Инженерно-геологические изыскания

9.1. Природные и экономические условия
производстваинженерно-геологических исследований

Методы, объемы, стоимость, сроки проведения и организация инженерно-геологических исследований зависят от природных и экономических условий района их проведения. Компонентами природных условий следует считать: 1) климатические; 2) биоценотические (растительность и животный мир); 3) гидрографические (реки, озера, болота); 4) геологические (геоморфологические, включающие рельеф земной поверхности; геологическое строение, состав и свойства пород; тектонические, гидрогеологические, проявления ЭГП).

Группа условий, обозначенная термином «климатические», включает температурно-влажностный режим атмосферы, режим и характер осадков, режим солнечной инсоляции, ветровой режим. Эти факторы влияют на условия проведения полевых работ, характер полевого снаряжения и сроки выполнения полевых исследований. Например, сроки проведения полевых работ в северных районах ограничены июлем–августом, а полевые работы в аридной зоне целесообразно разделить на весенний и осенний периоды.

Растительность совместно с рельефом и гидрографическими условиями определяет условия проходимости местности и влияет на организацию полевых маршрутов и наблюдений, условия передвижения сотрудников полевой партии и пространственное размещение работ. С рельефом и характером растительности связаны обнаженность местности и, следовательно, возможность использования некоторых методов (например, аэрофотосъемки), объемы и характер горных и буровых работ.

Существенно сказываются на методике инженерно-геологических исследований и объемах работ инженерно-геологические условия. В табл. 9.1 приведены аспекты методики инженерно-геологических исследований, зависящие от геологических условий.

Таблица 9.1. Заввисимость аспектов методики инженерно-геологических
исследований от инженерно-геологических условий

Из приведенных данных следует, что практически все компоненты геологических условий существенно влияют на методику инженерно-геологических исследований. Это предопределяет необходимость тщательного изучения инженерно-геологических (и вообще природных) условий при планировании инженерно-геологических исследований (см. параграф 5.2).

К экономическим факторам, влияющим на условия проведения инженерно-геологических исследований, относятся: характер и размещение населенных пунктов, структура народного хозяйства района исследований; население, характер его занятости и социальная структура; пространственная структура хозяйственного освоения территории, транспортная сеть (дороги, водные и воздушные пути сообщения). Перечисленные факторы влияют на бытовые условия полевой партии (организация базы партии, организация питания), снабжение горючими и строительными материалами, источники энергии, условия передвижения сотрудников и транспортировки материалов и оборудования; определяют возможность найма сезонных рабочих. Экономические условия должны найти отражение в программе инженерно-геологических исследований, сметно-финансовых расчетах, календарном плане работ. Их следует учитывать при проведении организационно-хозяйственных мероприятий.

9.2. Организация инженерно-
геологических исследований

Инженерно-геологические исследования разделяются на подготовительный, полевой и камеральный периоды. Главное содержание подготовительного периода — подготовка к проведению полевых и камеральных работ. Этот период включает следующие работы:

1) получение технического задания на проведение исследований и изучение предварительных схематических (проектных, плановых) проработок;

2) работа с накопленной инженерно-геологической информацией по формированию рабочей геологической гипотезы;

3) совместный анализ инженерно-геологических данных и предварительных проработок проектировщика и формулирование задач инженерно-геологических изысканий;

4) составление программы, проведение сметно-финансовых расчетов, графиков работ, плана организационно-технических мероприятий;

5) реализация организационно-хозяйственных мероприятий.

Началом подготовительного периода следует считать получение инженерно-геологической организацией (подразделением) технического задания заказчика и оформленного разрешения на проведение инженерно-геологических (инженерных) изысканий.

Техническое задание содержит: сведения о сооружении общего характера (название и местоположение объекта, общая характеристика, стадия проектирования, этап изыскания), технические характеристики сооружений (класс, этажность, типы и размеры фундаментов, глубина их заложения, наличие подземных сооружений различного назначения), предполагаемое напряжение (среднее и дифференцированное) по подошве или нагрузка на единицу площади (длины) фундамента, особенности технологического процесса и другие сведения. К техническому заданию прилагаются: график сроков выполнения изысканий, топографический план, генеральный план проектируемого комплекса сооружений, схема трасс коммуникаций. Получив задание, исполнитель изучает проработки проектировщика, выполненные в рамках схемы или предыдущей стадии. Затем проводится сбор и обобщение материалов, содержащих инженерно-геологическую информацию (отчетов об инженерно-геологических исследованиях, материалов среднемасштабных государственных съемок, аэрокосмофотоматериалов, других литературных, фондовых и архивных документов). Одновременно ведутся работы по дешифрированию аэрокосмофотоматериалов. На основании результатов работы составляют карту фактического материала, базу данных, таблицы дешифровочных признаков, предварительные карты, предварительную стратиграфическую колонку, тектоническую и геоморфологическую схемы, описание геологической изученности.

Анализ материалов позволяет сформулировать основные положения рабочей геологической гипотезы, в том числе и гипотезы о формировании инженерно-геологических условий района предстоящих полевых работ. Рабочая гипотеза в процессе всех инженерно-геологических исследований должна непрерывно уточняться и пополняться. На базе совместного анализа рабочей гипотезы и предварительных проработок проектировщика формулируются основные задачи, которые должны быть решены в процессе инженерно-геологических изысканий. После этого руководитель инженерно-геологических изысканий составляет их программу. В ней излагается содержание рабочей гипотезы (геологическое строение, состав и свойства пород, тектоническое строение и трещиноватость, геоморфологический облик местности, гидрогеологические условия, проявления ЭГП, формирование компонентов инженерно-геологических условий и их пространственная изменчивость). На основании задач изысканий обосновывается комплекс методов и технологическая схема изысканий, объемы работ и сроки их проведения. Сметно-финансовая часть программы содержит расчет трудовых и материальных затрат, расчет потребности в транспорте на полевых работах, обоснование в случае необходимости строительства временных зданий и сооружений, спецификацию необходимых оборудования и материалов, сетевой или календарный график проведения всех работ (включая камеральные), требования по обеспечению техники безопасности.

После согласования с заказчиком программа утверждается руководством инженерно-геологической организации. На основании программы составляют план организационно-технических мероприятий. В соответствии с ним проводят организационно-хозяйственную подготовку партии к проведению полевых работ (оснащение оборудованием, полевым снаряжением, техническими средствами; укомплектование партии кадрами; организация транспортировки снаряжения к месту полевых работ).

В полевой период реализуют работы, предусмотренные программой, включая предварительную камеральную обработку материалов, осуществляемую в полевых условиях. В процессе обработки оперативной информации уточняют рабочую геологическую гипотезу. На основании полученных результатов корректируют технологическую схему изысканий (последовательность проведения работ, их пространственное размещение) и распределение объемов отдельных видов работ. В процессе предварительной камеральной обработки вычерчивают колонки буровых скважин, оформляют документацию выработок, составляют предварительные карты и разрезы, графики полевых испытаний грунтов (зондирования, искиметрии, прессиометрии и др.), предварительно обрабатывают и интерпретируют данные полевых испытаний.

