Соколова И.А. («НижегородТИСИЗ», Нижний Новгород)
Вкрупных городах безаварийное строительство возможно только при наличии полнойинформации об инженерно-геологических условиях территории на всех стадиях строительногопроцесса.
Приактивной реконструкции города и достаточной изученности территории, необходимасистематизация уже накопленных данных. Причем ценность геологической информациивозрастает в том случае, если она увязана с планово-высотным расположениемсооружений, фундаментов, подземных коммуникаций. При этом возникают два типазадач: связанные со сбором, организацией и хранением данных; анализа, интерпретациии построения цифровых моделей инженерно-геологических карт.
Базовымиэлементами информационного моделирования геологических карт являются: цифроваякартографическая основа, первичные геологические данные, производные данныематериалов предшественников.
Цифроваякартографическая основа является несущей конструкцией моделирования. Она должнасохранять преемственность от масштаба к масштабу.
Первичнаягеологическая информация обеспечивает возможность создания компонентов модели вполном объеме полевых наблюдений. При этом данные должны иметь надежнуюкоординатную привязку и структурироваться по единым законам и понятиям.
Производныеданные материалов предшественников — это результаты обработки и интерпретациипервичных данных, представленные цифровыми моделями карт геологическогосодержания, формализованными описаниями их легенд и геологических объектов, результатамиобработки геофизических, геохимических, гидрогеологических данных.
Компонентыгеологической среды, применяемые для информационного моделирования, состоят изнабора признаков в каждой точке. При инженерно-геологических изысканиях под строительствотакими точками являются скважина, дудка, шурф, точки статического зондированияи геофизических наблюдений. По комплексу геолого-геофизических данных требуетсяоценить распределение числовых или номинальных свойств геологической среды ипредставить эти свойства в виде цифровых моделей геологического строениятерритории.
Переводэтого процесса в автоматизированный режим возможен при условии четкогоразграничения набора операций на те, которые будут автоматизированы, и другие, неподлежащие автоматизации по техническим причинам.
Немаловажнымаспектом для построения информационных моделей карт является использованиецифровых моделей геологических карт предшественников, увязанных с современнойкартографической основой. Необходимая информация, «снятая» с таких карт, включаетсяв обработку.
Вопросысбора, обработки и анализа данных по инженерным изысканиям уже несколько летуспешно решаются в ОАО «НижегородТИСИЗ». На базе программного комплекса ГИС«Карта 2005» (КБ «ПАНОРАМА») создан банк цифровых данных фонда «Инженерныеизыскания» (ГИС ГЕОТОП), который позволяет проводить анализ, интерпретацию ипостроение векторных, растровых и матричных карт геологического содержания, разрабатыватьспециализированные ГИС-приложения в среде Windows, решать типовые прикладныезадачи.
Организация данных
Системаорганизации данных позволяет строить геологические карты, прогнозироватьопасные геологические процессы (карст, оползни и т. д.), проводить поискинформации и осуществлять мониторинг геологической среды. Степень детализацииинформации зависит от стадии инженерных изысканий.
Длягородского строительства данные, как правило, представлены в масштабе 1:500.Структура базы данных предусматривает возможность ввода инженерно-геологическойинформации крупно-, средне- и мелкомасштабных работ. В зависимости от вида имасштаба построения геологической карты проводится генерализация исходныхданных. Например, для построения геолого-литологической карты масштаба 1:10 000мощности каждой литологической разности грунта в точке наблюдения суммируются сучетом возраста и генезиса и записываются в отдельное поле базы данных, фрагменткоторой приведен в табл. 1.
Таблица1. Фрагмент таблицы литологических свойств грунтов (LITOL.db) Суммарная мощность грунта, м Мощность разновидности грунта, м Геологический индекс слоя Наименование грунта 5 laQII-III суглинок 12, 5 7, 5 laQII III суглинок 1, 7 1, 7 tQIV насыпной грунт 1, 1 1, 1 edQIII суглинок 3, 7 laQII III суглинок 12, 2 8, 5 laQII III суглинок
Структураданных для ввода первичной геологической информации разработана на основесуществующих нормативных документов для инженерных изысканий [1–5]. В точкахгеологической среды (выработки, статика, ВЭЗ) вводятся показатели в числовомили текстовом виде:
общиеданные (год, глубина, организация и пр.);
условиязалегания грунтов (глубина подошвы, возраст, мощность и пр.);
характеристикагрунта;
физико-механическиесвойства образцов;
химическиеанализы воды;
коррозионнаяактивность грунтов.
