Современные сложные инженерные сооружения в результате влияния природных воздействий различного характера, таких как ветер, большие перепады температур и подвижки грунта, могут испытывать значительные статические и динамические нагрузки, вызывающие перенапряжение и деформацию несущих конструктивных элементов. Указанные причины могут привести к нарушению целостности и разрушению сооружения. Подобные воздействия также сопровождаются перемещением сооружения в пространстве. При этом пространственные изменения положения сооружения носят как постоянный (статический), так и временный (динамический) характер.
Для обеспечения безопасной эксплуатации, продления срока эксплуатации, исключения аварийных ситуаций и принятия мер по их предотвращению крайне важным является выявление тенденции к изменению структуры материалов несущих конструктивных элементов и положения инженерного сооружения в пространстве на самых ранних стадиях.
Среди систем мониторинга, позволяющих осуществлять контроль состояния сложных инженерных конструкций, можно выделить два типа:
- системы контроля внутренних изменений состояния конструкций, в том числе изменения резонансных частот;
- системы контроля смещения конструкций.
К первому типу относятся системы, использующие рентгеновские и ультразвуковые излучения, метод аккустико-эмиссионной диагностики, различные методы определениярезонансных частот сооружения и др.
Классические системы контроля смещений строятся на базе акселерометров, контактных и бесконтактных датчиков положений и перемещений. В последнее время находят все большее применение лазерные дальномеры и оптические тахеометры.
Перспективным направлением использования навигационных полей ГЛОНАСС/GPS является высокоточная геодезия. Современные приемники ГЛОНАСС/GPS позволяют измерять с высокой точностью расстояния между опорным и контролируемым пунктами. Они способны осуществлять измерения с высокой периодичностью в реальном масштабе времени. Это делает возможным определять деформации и колебания высотных зданий, вышек, мостов и т.п., а также подвижек земной поверхности, предшествующих оползням, разрушениям гидросооружений и т.п.
Метод спутниковой геодезии широко применяется за рубежом, в том числе для контроля висячих мостов в Гонконге, высотных зданий в Чикаго, мониторинга движения земной поверхности в Японии, США, Австрии.
Система, реализующая этот метод, состоит из двух идентичных измерительных станций, одна из которых является опорной (ОИС) и устанавливается в неподвижной точке, а другая, называемая навигационной (НИС) - на инженерном сооружении. В систему также входит автоматизированное рабочее место (АРМ), расположенное на объектовом центре мониторинга. Объектовый центр мониторинга может совмещаться с НИС или ОИС. Связь между элементами системы осуществляется через модем по радио либо проведенному каналу связи.
Рассматриваемый метод мониторинга инженерных сооружений имеет следующие достоинства:
- Одновременный контроль по трем взаимно перпендикулярным осям с потенциальной ошибкой в несколько мм.
- Возможность контроля в квазиреальном масштабе времени.
- Одновременный контроль смещений и текущих колебаний с измерением в процессе наблюдений резонансных частот.
- Отсутствие необходимости прямой видимости между опорным и контролируемым пунктами.
- Независимость от времени суток и погодных условий.
- Простота применения - переносная малогабаритная аппаратура, легко устанавливаемая на контролируемом объекте.
- Возможсноть совместного использования с другими средствами мониторинга (акселерометрами, тахеометрами и т.д.).
За рубежом используются весьма дорогие геодезические приемники, работающие на основе навигационного поля американской системы GPS.
В России представляется актуальным использовать отечественные приемники, работающие одновременно с сигналами российской навигационной системы ГЛОНАСС и американской системы GPS. В настоящее время таких высокотоных геодезических приемников не существует. В докладе показывается, как можно создать систему высокоточного мониторинга смещений высотных зданий и инженерных сооружений (мостов, башен и др.) на базе уже выпускаемых предприятиями оборонно-промышленного комплекса относительно дешевых приемников систем ГЛОНАСС/GPS. Это достигается в первую очередь за счет переноса части выполняемых геодезическими приемниками функций на АРМ объектового центра мониторинга и разработкой специального программного обеспечения.
Булавлев В.М., Жодзишский А.И., Нестеров О.В.