Команда специалистов Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, Института горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАН и ООО НИЦ «Бамтоннель» объединили усилия для внедрения инновационных методов оценки состояния подземных сооружений. Современный подход опробован на неиспользуемом железнодорожном тоннеле в Кемеровской области и уже показал свою перспективность для повышения надежности и безопасности инфраструктурных объектов.
Новый взгляд на диагностику подземных объектов
Традиционно инженерные изыскания для проектирования и эксплуатации тоннелей и прочих подземных коммуникаций опираются на данные, полученные из скважин и стандартных геофизических методов. Но эти инструменты не всегда позволяют полноценно выявить трещиноватые, обводненные или иные опасные участки горного массива, что может привести к рискам во время эксплуатации объектов.
Острой проблемой остается и своевременное обнаружение расстояния до потенциально опасных зон при проведении проходческих работ или при необходимости срочных ремонтов и гидроизоляции. Для преодоления этих трудностей специалисты обратились к технологии многоканального анализа поверхностных сейсмических волн (MASW).
Применение MASW впервые под землей
До недавнего времени методика MASW, основанная на изучении распространения сейсмических волн, активно использовалась только на поверхности земли. Применение этой технологии для анализа состояния подземных тоннелей стало настоящим прорывом – ранее подобный опыт отечественными учеными не реализовывался.
Полевой эксперимент проходил в Кемеровской области, в старом тоннеле на участке Артышта – Томусинская, который был введен в эксплуатацию в 1967 году и позднее законсервирован из-за сложных гидрологических условий. Это позволило в реальных условиях протестировать эффективность и точность технологии во внутреннем пространстве тоннелей.
Как проходили обследования: особенности техник и площадки
Сейсмические исследования осуществлялись со стороны западного портала тоннеля, первые 250 метров которого выполнены в круглом сечении с чугунной тюбинговой облицовкой – решением, характерным для метрополитенов той эпохи. Далее тоннель внедряется глубже в плотные породы, меняя форму на подковообразную. Такой сложный профиль позволил комплексно оценить поведение сейсмических волн в различных горных и конструктивных условиях.
Источником возмущений послужил специально подготовленный вибрационный комплекс на двух низкочастотных акустических трансдьюсерах, генерирующий сигналы в диапазоне 5–500 Гц. Информацию обрабатывали с помощью коррелограмм и метода наклонного f-k преобразования (SFK), который показал высокую эффективность и точность при анализе многоканальных данных.
Выводы и открытия: высокая точность и перспективы применения
Анализ результатов выявил уникальные детали. В одном из обследованных участков отсутствовал плотный контакт между бетонной обделкой тоннеля и окружающим горным массивом. Это указывает на вероятное наличие пустот или зон с ослабленной структурой породы, что часто является следствием трещиноватости и обводнения. Именно по причине поступления воды тоннель ранее был выведен из эксплуатации. Однако теперь были точно локализованы проблемные участки, что открывает реальные пути для дальнейших восстановительных работ и предотвращения аварийных ситуаций.
Исследования подтвердили, что оборудование и программные методы, привычные для наземной сейсморазведки, отлично адаптируются и для подземных условий. Это позволяет расширить возможности инженерных обследований подземных сооружений, усилить профилактику аварий и оптимизировать ремонтные мероприятия.
Влияние проекта на науку и безопасность инфраструктуры
Разработанная и апробированная методика способна значительно повысить уровень контроля за состоянием действующих и строящихся тоннелей, переходов, шахт и других горно-подземных объектов. Озвученные результаты свидетельствуют о большом потенциале для внедрения передовых решений в практику диагностики и мониторинга инфраструктурной безопасности.
Такой интегративный подход позволяет уверенно рассчитывать на снижение эксплуатационных рисков и эффективное выявление скрытых дефектов еще до появления признаков серьезных аварий.
Исследовательская команда и роль Российского научного фонда
Успешная реализация проекта стала возможна благодаря слаженной работе учёных и инженеров: к.ф.-м.н. А.С. Сердюков, к.ф.-м.н. А.В. Яблокова, А.В. Азарова, М.Н. Корми и К.Б. Акулова. Научная инициатива поддержана Российским научным фондом в рамках гранта №24-27-00192, что позволило привлечь современные ресурсы и выйти на новый уровень исследований.
Данный опыт демонстрирует, что совместные усилия научных коллективов и организаций способны приносить ощутимую пользу не только для развития науки, но и для реального повышения безопасности и технологичности отечественной транспортной инфраструктуры. Объединяя знания и опыт, учёные продолжают открывать новые горизонты для комплексных инженерных решений и устойчивого развития.
Источник: scientificrussia.ru