Камеральный период, заключающийся в окончательной обработке материалов и подготовке отчетных документов, начинают с составления акта о приемке полевых материалов, предварительно обработанных в поле. В камеральных условиях продолжают сбор и обработку литературных, архивных и фондовых материалов с целью уточнения рабочей гипотезы. В лаборатории определяют состав пород и показатели физико-механических свойств грунтов. В камеральных условиях обрабатывают данные лабораторных испытаний, геологических наблюдений, составляют дешифровочные кальки на аэрофотоматериалы, проводят статистическую обработку количественных данных, проверку однородности выборок, законов распределения, уточнение границ геологических тел, подсчет статистик, математическое моделирование полей геологических параметров. По мере завершения этапов обработки фактического материала оформляют графические материалы, входящие в состав отчетных документов (карты, разрезы, стратиграфические колонки, схемы и др.), и составляют главы отчета. После рецензирования отчетные материалы рассматриваются техническим советом. Одобренный отчет передают заказчику.

9.3. Этапы инженерно-геологических работ
и стадии проектирования сооружений

Инженерно-геологические работы занимают определенное место в процессе деятельности человека. Для выявления положения инженерно-геологических изысканий в системе процессов планирования, проектирования, строительства и эксплуатации ПТС следует обратиться к исходным данным, на основании которых эти процессы осуществляют. Проектирование ПТС в наиболее явном виде связано с инженерно-геологическими работами. Проектирование требует исходной информации. Информация, используемая на разных стадиях проектирования ПТС, делится на информацию технико-экономического характера (нередко и социологического) и на информацию о природных условиях. Данные о природных условиях можно разделить на: 1) данные физико-географического характера (климат, рельеф, гидрология, растительность), или сведения о свойствах внешних по отношению к геологической среде (атмосферы, поверхностной гидросферы, биосферы); 2) сведения о свойствах геологической среды — компонентах инженерно-геологических условий и процессах ее движения. Последние получают в ходе инженерно-геологических изысканий. Цели оптимизации ПТС при ее строительстве достигаются путем корректировки рабочих чертежей и способов производства строительных работ, а также путем контроля за соблюдением качества и технологии работ в соответствии с проектом. Корректировка рабочих чертежей и проекта производства строительных работ основывается прежде всего на инженерно-геологической информации, данных о фактически наблюдаемых во время строительства структуре и свойствах геологической среды, режиме и видах ее взаимодействий с орудиями и продуктами труда человека (с элементами сооружений, рабочими механизмами и др.). Эту информацию получают в процессе инженерно-геологических работ, выполняемых на строительной площадке во время строительства.

Эксплуатация ПТС предусматривает оптимальное управление ее функционированием. Управление ПТС в зависимости от ее характера может заключаться в спорадическом осуществлении управляющих взаимодействий (в случае резкого отклонения режима функционирования ПТС от заданного) или в перманентных управляющих взаимодействиях. Управление требует информации о функционировании ПТС, о взаимодействии ее подсистем (об инженерно-геологических процессах). Состояние ПТС изменяется во времени (ПТС — динамическая система), поэтому информацию о параметрах, характеризующих состояние ПТС, о ее координатах получают в ходе режимных наблюдений за осадками, напряжениями, температурой, поровым давлением, фильтрационными расходами и другими характеристиками.

Мы видим, что инженерно-геологические изыскания занимают строго фиксированное место в процессах планирования, проектирования, строительства и эксплуатации ПТС. Они служат для оптимизации этих процессов. Положение инженерно-геологических изысканий среди других процессов человеческой деятельности поясняет схема, приведенная на рис. 9.1. Необходимость в их производстве вытекает из потребности в инженерно-геологической информации при планировании, проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений, а точнее — ПТС.

Рис. 9.1. Место инженерно-геологических изысканий среди других хозяйственных процессов.
Цифры — продукт процесса: 1 — инженерно-геологическая информация;
2 — план развития хозяйства (схема развития и размещения отраслей хозяйства
и промышленности); 3 — проект ПТС; 4 — ПТС; 5 — продукт, производимый
в результате эксплуатации ПТС (или сооружения)

При планировании намечают район предполагаемого строительства. В ходе проектирования выбирают строительную площадку, на которой размещают (компонуют) сооружения, и наконец, когда выбрано место посадки сооружения, ведут окончательные расчеты сооружения и его основания. Каждый из этапов хозяйственной деятельности преследует свою цель, решает свои конкретные задачи. Проектные работы не всегда ограничиваются окончательным расчетом основания и инженерно-геологических процессов внутри сферы взаимодействия. В ходе строительства ответственных сооружений проектировщик корректирует рабочие чертежи, вносит поправки в проект производства строительных работ. Для этого также требуется инженерно-геологическая информация, полученная уже в процессе строительства сооружения. Далее в процессе эксплуатации ПТС требуется обеспечить оптимальный режим взаимодействий геологической среды с сооружением (инженерно-геологических процессов). Эта задача решается на основе информации об инженерно-геологических процессах, развивающихся при эксплуатации сооружения. Таким образом, в процессах планирования, проектирования, строительства и эксплуатации ПТС необходима инженерно-геологическая информация для решения задач оптимизации этих хозяйственных процессов. Различные этапы хозяйственной деятельности людей непременно включают процесс получения инженерно-геологической информации — инженерно-геологические исследования (табл. 9.2).

Таблица 9.2. Цели этапов хозяйственной деятельности
и этапов инженерно-геологических изысканий

Ясно, что цели инженерно-геологических изысканий должны вытекать из целей планирования, строительного проектирования, строительства и эксплуатации ПТС, а в части взаимодействия геологической среды с сооружением должны быть подчинены им. Инженерно-геологическая информация, получаемая в процессе изысканий, должна точно отвечать запросам проектировщиков и специалистов, ответственных за эксплуатацию сооружений. В табл. 9.2 помещены данные о целях планирования, строительного проектирования, строительства и эксплуатации ПТС и о целях инженерно-геологических работ.

Как уже отмечалось, каждому этапу хозяйственной деятельности отвечает этап инженерно-геологических изысканий, причем последний этап инженерно-геологических работ, выполняемых в пределах ПТС высших уровней, нередко входит в состав инженерно-экологических исследований.

Роль инженерно-геологической информации возрастает от этапа к этапу. Если при планировании и в начале проектирования ПТС сведения об инженерно-геологических условиях территории имеют второстепенное значение, уступая пальму первенства экологическим, технико-экономическим, социальным и другим соображениям, то на последующих этапах работ инженерно-геологическая информация становится главнейшим фактором, определяющим характеристики ПТС, способы ее строительства и условия эксплуатации. В результате инженерно-геологических изысканий на каждом этапе должен быть получен оптимум информации, отвечающий целям проектирования и решаемым задачам. На первых этапах информация должна охватывать сведения о компонентах инженерно-геологических условий большой территории, но требования к ее точности и надежности менее высокие, чем требования к информации, получаемой на последующих этапах. Из этого следуют выводы методического характера: технически нецелесообразно и экономически невыгодно изучать детально (большие объемы работ, дорогостоящие методы) обширную территорию, если требуется дать общую оценку инженерно-геологических условий, нужную для выявления возможных вариантов размещения сооружений или составления схемы развития и размещения отраслей народного хозяйства. Очевидно, разумнее в этом случае использовать более дешевые высокопроизводительные методы, которые, может быть, и не обеспечивают высокую точность и надежность сведений о свойствах геологической среды, но зато позволяют дать их сравнительную оценку и на этой основе выявить возможные варианты расположения площадок строительства проектируемых объектов.

