термограф на ж/д транспорте

Фото 5 Мониторинг напряженно-деформируемого состояния грунтовых массивов в основании здания Счетной Палаты РФ с использованием методов неразрушающего контроля и компьютерного моделирования

      Мостостроительным сообществом в России уже на­коплен определенный опыт мониторинга при строи­тельстве и эксплуатации мостов. Нам как ученым более близка идея непрерывного мониторинга как наиболее эффективного способа профилактики различных «бо­лезней» мостовых сооружений в течение их долгой - 100-150 лет - жизни. Хороший пример развитого мониторинга мы наблюдаем при строительстве моста на острове Русский, когда уже на стадии заложения фундаментов, выполнения строительно-монтажных работ по опорам, пилону, вантовой системе и сварным соединениям закладывается и наращивается система мониторинга для использования при последующей экс­плуатации моста. Приведу примеры из опыта нашего научного центра. В течение двух лет мы выполняли ра­боты по научно-техническому сопровождению строи­тельства железобетонного автодорожного моста через Ангару в Иркутске. На отдельных его элементах были установлены специальные датчики, которые позволи­ли оценить состояние конструкции даже после про­изошедшего там 6-балльного землетрясения. Это дало объективную картину состояния сооружения и позво­лило завершить монтаж конструкции. Силами НИЦ «Мо­сты» был организован мониторинг при строительстве метрополитена в Братеево. Во время проходки тоннеля щитовым способом были сомнения по поводу взаимо­действия строящегося тоннеля и устоя крупного моста через Москву-реку, который находился на расстоянии 20-25 м. В течение года мы проводили геодезические замеры, свидетельствовавшие о том, что проходка не оказывает негативного воздействия на конструкцию самого моста. Подобные замеры проводились два года назад и во время реконструкции Киевского метромоста в Москве. На Большой Ленинградке в ходе строитель­ства эстакады возле метро «Динамо» возникли неко­торые проблемы с установкой опорных частей. Прове­денные нами в течение года наблюдения за состоянием опорных частей, в частности опоры 8, показали на­дежность и долговечность возведенных конструкций. Подобная работа была проведена нашим центром три года назад на Волоколамском шоссе в районе съезда с Третьего транспортного кольца, когда у строителей возникли сомнения по поводу безопасности режима работы эстакады. Мониторинг доказал, что несущая способность эстакады находится в штатном режиме. В ходе строительства эстакады на Новорижском шоссе в зимних условиях и в стесненном пространстве необ­ходимо было оперативно отследить процесс надвижки пролетного строения, представлявшего собой сложную железобетонную конструкцию. Мы справились с постав­ленной задачей и помогли строителям осуществить эту непростую инженерно-техническую операцию.

Фото 4. Панорама Серебряноборского вантово-балочного моста. ЦНИИС обеспечивал комплексное научное сопровождение его проектирования и строительства (моделирование и испытания конструкции моста, научное сопровождение строительно-монтажных работ, проектирование подпорных стен на подходах к мосту, приемочные испытания моста)