Длякаждого вида грунта подбирается собственный набор компонентов:
глинистыегрунты — грансостав, текстура, минеральный состав, обломочность, карбонатность,примеси, включения, органика, консистенция;
песчаныегрунты — минеральный состав частиц, обломочность, примеси, зернистость, плотностьсложения, степень плотности, включения, органика, степень влажности;
обломочныегрунты — вид грунта и заполнителя, прочность, плотность скелета, трещиноватость,выветрелость, включения, степень влажности;
скальныеи полускальные грунты — карбонатность, обломочность, структура, текстура, сопротивлениеодноостному сжатию, выветрелость, трещиноватость, плотность скелета, включения,наличие полостей и пр.;
техногенныегрунты — способ укладки, однородность состава, степень и метод уплотнения, степеньвлажности и пр.
Расчетныекомпоненты физико-механических свойств образцов грунта содержат общие сведения(глубина и дата отбора, номер заказа и пр.), физические свойства, гранулометрическийсостав, результаты срезовых и компрессионных испытаний, относительнуюпросадочность при нагрузках, коррозионную активность.
Расчетныекомпоненты для оценки подземных вод включают данные по уровням, глубине иусловиям залегания, физическим свойствам, химическому составу, коррозионнойактивности.
Привыборе расчетных параметров для характеристики геологических процессов вводятсяданные по подземным и поверхностным проявлениям, времени и интенсивностипоявления.
Классификатор
Анализметодических рекомендаций и нормативных документов позволил обобщить полныйкомплекс геологических факторов, используемых при построенииинженерно-геологических карт. Структура электронного классификатора состоит изнескольких слоев, в каждом из которых расположены характерные для данного слояобъекты. В табл. 2 приведены типы объектов, располагаемые в каждом слое.
Таблица2. Структура классификатораНаименование слоя Объекты Генетические типы Площадные объекты наиболее характерных генетических типов четвертичных отложений Нижегородской области Геологические границы Линейные стратиграфические, тектонические, гидроизогипсы Горные выработки Типы геологических выработок (скважины, дудки, шурфы), точек геофизических наблюдений и статического зондирования Грунты Инженерно-геологические виды полускальных, осадочных, техногенных грунтов Нижегородской области Геоморфология Объекты геоморфологии и физико-геологических процессов и явлений (границы террас, овраги, оползни, карстовые воронки) Гидрогеология Элементы гидрогеологии (родники, колодцы, гидрогеологические подразделения) Стратиграфия Возраст четвертичных и коренных отложений Литологические особенности Наиболее часто встречающиеся литологические особенности грунтов (затофованность, выветрелость, включения)
Длякаждого объекта разработан код, ключ, семантика, позволяющие осуществлять связьи проводить операции по выборке данных, построению карт, математическимрасчетам. Классификаторы карт масштабов 1:10 000 и 1:500 предназначены дляпостроения инженерно-геологических карт, соответственно, на стадиях созданиягенерального плана развития города, разработки проекта строительства и рабочейдокументации. В районах развития опасных геологических процессов при построенииспециализированных карт систематизируются и добавляются дополнительные объектыслоев.
Базаданных геологических карт предшественников, представленных в растровом иливекторном виде, состоит из наборов разных по масштабу карт, схем, разрезов, идентифицированныхпо назначению и архивному номеру отчета.
Ввод и хранение данных
Системаввода в банк данных фонда «Инженерные изыскания» предусматривает импорт текущейгеологической информации и ввод архивной информации с бумажных носителей.Текущая геологическая информация представляет собой результаты обработкипервичных полевых геологических данных программными средствами, разработаннымиспециалистами треста. Это следующие программы: «Колонка» (созданиегеолого-литологической колонки для любого масштаба карт по полевым материалам),«Статика» (обработка данных статического зондирования), «Статистика» (статистическаяобработка лабораторных определений физико-механических свойств образцовгрунтов), «Разрез» (построение инженерно-геологических разрезов как дляплощадок, так и для линейных объектов, в том числе трасс нефте- и газопроводов),«Лаборатория» (расчеты по результатам определений физико-механических свойствобразцов, химического состава подземных вод, коррозионной активности грунтов), «Склон»(расчет устойчивости склонов естественного происхождения).