Для процесса инженерно-геологических изысканий характерны следующие черты.

1. Сокращение площади и глубинности инженерно-геологических работ при переходе от более ранних к более поздним этапам.

2. Повышение детальности, достоверности и специализации инженерно-геологических работ, обусловленное конкретизацией целей проектирования и инженерных задач.

3. Возрастание роли количественных оценок и повышение строгости критериев разделения геологической среды на части (геологические тела) по различным свойствам, приводящее к увеличению вклада специальных методов инженерной геологии в общий объем инженерно-геологических работ.

Этапы инженерно-геологических работ, реализуемых при любых изысканиях, увязываются со стадиями проектирования и инженерно-геологических изысканий различных сооружений. Сопоставление этапов инженерно-геологических работ со стадиями проектирования и изыскании содержит табл. 9.3.

Таблица 9.3. Этапы инженерно-геологических работ
и стадии проектирования и изысканий различных сооружений

Примечание. Римские цифры — номера этапов.

Анализ таблицы показывает, что инженерно-геологические работы, проводимые для обеспечения планирования отраслей народного хозяйства, по целевому назначению и характеру соответствуют первому этапу. Это относится и к проработкам схем расселения, схем комплексного использования ресурсов и проектам генерального плана. При проектировании гидротехнических сооружений этапы работ IIа и IIб соответствуют изысканиям, проводимым с целью выбора оптимального створа на участке речной долины, и изысканиям на выбранном створе, с которых начинают прорабатывать проект (компоновочные решения и предварительные расчеты основания). Этап III инженерно-геологических работ коррелирует со стадией РД. Если изыскания проводят в две стадии, то первой из них отвечают этапы работ IIа и IIб. Второй стадии РД соответствует III этап инженерно-геологических работ (работы в пределах предполагаемой сферы взаимодействия геологической среды с сооружением). При изысканиях для технически несложных объектов и сооружений, строительство которых ведется по типовым и повторно применяемым проектам (например, трубопроводов и несложных мелиоративных систем), совмещают этапы II и III инженерно-геологических работ. Это значит, что сразу за изысканиями, проводимыми в пределах стройплощадки (трассы) с целью компоновки сооружений или выделения участков индивидуального проектирования (дороги, трубопроводы), следуют работы в пределах предполагаемой сферы взаимодействия, выполняемые с целью получения данных, нужных для окончательных расчетов. Четвертый и пятый этапы в табл. 9.3 отсутствуют, так как они выполняются при строительстве и эксплуатации ПТС.

В производстве любого продукта сам продукт, а точнее, его количество и качество определяет технологический процесс. Продуктом инженерно-геологических работ, как отмечалось, является инженерно-геологическая информация. Она определяет методику инженерно-геологических работ на разных этапах. В главе 6 показано, что количество и качество инженерно-геологической информации подчинено целям хозяйственной деятельности, т. е. целям решения инженерной задачи. Поэтому рассмотрение методики инженерно-геологических исследований и инженерно-геологической информации, получаемой на разных этапах, целесообразно проводить по следующей схеме: цель строительного проектирования — цель инженерно-геологических изысканий — инженерно-геологическая информация, требуемая для достижения цели строительного проектирования, — методы получения нужной информации и последовательность их применения (методика инженерно-геологических работ).

9.4. Инженерно-геологические работы
в пределах района планируемого строительства
(хозяйственного освоения) — этап I

Цель планирования заключается в обосновании технической возможности, экологической, социальной и экономической целесообразности строительства планируемых сооружений в данном районе. Эта цель может быть достигнута, если в ходе комплексных проработок технологического, экономического (иногда социального), экологического, физико-географического характера и др. удастся доказать директивным и планирующим органам, что выбранный район является перспективным для осуществления планируемой деятельности, реализации региональной ПТС. В число проработок непременно входят и инженерно-геологические. На основе накопленной инженерно-геологической информации и в случае необходимости небольшого объема оперативной информации требуется выявить в пределах района несколько возможных вариантов расположения намечаемых для строительства объектов и выбрать среди них перспективные варианты. Такая цель достигается лишь в том случае, если специалисты, занимающиеся планированием региональной ПТС, располагают информацией об инженерно-геологических условиях района, пусть даже не очень детальной, но замкнутой границами района и требуемой глубиной. Замкнутость инженерно-геологической информации по глубине должна быть такой, чтобы она позволяла понять историю геологического развития района и закономерности формирования свойств геологической среды — компонентов инженерно-геологических условий, включая закономерности их пространственной изменчивости.

Так как специалист по планированию, а вслед за ним и инженер-геолог решают задачи пространственного характера, то объектом будет квазистатическая литосистема, информация о которой является сингулярной. Из этого, естественно, не вытекает, что на I этапе не следует интересоваться динамикой свойств геологической среды, экзогенными геологическими процессами и приповерхностными проявлениями эндогенных процессов. Накопленная информация может содержать сведения о режиме ЭГП, инженерно-геологических процессах, которые развиваются при взаимодействии геологической среды с сооружениями, особенно об ЭГП в пределах перспективных вариантов. Подобная накопленная информация позволяет более обоснованно наметить перспективные варианты, и ее по возможности следует получить. В целом инженерно-геологическая информация, используемая на этапе I, существенно сингулярная, в основном качественная. Она замкнута границами достаточно большого района. Преимущественно качественный характер информации предопределяет то обстоятельство, что какие-либо расчеты инженерно-геологических процессов на этом этапе не выполняются. Еще не ясно, какие типы сооружений будут приняты и какие конструктивные решения разработаны. Такие же соображения можно высказать и в отношении надежности инженерно-геологической информации. Ее доверительный уровень обычно не должен превышать 0,7–0,8 (см. параграф 8.3). При одних и тех же компонентах инженерно-геологических условий методы получения оперативной информации определяются ее детальностью или, что то же самое, уровнем структуры информации. Какова должна быть детальность информации, производимой на этапе I, по отношению к компонентам инженерно-геологических условий? Квазистатическая геологическая система, замкнутая границами изучаемого района и глубиной, о которой сказано выше, по вещественному составу разделяется на стратиграфо-генетические комплексы (СГК) и нередко на монопородные геологические тела первого уровня (МГТ-1). Такие уровни расчленения геологической среды обусловлены назначением инженерно-геологических работ и целью планирования. Для выбора перспективных вариантов нужно знать генезис пород, их возраст, минеральный и гранулометрический состав. В более детальном расчленении геологической среды на геологические тела на этом этапе нет необходимости. Выделяемые по признаку однородности минерального состава МГТ-1 должны быть охарактеризованы и в отношении показателей их свойств. Это в основном классификационные показатели, используемые хотя бы для того, чтобы правильно назвать породу, и комплексные показатели, получаемые скоростными методами (одноосное сжатие, динамическое сопротивление пенетрации и подобные). Комплексные показатели применяются для оценки закономерностей пространственной изменчивости геологических параметров, без знания которых трудно выделить стратиграфо-генетические комплексы и МГТ-1.

Данные о тектоническом строении района могут быть представлены в общем виде. Они должны освещать положение района по отношению к главнейшим структурно-тектоническим элементам и характеризовать тектоническую структуру района и новейшие тектонические движения.