      Очень хорошо зарекомендовал себя термомониторинг, основанный на инфракрасном излу­чении высокого разрешения, выполняемый с помощью дистанционной (устанавливаемой на воздушных судах) и ручной тепловизионной аппаратуры. Чувствительные приборы позволяют регистрировать перепады темпе­ратуры до тысячной доли градуса, выявляя тем самым утечки тепла в некачественных соединениях мостов, зданий, в подстанциях и линиях электропередачи. Тер­момониторинг эффективен также и при исследованиях динамики температурно-влажностного режима в зем­ляных сооружениях в целях оценки влияния мерзлот­ных процессов на состояние грунтового массива, что было реализовано ЦНИИСом на ряде объектов ж.-д. строительства на севере Западной Сибири. Вибромони­торинг - еще один весьма продуктивный и высокопро­изводительный метод получения информации. В ЦНИИСе есть лаборатория вибродиагностики, основанная на применении нашей собственной системы нагружения - сейсмовозбудителя. С помощью вибропогружателя мостовая конструкция подвергается динамическим на­грузкам; мост начинает колебаться как контур и тог­да, сравнивая эти показатели с его математической моделью по форме амплитуды или частоты колебаний, мы находим отклонения и выявляем дефект. На одном мосту через Оку именно таким образом был обнаружен излом опоры на уровне донного ростверка. Поработала наша установка и в Узбекистане. После землетрясения в Зарафшане мы подвергли вибродиагностике 34 здания, состояние трех было определено как критическое, и они были снесены. И подобных командировок нашей лаборатории выпадает немало: обследование ком­прессорных станций, газопроводов, дымовых труб, но в основном мостов, когда необходимо оперативно опре­делить, требуется ли мосту ремонт, можно ли пропу­стить по нему сверхтяжелую технику и пр.

Фото 3. Мониторинг транспортных природно-технических систем с использованием аэрокосмических  технологий: а - многозональный аэроснимок участка железнодорожного строительства на полуострове Ямал; б - наземный снимок этого участка после окончания строительства

      Мы разработали технологию строительства соору­жений в районах вечной мерзлоты. Эти инновацион­ные технологии гарантированно позволяют сохранять мерзлоту в основаниях мостовых и портовых соору­жений и за счет этого обеспечивать их безопасность и надежность. Хорошим подспорьем для строителей стал и разработанный нами в содружестве с НПО «Наука» тепловой насос «Борей-турбо», с помощью которого можно оперативно охлаждать в основании сооруже­ний участки грунтового массива, где начинается рас­тепление. Одним из регионов, где в полной мере ре­ализованы наши разработки в области мониторинга природно-технических систем, является полуостров Ямал. Научное обеспечение развития его транспортной инфраструктуры на всех этапах жизненного цикла со­оружений мы осуществляем уже более 35 лет. За этот период создан уникальный банк данных о взаимодей­ствии инженерных сооружений с природной средой и прежде всего применительно к железнодорожной трассе Обская-Бованенково. В настоящий момент в Министерстве регионального развития РФ находятся на утверждении разработанные нами в ходе реализа­ции данного проекта СТУ, в которых нашел отражение наш экосистемный подход. По результатам этих иссле­дований издан целый ряд монографий и учебных посо­бий, используемых при подготовке научных кадров но­вого поколения. ЦНИИС ежегодно выпускает сборники научных трудов, где обобщается весь опыт, все наши идеи по управлению криогенными процессами земно­го полотна. Из дистанционных методов мониторинга отмечу также зондирование конструкций, например, с использованием лазерных сканеров. Подобным об­разом удобно получать геометрию тоннельной обдел­ки или геометрию здания, выявлять наличие трещин, деформаций, отклонений от проектного положения. Оценка технических параметров, в частности напря­женно-деформированного состояния конструкций и узлов сооружений, осуществляется также методами неразрушающего контроля с применением аппарату­ры, позволяющей получать информацию в широком диапазоне электромагнитного спектра. Также нашли широкое применение наземные методы оценки состо­яния земляных, металлических и железобетонных кон­струкций, в том числе тензометрические, магнитные и ультразвуковые методы, радиолокационное зондиро­вание с использованием георадаров, методы электро и сейсморазведки с использованием мобильных пере­носных станций, ручные тепловизоры и термографы, современные геодезические измерения с использованием систем GРS.

      Специалисты нашего института, на­учившись управлять процессом кинетики набора проч­ности бетона с учетом его экзотермии, первыми в мире и практически единственные в нашей стране научились делать бездефектный монолитный бетон, что позво­ляет возводить монолитные конструкции без единой трещины. Круглогодичный мониторинг бетонных ра­бот осуществлялся нами при сооружении футбольного стадиона «Зенит» в Санкт-Петербурге. Возникновение дефектов при бетонировании исключено за счет пре­вентивного предупреждения всех отклонений от ут­вержденных технологических регламентов в процессе непрерывного контроля качества бетонных работ. В институте созданы новые стали для мостостроения в труднодоступных суровых климатических условиях - речь идет о коррозионно-стойких, экономно-легиро­ванных, не требующих окраски.

