологии и проекты // Гидротехника. 2012. № 4(29)
5. Малаханов В.В. Классификация состояний и критерии эксплуатационной надёжности гидротехнических сооружений. //Гидротехническое строительство. 2000. № 1.

References

1. Altunin V. I., Altunina A.V., Chernykh O. N. Some aspects of monitoring the condition of ground structures. //Land reclamation issues. 2005. № 1-2.

2. Arsenyev V. D. Correlation of concepts of the subject and object in forensic expertise. Moscow, 2013.

3. Bellendir E. N.-doctor of technical Sciences, Radchenko V. G.-doctor of technical Sciences,, Dams of Switzerland / / Hydrotechnika XXI century. 2012. # 1(8)

4. Erashov V. P., Coastal protection of the Netherlands: Modern technologies and projects / / Hydrotechnika. 2012. № 4(29)

5. Malakhanov V. V. Classification of States and criteria of operational reliability of hydraulic structures. //Hydraulic engineering. 2000. № 1.