Инженерно-геологическая информация должна содержать сведения о гидрогеологическом строении района: основных чертах гидрогеологической структуры, определяемой отношениями приповерхностных водоносных комплексов, в основном грунтовых вод и первого от поверхности водоносного горизонта напорных вод; примерном положении уровня грунтовых вод и их химическом составе, агрессивности; о гидродинамических и гидрогеохимических отношениях грунтовых и напорных вод и областях питания, транзита и разгрузки, а также водопроявлениях.

Информация о геоморфологическом облике поверхности литосистемы представлена в общих чертах. Она должна содержать данные о геоморфологической структуре; о крупных элементах, ее определяющих, таких как долины, водоразделы, склоны; о происхождении и типах рельефа. Информация об ЭГП включает данные о процессах, которые развиты в районе; приуроченности ЭГП к геоморфологическим элементам и к МГТ-1; пораженности территории ЭГП; закономерностях размещения областей с неустойчивой структурой, о сейсмичности территории.

Данные о свойствах инженерно-геологической информации и ее краткая характеристика для решения задач I этапа приведены в табл. 9.4.

Таблица 9.4. Характеристика свойств
инженерно-геологической информации на этапе I

Столь большое внимание инженерно-геологической информации уделяется в связи с тем, что при фиксированных инженерно-геологических условиях из свойств информации вытекает методика инженерно-геологических работ. Попробуем это показать. Свойство замкнутости информации полностью определяет территорию инженерно-геологических работ и глубину освещения ими компонентов инженерно-геологических условий. Отношение информации ко времени обусловливает характер методов ее получения, типы сппинфов (пространственные или пространственно-временные). Точность информации контролирует величину параметров сппинфов (шаг дискретизации). С доверительным уровнем информации непосредственно связаны объемы инженерно-геологических работ, а детальность информации совместно с характером оценок определяет методы ее получения и масштабы изысканий. На этапе I инженерно-геологических работ взаимосвязь свойств информации и методики ее получения может быть не столь резко выражена, как на последующих этапах работ. Это объясняется тем, что в процессе проработок, выполняемых при планировании развития и размещения отраслей хозяйства, используется в основном накопленная, а не оперативная инженерно-геологическая информация. Ознакомление со свойствами информации показывает, что для ее получения на этапе I нужны методы, позволяющие оценить свойства геологической среды — компоненты инженерно-геологических условий сразу на большой территории. Методы детальных работ (точные методы) применять нерентабельно. Для сравнительной оценки территории достаточно иметь карту инженерно-геологических условий среднего масштаба (1 : 100 000 — 1 : 500 000) или серию карт отдельных компонентов инженерно-геологических условий. Среднемасштабные инженерно-геологические карты получают в процессе государственного геологического картирования. Если район, для которого составляют схему развития и размещения отраслей народного хозяйства и отраслей промышленности, очень велик по площади, то при планировании хозяйственных мероприятий удобнее пользоваться картой мелкого масштаба (1 : 1 000 000 и мельче). Такие карты составляют в камеральных условиях на основе карт среднего масштаба. Если накопленная информация не содержит тех или иных сведений об инженерно-геологических условиях, то прибегают к инженерно-геологической рекогносцировке.

Рекогносцировка может включать некоторый объем горно-буровых, геофизических, пенетрационных или пенетрационно-каротажных работ. При выполнении этих работ места размещения выработок или точки опробования выбирают, руководствуясь геологическими соображениями. При этом преследуется цель получить данные о геологическом разрезе, отношениях его элементов в тех местах, которые наиболее интересны с геологической точки зрения. Исключение составляют ключевые участки, выделение и опробование которых предусмотрено методикой среднемасштабной инженерно-геологической съемки. Информация, которую получают на ключевых участках, в частности информация о классификационных показателях, должна представлять собой оценки, экстраполируемые за границы ключевого участка. Для их получения реализуют регулярные системы опробования, руководствуясь геолого-математическими принципами. В целом в процессе проведения инженерно-геологических работ этапа I при размещении выработок учитывают геологические правила (см. параграф 5.3). По данным, содержащимся в накопленной инженерно-геологической информации, дополненным при необходимости данными рекогносцировочных работ, составляют отчет, схематическую карту инженерно-геологических условий (если она отсутствует) и другие нужные графические материалы. Отчет содержит: сравнительный анализ компонентов инженерно-геологических условий; обоснование выбора перспективных вариантов; рассмотрение свойств геологической среды в пределах каждого варианта; данные, обосновывающие отбраковку заведомо непригодных по геологическим условиям вариантов. Последующие инженерно-геологические работы, выполняемые уже в рамках строительного проектирования, сосредоточивают на перспективных вариантах.

9.5. Инженерно-геологические работы
на перспективных вариантах — этап IIа

Работы этапа IIа относятся к стадийным изысканиям (ЭТЭО). Цель работ заключается в выборе оптимального варианта. Решение о выборе оптимального варианта — лучшей строительной площадки, наиболее благоприятной трассы — принимают на основании результатов сравнительного анализа перспективных вариантов по технико-экономическим данным. При сравнении, естественно, учитывают свойства геологической среды и ЭГП в пределах каждой строительной площадки или конкурирующих вариантов трассы. Поэтому цель инженерно-геологических работ состоит в выявлении наилучшего в инженерно-геологическом отношении варианта, а главная задача работ, решаемая на этапе,— получение инженерно-геологической информации о вариантах. Сравнительный анализ инженерно-геологических условий вариантов невозможен без информации о них. Сравнение различных вариантов по инженерно-геологическим условиям возможно лишь при условии, если инженерно-геологическая информация о каждом из них: 1) замкнута границами варианта; 2) равноточная и равнопредставительная; 3) обладает максимальной полнотой, допускаемой конкретными свойствами литосистемы, выделенной в границах варианта1. Сравнительная инженерно-геологическая оценка вариантов имеет существенно пространственный аспект, как и на этапе I. Поэтому сравниваемые литосистемы считают квазистатическими, и соответственно, инженерно-геологическая информация о них является преимущественно сингулярной. Замкнутость информации в латеральной плоскости контролируется границами вариантов; замкнутость информации по глубине должна отвечать наибольшей глубине предполагаемых сфер взаимодействия геологической среды с проектируемыми сооружениями, которую приблизительно устанавливают с учетом возможных инженерных решений в отношении типов и конструкций сооружений. Короче, замкнутость информации по глубине должна соответствовать максимальной глубине, до которой будут проявляться инженерно-геологические процессы.

По характеру оценок инженерно-геологическая информация на этапе IIа является главным образом качественной, ведь она содержит в основном качественные данные об инженерно-геологических условиях конкурирующих вариантов. В количественной форме, как обычно, представляют данные о физико-механических свойствах грунтов, трещиноватости пород, гидрогеологических параметрах. Доверительная вероятность инженерно-геологической информации не превышает 0,7–0,9. В отличие от инженерно-геологической информации, получаемой на этапе I, рассматриваемая информация является в основном оперативной. Требования к детальности инженерно-геологической информации таковы: квазистатическая литосистема внутри границ каждого варианта разделяется на СГК и МГТ-1. Большей детальности расчленения геологической среды не требуется. Для сравнения вариантов обычно достаточно знать, какими горными породами представлена литосистема, пространственно замкнутая границами варианта. Для СГК нужно иметь характеристики пространственной изменчивости, а для МГТ-1 — классификационные показатели, приводимые в виде размахов (максимальные и минимальные значения), и небольшое число показателей свойств, полученных экспресс-методами, например показателей прочности в условиях одноосного сжатия или предельного напряжения сдвига. Эти показатели облегчают оценку вариантов и выбор оптимального варианта, в пределах которого грунты обладают лучшими свойствами. Другие показатели, положим деформационные, определять не следует. Они излишни, так как расчетов инженерно-геологических процессов на этом этапе проектировщики не ведут.