Топографо-геодезическаяинформация обрабатывается в программном комплексе CREDO (СП «Кредо-Диалог», Минск,Республика Беларусь).
Структураданных текущей геологической информации ориентирована на структуру банка данныхГИС ГЕОТОП. Перевод топографической информации осуществляется с помощьюконвертора.
Дляввода информации с отчетов разработаны паспорта точек наблюдений. Архивнаяинформация анализируется, приводится в соответствие с современными нормативнымидокументами, проверяется координатная привязка.
Длярайонов развития опасных геологических процессов, например, карстовыхпроявлений, предусматривается ввод дополнительной информации по зонам развитиякарстовосуффозионных процессов в скважинах, поверхностным проявлениям карста(провалы, воронки).
Картына бумажной основе сканируются на планшетных сканерах формата А3 (А0).Отсканированные карты трансформируются, затем выполняется их координатнаяпривязка, а также векторизация в ГИС «Карта 2005».
Хранениеданных осуществляется в базе, состоящей из нескольких взаимосвязанных таблиц вформате DB. Растры геологических карт, схем, разрезов хранятся в формате RSW, апользовательские векторные карты — в формате SIT.
Примеры использования данных
Внастоящее время в тресте проходит апробацию методика построениягеолого-литологической карты по данным фонда «Инженерные изыскания».Разработана инструкция для специалистов производственно-технического отдела, проводящихработы по систематизации и обработке архивных инженерно-геологическихматериалов [6]. На один из участков города создана информационная модель геолого-литологическойкарты, отражающая сведения об условиях залегания и составе грунтов, погребенныховрагах, горных выработках, топографической ситуации. Отработан принципсоздания трехмерной матрицы грунтов, позволяющий оперироватьгеолого-топографическими данными для оценки инженерно-геологического строениятерритории и просматривать информацию по любому профилю, выработке (рис. 3).
Наинформационной модели карты-схемы кровли коренных отложений масштаба 1:5000одного из участков города представлены сведения об абсолютных отметкахзалегания кровли пермских образований. При проектировании зданий и сооружений, реконструкцииуже существующих объектов, аварийных ситуациях возможна оценка глубин икрутизны залегания кровли коренных грунтов под фундаментом промышленных и жилыхобъектов.
Внастоящее время дорабатывается методика построения карты районирования покарстовой опасности. Структура данных, методика построения подробно описаныавтором в журнале «Инженерная геология» [7]. Используя данные по скважинам, карстовымпровалам, воронкам, условиям залегания отложений, уровням подземных вод, быливыделены участки разной степени устойчивости к карстовым процессам.
Разработкаметодики структурирования геолого-топографических данных городской территорииявляется основой для создания системы нормативных документов и отраслевыхстандартов представления информации по топографо-геодезическим, инженерно-геологическими другим видам инженерных изысканий в едином банке данных.
Формированиебанка пространственных геолого-топографических данных, информационноемоделирование геологической среды городских территорий позволит:
повыситькачество, снизить стоимость и сократить сроки инженерных изысканий;
выбратьучастки наиболее благоприятные для строительства;
осуществитьпроектирование защитных мероприятий от опасных геологических процессов (карст, оползни,подтопление);
определитьоптимальный тип фундамента и снизить стоимость строительных работ;
вестимониторинг геологической и топографической сред.
Список литературы
ГОСТ25100–95. Грунты. Классификация.
ГОСТ21.302–96. Условные графические обозначения в документации по инженернымизысканиям.
СП11-105–97. Часть I. Общие правила производства работ.
СП11-105–97. Часть II. Правила производства работ в районах развития опасныхгеологических и инженерно-геологических процессов.
Инженерныеизыскания, проектирование, строительство и эксплуатация здания и сооружений назакарстованных территориях Нижегородской области (ТСН-22-308–98 НН), НижнийНовгород, 1999.
МИ-2.10–18Методологическая инструкция по качеству. Раздел 2.10. Управление процессами.Методические указания по составлению геолого-литологической карты масштаба 1:10000 по архивным инженерно-геологическим материалам (с применением компьютерныхтехнологий). — ОАО «НижегородТИСИЗ», 2007.
СоколоваИ.А. Применение ГИС-технологий для районирования территории Нижнего Новгородапо степени опасности карстовых процессов // Инженерная геология, май 2006 г.
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта masters.donntu.edu.ua