Новая система дистанционного мониторинга позволяет выявлять скрытые дефекты подземных тоннелей метро
Учёные разработали комплексную систему, которая позволяет обнаруживать оседание грунта и потенциально опасные дефекты в районах городских метро. Метод объединяет данные спутникового радиолокационного мониторинга, лазерного сканирования и георадара, благодаря чему позволяет сначала выявить подозрительный участок на большой территории, а затем подробно исследовать его на месте.
Исследователи отмечают, что традиционный мониторинг часто основан на использовании одной технологии. Такой подход позволяет получить информацию только об определённом типе изменений и может быть недостаточно надёжным при обследовании протяжённых подземных сооружений. Новая система получила название многоуровневой дистанционной диагностики (MSRS) и объединяет три взаимодополняющих метода.
На первом этапе специалисты используют спутниковую интерферометрическую радиолокацию (InSAR). Она позволяет отслеживать смещения поверхности, сравнивая радиолокационные сигналы, полученные над одной и той же территорией в разные моменты времени. Исследователи дополнительно применили метод сезонно-трендовой декомпозиции LOESS, чтобы отделить сезонные колебания от долговременного оседания грунта.
Испытания проводились вдоль городского участка линии метро. Анализ спутниковых данных выявил вентиляционную шахту, в районе которой наблюдалась выраженная аномалия оседания. Более подробное изучение показало, что деформация носила постепенный и долговременный характер.
После обнаружения подозрительного участка исследователи перешли к наземному лазерному сканированию. Визуальный осмотр шахты выявил несколько трещин на потолке, а также следы предыдущего ремонта. Лазерное сканирование позволило детально измерить геометрию поверхности и установить характер деформации.
Оказалось, что оседание потолка становилось более выраженным в направлении участка, расположенного непосредственно под автомобильной дорогой над шахтой. Это указывало на необходимость дополнительного исследования грунта под поверхностью.
На третьем этапе специалисты использовали георадар. Метод основан на отправке высокочастотных электромагнитных импульсов в грунт и регистрации отражённых сигналов. Он позволяет без разрушения покрытия обнаруживать особенности подземной структуры.
Георадарное обследование участка дороги над шахтой выявило сигналы, соответствующие структурам, похожим на подземные пустоты. Кроме того, границы между отдельными слоями грунта оказались менее выраженными, что свидетельствовало о неоднородности подповерхностной структуры.
Совместное использование трёх методов позволило установить, что обнаруженная аномалия оседания не была артефактом какого-либо одного способа измерений. Спутниковые данные выявили проблему на большой территории, лазерное сканирование подтвердило деформацию самого сооружения, а георадар обнаружил признаки неоднородности грунта под ним.
По словам авторов, такой подход позволяет подробнее выявлять последствия некачественного уплотнения грунта, ошибок при строительстве и других дефектов, которые могут оставаться незаметными при обычном визуальном контроле.
Исследователи считают, что система может изменить подход к безопасности городской инфраструктуры, сместив акцент с устранения последствий аварий на раннее выявление потенциально опасных участков. В дальнейшем MSRS может использоваться для планирования технического обслуживания и проведения точечных обследований зон повышенного риска, что потенциально позволит снизить вероятность внезапных провалов грунта, повреждения сооружений и отказов инфраструктуры.
Исследование в журнале Tunnelling and Underground Space Technology.