Тектоническая структура оценивается для всех сравниваемых вариантов. Описываются элементы тектоники, тектонические нарушения, структуры, зоны трещин, даются количественные оценки трещиноватости. Рассматриваются любые проявления тектоники, которые могут оказывать влияние на оценку варианта.

Гидрогеологическое строение вариантов должно быть освещено с такой полнотой, чтобы были вполне ясны отношения напорных и грунтовых вод. Описание гидрогеологических условий должно содержать данные об уровнях грунтовых вод и пьезометрических напорах, химическом составе подземных вод, их агрессивности, проницаемости пород, в том числе пород зоны аэрации.

Данные о геоморфологическом облике поверхности литосистемы должны быть достаточными для сравнительной оценки геоморфологического строения вариантов. Геоморфологические структуры, отношения геоморфологических элементов должны иметь один и тот же порядок, единый уровень расчленения, определяемый требованиями конкретного строительства. Информация об ЭГП должна включать данные о наборах ЭГП в пределах каждого из сравниваемых вариантов; границах областей с неустойчивой структурой; интенсивности и масштабе ЭГП (качественные оценки); пораженности территории варианта ЭГП.

Сводка свойств инженерно-геологической информации и ее характеристика (IIа этап) приведены в табл. 9.5.

Таблица 9.5. Характеристика свойств
инженерно-геологической информации на этапе IIа

Как было показано, информация этапа IIа затрагивает все компоненты инженерно-геологических условий. Поэтому методы ее получения должны быть комплексными. Таким методом является инженерно-геологическая съемка среднего, а чаще всего крупного (крупнее 1 : 50 000) масштаба. Съемка может включать геофизические работы, данные которых используются для получения характеристик пространственной изменчивости, выделения геологических тел, изучения проявлений ЭГП и других целей. Часто в съемку включают динамическую и статическую пенетрацию, пенетрационно-каротажные методы. Эти методы, как и горно-буровые работы, входящие в состав крупномасштабной инженерно-геологической съемки (1 : 25 000 — 1 : 50 000), размещают в пределах вариантов по регулярным сппинфам, параметры которых рассчитывают заранее. Естественно, допускается заложение выработок (выбор мест проведения полевых опытных работ) в интересных с геологической точки зрения местах. В целом размещение разведочных выработок подчиняется геолого-математическим принципам (равноточности, равнопредставительности, локализации систем опробования, ориентировки их по главным направлениям изменчивости). Такой подход к системам опробования обусловлен необходимостью получить размахи классификационных показателей для МГТ-1.

В процессе инженерно-геологической съемки ведется опробование грунтов, в ходе которого определяют главным образом классификационные показатели и показатели, получаемые экспресс-методами. В их число можно включить радиоизотопные методы определения плотности грунтов и влажности, микропенетрацию, одноосное сжатие и др. Какие-либо полевые опытные работы, позволяющие получать характеристики прочности и деформационного поведения грунтов (полевые испытания на сдвиг, прессиометрию, штамповые испытания), проводить на этапе IIа не следует. Карты инженерно-геологических условий вариантов крупного (1 : 10 000 — 1 : 50 000), а иногда и среднего (1 : 100 000) масштаба с пояснительными записками и другими отчетными документами в большинстве случаев являются достаточными для проведения сравнительного анализа вариантов по инженерно-геологическим условиям и выбора оптимального варианта.

9.6. Инженерно-геологические работы на выбранном варианте — этап IIб

После выбора оптимального варианта цель строительного проектирования становится более конкретной. Проектировщик должен наилучшим образом разместить сооружения в пределах строительной площадки, а при составлении проекта линейных сооружений — окончательно проложить трассу и выделить участки индивидуального проектирования; выбрать типы фундаментов; разработать проект защитных мероприятий. Для того чтобы скомпоновать сооружения и выбрать типы фундаментов, проектировщик проводит предварительные расчеты инженерно-геологических процессов (осадок, фильтрации и т. п.), причем нередко ему приходится выполнять несколько вариантов расчетов основания одного и того же сооружения, если в процессе компоновки изменяется место его посадки. Компоновка редко бывает свободной. Чаще всего она предопределена архитектурно-планировочным решением или технологической схемой производственного процесса (при проектировании промышленных сооружений). Во всех случаях проектировщик должен располагать информацией, которая позволяла бы ему в процессе проработки разных вариантов компоновки размещать сооружения в любом месте площадки и проводить предварительные расчеты их основания. Эти требования к информации определяют цель инженерно-геологических работ, проводимых на этапе IIб. Цель состоит в том, чтобы получить оптимум инженерно-геологической информации, достаточной для решения задач строительного проектирования.

Рассмотрим свойства информации. Учитывая требования компоновки, информация должна быть замкнута выбранной площадкой (трассой), но при этом следует иметь в виду границы предполагаемых сфер взаимодействия геологической среды с сооружениями, которые могут выходить за границы выбранной строительной площадки. Замкнутость инженерно-геологической информации по глубине легко установить исходя из задач компоновки сооружений. Информация должна освещать строение геологической среды и свойства грунтов на глубину, соответствующую максимальной глубине предполагаемой сферы взаимодействия геологической среды с сооружением. Можно оценить эту глубину, рассчитав инженерно-геологические процессы для наиболее крупного и тяжелого сооружения. В простейшем случае это максимальная глубина активной зоны. По характеру оценок инженерно-геологическая информация, производимая на этапе IIб, является количественной (требования расчетов) и качественной. В основном эта информация будет сингулярной, поскольку освещается состояние квазистатической геологической системы на момент изысканий. Надежность информации в отношении классификационных показателей регламентирована нормативами. Доверительная вероятность составляет 0,85–0,95 для гражданских и промышленных сооружений, 0,9–0,98 — для мостов. С целью компоновки сооружений и проведения предварительных расчетов геологическая среда должна быть разделена на такие геологические тела, которые были бы однородными по классификационным показателям. Это значит, что частные значения классификационных показателей находятся внутри классификационных интервалов, а их геологические поля однородны. Таким критериям в классификации геологических тел удовлетворяет монопородное геологическое тело второго уровня расчленения, МГТ-2. Однако получить оценки средних значений классификационных показателей для всех МГТ-2 еще недостаточно. Для предварительных расчетов, которые часто выполняют, руководствуясь нормативными значениями показателей, нужно иметь данные о показателях состояния (например, о степени влажности песков, консистенции глинистых пород и т. д.). Ведь нормативные значения показателей, используемые в расчетах, устанавливают, опираясь на классификационные показатели и показатели состояния. Отсюда вытекает необходимость на этапе IIб получать данные о состоянии грунтов.