Фото 2. Математическое моделирование натяжения вант моста через реку Мзымту в Сочи в системе мониторинга монтажа пролетного строения

     ЦНИИС - уникальный научный центр, в основе идеологии которого лежит комплексный, структур­но-иерархический подход, согласно которому любой объект рассматривается как система. Подобный под­ход является залогом принятия правильных управлен­ческих решений, способных обеспечить комплексную безопасность и долговечность строящихся объектов, как того требует Федеральный закон 384. Институт причастен к разработке целой системы национальных отраслевых стандартов — СТУ, СТО. На этом поприще у нас есть несомненные достижения — ряд иннова­ционных инженерных решений, применение которых в строительной отрасли обеспечивает значительную экономию ресурсов и дает ощутимые конкурентные преимущества.

Фото 1. Мониторинг технического состояния одной из опор на Третьем транспортном кольце Москвы

      Когда, например, мы проводим испытания матери­алов, мы прогнозируем, как данный материал поведет себя в конструкциях при реальных нагрузках. Когда моде­лируем инженерное сооружение, мы можем предвидеть, как оно поведет себя в различных ситуациях - при урага­не, шторме, даже взрыве... Уже на стадии проекта мы мо­жем дать рекомендации, какие материалы, конструкции, технологии должны быть использованы, чтобы обеспе­чить безопасное и надежное функционирование данного объекта. Одна из последних наших работ в этой области - создание физической модели петербургского стадиона «Зенит». Эта модель в масштабе 1:35, изготовленная из оргстекла, очень красива, изящна, но главное - она позволит спрогнозировать весь комплекс ситуаций, ко­торые могут возникнуть при различных воздействиях. А ведь конструкция будущего стадиона достаточно сложная: раздвижная кровля, представляющая собой 18 тысяч тонн металлоконструкций, которые будут перемещаться над головами зрителей.

      В последующих работах нашего института эти на­правления получили углубленное методологическое развитие и на протяжении более 35 лет реализованы на примере многих транспортных природно-технических систем, сооружаемых в сложных природных условиях Кавказа, Восточной Сибири, в криолитозоне.

      Впервые принципы мониторинга применительно к строительной отрасли были сформулированы в ЦНИИСе еще в 1982 г., когда были заявлены задачи функцио­нирования систем мониторинга: контроль изменений геологической среды в результате строительства и эксплуатации объектов и контроль состояния инже­нерных сооружений под влиянием динамики геоло­гической среды в результате техногенного воздей­ствия на нее.

      Научные школы нашего института, который являет­ся академической научной базой отрасли транспортно­го строительства, трактуют мониторинг не только как систему наблюдений, но, что принципиально, как си­стему оперативного предупреждения аварийных ситу­аций, систему информационного обеспечения принятия управляющих решений.

      В наши дни нет ни одной области человеческой де­ятельности, в системе измерений результатов которой не применялось бы понятие «мониторинг». Этот термин укоренился в современной строительной отрасли, где его актуальность трудно оспорить. Между тем в про­фессиональном сообществе единого понимания, что такое мониторинг и каковы его задачи, до сих пор не сформировалось.

Ю.В. Новак – директор филиала ОАО ЦНИИС «НИЦ Мосты»

А.А. Цернант – Заместитель Генерального директора ОАО ЦНИИС

П.А. Сычев – генеральный директор ОАО ЦНИИС

Современный научный взгляд на проблему мониторинга сложных строительных сооружений

Цниис — Современный научный взгляд на проблему мониторинга сложных строительных сооружений