С целью решения задач проектирования нужны сведения о положении уровня грунтовых вод, направлении их движения, условиях питания и разгрузки, водопроявлениях, химическом составе и агрессивности, напоре и положении первого от поверхности водоносного горизонта, содержащего напорные воды.

Рельеф и геоморфологические условия нередко существенно влияют на компоновку сооружений. Поэтому сведения о геоморфологической структуре площадки предполагаемого строительства должны быть полными. Инженерно-геологическая информация, получаемая на этапе работ IIб, должна содержать следующие сведения об ЭГП: границы областей с неустойчивой структурой для отдельных процессов; количественные и качественные данные об интенсивности ЭГП; предварительные данные об их механизме; данные о внешних и внутренних причинах ЭГП, необходимые для проектирования защитных мероприятий; предварительные данные о предполагаемом наборе инженерно-геологических процессов, об их масштабах и интенсивности.

Детальность информации в отношении физико-механических свойств грунтов должна быть следующей. Каждое МГТ-2 необходимо охарактеризовать оценками средних значений классификационных показателей и мер их рассеяния, подсчитанными с требуемой доверительной вероятностью. Кроме того, для МГТ-2 следует получить некоторое число (малая выборка n ≈ 10) показателей состояния или частных значений показателей прочности и сжимаемости. Выделение МГТ-2 контролируется оценками однородности полей классификационных показателей.

Данные о свойствах инженерно-геологической информации (этапа IIб) и ее краткая характеристика приведены в табл. 9.6.

Таблица 9.6. Характеристика свойств
инженерно-геологической информации на этапе IIб

Как сказываются свойства информации, производимой на этапе IIб, на методике инженерно-геологических работ? Инженерно-геологическая съемка, если она предусматривается, должна быть крупномасштабной, обеспечивающей получение преимущественно количественных оценок компонентов инженерно-геологических условий (1 : 10 000 и крупнее). В процессе крупномасштабной съемки геологическая среда разделяется на МГТ-2 в латеральной плоскости. По данным буровых работ, пенетрации или искиметрии геологический разрез разделяют на МГТ-2 по глубине. Крупномасштабная карта инженерно-геологических условий с выделенными геологическими телами категории МГТ-2, каждому из которых поставлены в соответствие статистики классификационных показателей и частные значения показателей состояния или прочности и деформируемости, пригодна и достаточна непосредственно для проектных проработок. Используя такую карту, проектировщик может выполнять предварительные расчеты оснований и компоновать сооружения на строительной площадке. Чаще всего основным методом работ на строительной площадке является предварительная инженерно-геологическая разведка. Она включает горно-буровые работы, опытные инженерно-геологические работы и опробование грунтов. Глубинность разведки вытекает из свойства замкнутости информации по глубине. Компоновка сооружений возможна только при наличии данных о разрезе и свойствах грунтов практически на всей площадке. Получение информации такой детальности обеспечивают горно-буровые и опытные работы (пенетрация, прессиометрия, искиметрия и др.), размещенные по регулярным сппинфам. Объем и параметры сппинфов рассчитывают, используя данные о мерах рассеяния показателей в главных направлениях изменчивости. Для участков размещения ответственных сооружений и при несвободной компоновке следует получать деформационные и прочностные показатели свойств грунтов полевыми методами (опытные нагрузки на штамп, полевые испытания прочности грунтов). Это позволяет сопоставить результаты расчетов, выполненных по прямым показателям и по нормативным значениям. Для получения гидрогеологических параметров проводят опытно-фильтрационные работы. Информацию, необходимую для решения инженерной задачи, представляют в виде отчета (за­ключения), содержащего серию инженерно-геологических разрезов, ориентированных по главным направлениям изменчивости (по направлениям экстремальных значений градиентов); таблицы со статистиками показателей свойств для каждого МГТ-2.

9.7. Инженерно-геологические работы
в пределах предполагаемой сферы взаимодействия
геологической среды с сооружением — этап III

Главная цель строительного проектирования заключается в окончательном расчете сооружения, место постройки которого уже точно установлено, и в разработке проекта производства строительных работ. Для достижения цели проектировщик должен располагать информацией об инженерно-геологических условиях в пределах предполагаемой сферы взаимодействия геологической среды с сооружением. Информация должна включать сведения о структуре сферы, разделенной до уровня инженерно-геологического элемента, ее строении в пределах каждой зоны, показателях свойств грунтов, используемых в расчетах инженерно-геологических процессов. На основе этих данных составляется расчетная схема. Границы информации определяются границами предполагаемой сферы взаимодействия. Информация является сингулярной, а по времени получения — оперативной. Она в основном количественная. Доверительная вероятность информации составляет до 0,95 — гражданские и промышленные сооружения; до 0,98 — мосты и трубы; до 0,99 — гидротехнические и уникальные сооружения. В соответствии с требованиями расчетов геологическая среда разделяется на геологические тела категории МГТ-3. Расчленение такого уровня следует подтверждать проверкой однородности полей деформационных показателей и показателей прочности или для простых случаев — полей показателей состояния.

Данные, характеризующие детальность проработки других свойств геологической среды на этапе III, приведены в табл. 9.7.

Таблица 9.7. Характеристика свойств
инженерно-геологической информации на этапе III

Анализ свойств информации является ключом к методике инженерно-геологических работ III этапа. Совершенно очевидно, что все работы следует сосредоточить в пределах границ предполагаемой сферы взаимодействия геологической среды с сооружением, т. е. только в той области геологической среды, которая будет взаимодействовать с сооружением или с продуктами деятельности человека. Одна из основных целей строительного проектирования состоит в проведении окончательных расчетов основания сооружения. Это, по существу, расчеты будущих инженерно-геологических процессов, которые возникнут при строительстве (например, подъем дна котлована) или в ходе эксплуатации ПТС (осадка сооружения, подъем УГВ, нарушение устойчивости откосов, фильтрация из водохранилища и т. п.). Число инженерно-геологических процессов, рассчитываемых при проектировании сооружения, соответствует количеству зон сферы взаимодействия. Для получения данных, нужных для расчетов инженерно-геологических процессов, работы располагают внутри границ зон. Например, работы по определению фильтрационных характеристик пород проводят внутри зоны фильтрации, а испытания штампами — в зоне будущего уплотнения грунта под нагрузкой от массы сооружения. Инженерно-геологическая съемка на рассматриваемом этапе работ уже не нужна. Исключение составляют изыскания для гидротехнического строительства.

Инженерно-геологические изыскания, как правило, заключаются в детальной разведке. В состав детальной инженерно-геологической разведки входят горно-буровые работы, полевые опытные работы и опробование. Так как место постройки, размеры, конфигурация сооружения в плане и распределение нагрузок известны, то места проходки выработок и места проведения полевых испытаний устанавливают, руководствуясь конструктивными соображениями. Выработки размещают по осям и контурам сооружения, сечениям зон предполагаемой сферы взаимодействия, которые являются расчетными сечениями при получении параметров инженерно-геологических процессов. Число выработок устанавливают, учитывая сложность разреза и руководствуясь положением о том, что должны быть опробованы все геологические тела категории МГТ-3 внутри сферы взаимодействия (задача выделения инженерно-геологических и расчетных элементов). В зависимости от положения МГТ-3 относительно зоны сферы взаимодействия для него определяют те показатели свойств грунтов, которые будут использованы в расчетах. Объем выборки, достаточный для оценки среднего значения показателя, регламентирован сверху доверительной вероятностью и точностью лабораторных испытаний. Интервал опробования определяют расчетом (одномерный сппинф).

Полевые опытные работы по определению модуля деформации, прочностных характеристик и других показателей, а также гидрогеологических параметров ведут при изысканиях для проектирования ответственных сооружений. Естественно, речь может идти об отдельных испытаниях, результаты которых сравнивают с данными лабораторных работ и на этой основе корректируют величину соответствующего показателя, используемого в расчете. В результате проведения работ этапа III получают формализованные инженерно-геологические разрезы по осям и контурам сооружения (по расчетным сечениям) для всех зон сферы взаимодействия [1]. Глубинность разрезов соответствует предельной глубине предполагаемого развития инженерно-геологических процессов. На разрезах показывают МГТ-3, практически — инженерно-геологические элементы2, каждый из которых характеризуют оценками среднего значения и мерами рассеяния показателей, входящих в соответствующие формулы расчета инженерно-геологических процессов. Такие инженерно-геологические разрезы, дополненные данными о гидрогеологическом строении (в простейшем случае — об УГВ) и другими данными, являются исходными при составлении расчетных схем. Инженерно-геологическая информация, произведенная на этапе III, представляется в виде отчета (заключения).

9.8. Инженерно-геологические работы
в пределах развивающейся сферы взаимодействия
геологической среды с сооружением,
выполняемые в период строительства, — этап IV

Эти работы ведут при строительстве ответственных сооружений (главным образом гидротехнических, подземных, уникальных сооружений и др.). Цель строительного проектирования заключается в уточнении проектов зданий и сооружений (корректировка рабочих чертежей), уточнении проекта производства строительных работ и в осуществлении авторского надзора. Необходимость в корректировке рабочих чертежей возникает тогда, когда разрез пород, вскрытых строительной выемкой, существенно отличается от разреза пород основания, полученного при изысканиях, или если показатели свойств грунтов, использованные в расчетах, не отвечают их фактическим значениям, полученным в процессе опробования грунтов в строительной выемке. Корректировка рабочих чертежей требует, следовательно, сравнительной оценки инженерно-геологической информации, произведенной в период проектирования, с соответствующей фактической информацией о свойствах геологической среды в строительных выемках. Фактическая информация является продуктом инженерно-геологических работ, проводимых в период строительства сооружения, точнее, создания природно-технической системы. Для уточнения проекта производства строительных работ и осуществления авторского надзора нужны сведения о взаимодействии геологической среды со строительными механизмами, с уже возведенными сооружениями и их частями; сведения об изменении свойств среды при осуществлении водопонижения, дренажа, взрывных и других строительных работ. Иными словами, нужна информация о свойствах геологической среды в формирующейся с начала строительства сфере ее взаимодействия с сооружением, а также о ее развитии, изменении структуры и свойств во время строительства (инженерно-геологических процессах). Ясно, что информация замкнута пространственно-временными границами развивающейся сферы взаимодействия геологической среды с сооружением, изменяющей свою конфигурацию (структуру) и объем во время строительства. По характеру оценок инженерно-геологическая информация преимущественно количественная, по времени получения — естественно, оперативная, а по отношению ко времени — сингулярная (данные о разрезе, отношениях тектонических элементов и т. д.) и информация о режиме (данные об инженерно-геологических процессах). Доверительная вероятность ее такая же, как и на этапе III работ. Так как главным методом, позволяющим установить необходимость корректировки рабочей документации, является сравнительный анализ, то детальность расчленения геологической среды на геологические тела должна отвечать детальности этапа III (выделяются тела категории МГТ-3). Это же относится и к объему данных, который необходим для подсчета оценок среднего значения показателей свойств, используемых в расчетах.

Данные об инженерно-геологической информации, получаемой на этапе IV, приведены в табл. 9.8.

Таблица 9.8. Характеристика свойств
инженерно-геологической информации на этапе IV

Даже беглого взгляда достаточно, чтобы сказать, что инженерно-геологическая информация, производимая в ходе работы геологической службы на строительстве, требует специального набора методов. Основу этих методов составляет оперативная инженерно-геологическая разведка, включающая инженерно-геологические наблюдения, документацию и опробование грунтов. В процессе документации строительных выемок, выполняемой в крупном масштабе (1 : 20 – 1 : 500), и наблюдений за геологической средой, предусматривающих измерение и привязку документируемых объектов, получают детальные сведения о разрезе пород и их изменении в пределах контуров строительных выемок. Инженерно-геологическое опробование дает возможность получить фактические характеристики свойств грунтов, нужные для сравнения их с показателями, использованными в расчетах при составлении рабочих чертежей.

Инженерно-геологические наблюдения за геологической средой и изменением ее свойств в ходе строительства сооружения позволяют: 1) внести коррективы в проект производства строительных работ; 2) уточнить прогнозы инженерно-геологических процессов; 3) обеспечить качественное ведение строительства в части взаимодействия с геологической средой. Доверительная вероятность инженерно-геологической информации предопределяет соответствующую детальность документации и опробования.

Параметры систем опробования и объем испытаний свойств грунтов легко оценить количественно, опираясь на требуемые значения доверительной вероятности и точности определений. В ходе строительства инженерно-геологическую информацию необходимо непрерывно получать, обрабатывать и сразу же передавать представителям проектной организации, осуществляющим авторский надзор. Информацию представляют в виде оперативных материалов: инженерно-геологической документации, таблиц с оценками показателей свойств, графиков, отражающих режим свойств геологической среды во времени, схем состояния строительных работ и схем проявления инженерно-геологических процессов, кратких инженерно-геологических заключений и записок.

9.9. Инженерно-геологические работы
в пределах птс в период ее эксплуатации
и в рамках литомониторинга — этап V

Инженерно-геологические изыскания выполняют при эксплуатации природно-технических систем разных категорий. В пределах функционирующих элементарных и локальных ПТС инженерно-геологические изыскания ведут в случае, если в состав ПТС входят гидроузлы, промышленные комплексы, ускорители элементарных частиц, крупные подземные сооружения, радиотелескопы и другие ответственные сооружения. Функционирующая ПТС прямо или косвенно, через другие среды, взаимодействует со значительными по площади (объему) областями геологической среды и существенно изменяет ее свойства.

В последние годы в связи с проблемой рационального использования и охраны природных ресурсов стала очевидной необходимость проведения инженерно-геологических исследований в пределах региональной ПТС. Инженерно-геологические изыскания в пределах функционирующей ПТС любого уровня всегда преследуют цель получения инженерно-геологической информации о ее текущих состояниях. Эта информация используется для корректировки инженерно-геологических прогнозов и в конечном итоге для оптимизации процесса функционирования ПТС. Однако характер информации, получаемой при изысканиях, выполняемых внутри границ функционирующих ПТС разных уровней, существенно различен, что предопределяет различие методов ее получения. С учетом этого обстоятельства ниже обсуждаются инженерно-геологические изыскания, проводимые сначала в пределах элементарной или локальной ПТС, а затем в пределах региональной ПТС.

Цель службы эксплуатации сооружения состоит в обеспечении функционирования ПТС в заданном режиме. Цель инженерно-геологических работ заключается в своевременном получении информации о режиме инженерно-геологических процессов, реализующихся в ходе взаимодействия подсистем ПТС «сфера взаимодействия» и «сооружение». Информация используется для корректировки прогноза инженерно-геологических процессов. Корректировка необходима для принятия обоснованных решений и разработки мероприятий, направленных на оптимизацию функционирования ПТС. Инженерно-геологическая информация, получаемая при эксплуатации сооружения, должна быть замкнута границами ПТС. По характеру оценок информация количественная, по времени получения — оперативная и существенно режимного характера (информация об инженерно-геологических процессах). Доверительная вероятность и точность информации такие же, как и требуемые на этапах III и IV инженерно-геологических работ.

Свойства информации характеризуют данные, помещенные в табл. 9.9.

Таблица 9.9. Характеристика свойств
инженерно-геологической информации на этапе V

Свойства инженерно-геологической информации, производимой при эксплуатации элементарной и локальной ПТС, предопределяют методические аспекты работ. Главным методом работ являются наблюдения за режимом свойств геологической среды — инженерно-геологические режимные наблюдения. Для их проведения в ходе строительства ПТС реализуют сеть режимных наблюдений (пространственно-временной сппинф). Расчет пространственных параметров сппинфа проводят при проектировании ПТС, а период временной дискретизации устанавливают расчетом, получив ряд измерений параметров состояния ПТС во времени по его характеристикам. Информацию представляют в основном в виде временных рядов параметров состояния ПТС и в виде прогнозов функционирования ПТС, представляемых в графической или аналитической форме [4, 5].

Рассмотрим инженерно-геологические изыскания, проводимые в составе работ, направленных на решение экологической проблемы рационального использования и охраны природной (в том числе и геологической) среды. Изыскания выполняют в пределах региональной ПТС.

Генеральная цель хозяйственной деятельности в масштабе региона заключается в оптимизации управления природной средой. Оптимизация управления сводится к реализации соответствующих управляющих мероприятий, которые приведут к наилучшему с точки зрения современной и будущей хозяйственной деятельности функционированию естественных и искусственных компонентов региональной ПТС. Для достижения этой цели нужен инженерно-геологический прогноз, который строится на базе инженерно-геологической информации (рис. 9.2). Ее получают в процессе инженерно-геологических изысканий, имеющих существенно режимный пространственно-временной характер. Режимные инженерно-геологические наблюдения следует проводить в рамках системы наблюдений и прогноза, называемой литомониторингом. Литомониторинг представляет собой элемент мониторинга окружающей среды. Инженерно-геологическая информация должна быть замкнута границами региональной ПТС. По характеру оценок информация о режиме функционирования ПТС является в основном количественной, хотя не исключены и качественные оценки. По отношению ко времени получения информация может быть накопленной (сведения о начальном состоянии ПТС и ее состояниях до проведения наблюдений за режимом) и оперативной (сведения о режиме функционирования ПТС). Характер инженерно-геологической информации — существенно режимный. Доверительная вероятность — до 0,95. Информация должна включать количественные и качественные оценки параметров состояния региональной ПТС — координат системы, определяющих ее функционирование, в том числе оценки компонентов инженерно-геологических условий на различные моменты физического времени (периода функционирования ПТС).

Рис. 9.2. Последовательность работ по оптимальному управлению геологической средой.
1 — инженерно-геологические изыскания, проводимые в пределах элементарной
ПТС или в рамках литомониторинга (главным образом наблюдения за режимом
инженерно-геологических условий), цель которых — получение инженерно-геологической
информации, необходимой для разработки инженерно-геологического прогноза;
2 — разработка инженерно-геологического прогноза;
3 — проектирование мероприятий, направленных на оптимизацию
взаимодействий между компонентами ПТС;
4 — осуществление управляющих мероприятий;
5 — проведение инженерно-геологических наблюдений за функционированием
ПТС, эффективностью мероприятий с целью получения информации,
требующейся для корректировки инженерно-геологического прогноза;
6 — проектирование реконструкции существующих и разработка дополнительных мероприятий;
7 — реализация дополнительных мероприятий;
8 — инженерно-геологические режимные наблюдения

Характеристики информации приведены в табл. 9.10.

Таблица 9.10. Характеристика свойств
инженерно-геологической информации на этапе V

Инженерно-геологическую информацию, удовлетворяющую перечисленным требованиям, получают в процессе наблюдений за режимом геологических параметров, являющихся параметрами состояния ПТС. В отличие от наблюдений за режимом функционирования элементарной ПТС наблюдения в пределах региональной ПТС могут относиться к одному пункту получения информации или охватывать достаточно большую площадь, даже всю территорию региональной ПТС. В последнем случае в качестве метода наблюдений может быть использовано аэрокосмофотографирование, проводимое в разные моменты времени, с последующим дешифрированием параметров состояния ПТС и их количественной оценкой.

Результаты наблюдений за режимом региональной ПТС после их обработки должны характеризовать динамику ПТС (динамику взаимодействий, их пространственно-временные границы, границы распространения ЭГП). Формой представления информации являются отчеты-ежегодники, содержащие характеристику процесса функционирования региональной ПТС и его прогноз. Отчеты представляют планирующей организации для разработки стратегии управления ПТС и текущей корректировки управляющих взаимодействий [5]. Корректировка функционирования региональной ПТС осуществляется путем разработки и реализации соответствующих природоохранных мероприятий.

Анализ инженерно-геологической информации, получаемой на различных этапах изысканий, показывает, что в процессе детализации инженерно-геологических работ от этапа I к этапу V наблюдаются некоторые тенденции, которым подчиняются следующие свойства инженерно-геологической информации:

· уменьшается изучаемый объем геологической среды, и соответственно более узкими становятся рамки инженерно-геологической информации;

· увеличивается вклад оперативной информации в информацию, требуемую для решения инженерной задачи;.

· возрастает роль количественных оценок, а на этапах III–V инженерно-геологическая информация становится преимущественно количественной;

· от этапа к этапу инженерно-геологических работ увеличивается объем информации о режиме (на этапе V она имеет только режимный характер);

· возрастает уровень доверительной вероятности инженерно-геологической информации.

Закономерности в изменении свойств информации обусловливают тенденции в методике инженерно-геологических работ, отражающиеся в главнейших чертах процесса инженерно-геологических изысканий. Они обсуждались в параграфе 9.3. Остается только отметить, что в связи с изменением требований к информации на разных этапах изменяется подход к пространственному размещению пунктов получения информации. Сначала горно-буровые выработки и полевые опытные работы располагают на местности, исходя преимущественно из геологических соображений (этапы I и IIа), затем к ним прибавляются геолого-математические принципы (этапы IIа и IIб), на III–IV этапах руководствуются в основном правилами, предписываемыми конкретными конструктивными решениями. Наконец, частично на этапе IV и в целом на этапе V работ пространственное размещение пунктов получения информации предопределяет пространственная структура взаимодействий между подсистемами ПТС «сооружение» и «сфера взаимодействия» (пространственная структура инженерно-геологических процессов). В связи с изменением отношения информации ко времени изменяется и характер систем опробования. До этапа III они являются пространственными, а на этапах IV и в особенности на V — пространственно-временными.

---