Георадіолокація як неруйнівнийметод моніторингу земляного полотна

Опубліковано:
Розділ: Будівництво та цивільна інженерія
Cторінковий інтервал статті: 117-137
Ключові слова: георадіолокація, моніторинг, георадар, земляне полотно, електромагнітна хвиля.
Як цитувати статтю: Ковальчук В. В., Кравець І. Б., Лучко Й. Й. Георадіолокація як неруйнівнийметод моніторингу земляного полотна // Дороги і мости. – 2019. – Вип. 19-20. – С. 117-137.
Як цитувати статтю (references): Vitalii Kovalchuk, Ivan Kravets, Josef Luchko. GPR method as a non-destructive method for subgrade monitoring // Dorogi і mosti [Roads and bridges]. – 2019. – Iss. 19-20. – P. 117-137. [in Ukrainian].

Автори

Національний університет «Львівська політехніка», м. Львів, Україна
https://orcid.org/0000-0003-4350-1756
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, м. Дніпро, Україна
https://orcid.org/0000-0002-2239-849X
Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, м. Тернопіль, Україна
https://orcid.org/0000-0002-3675-0503

Анотація

Вступ. У вступі коротко наведено основні фактори, що діють на земляне полотно залізничних і автомобільних доріг, котрі спричиняють виникнення та розповсюдження різного роду дефектів та деформацій. Надано коротку характеристику методу георадіолокації, описано загальний принцип дії георадара.
Проблематика. Застосування руйнівних методів моніторингуземляного полотна не дозволяє виявити зародження дефектів земляного полотна на ранніх стадіях, що в подальшому призводить до виникнення аварійних ситуацій та збільшення витрат на поточне утримання. У той же час застосування неруйнівних методів ускладнено у зв’язку з незначним досвідом їх застосування. Одним із таких неруйнівних методів є георадіолокація.
Мета. Метою роботи є огляд та аналіз існуючих досліджень, які присвячені методу георадіолокації, як одного з перспективних неруйнівних методів діагностики земляного полотна.
Матеріали і методи. Використано методи аналізу та синтезу при вивчені існуючого досвіду застосування георадіолокаційних досліджень, які наведено в літературних джерелах.
Результати. На основі аналізу досліджень у напрямі застосування георадіолокаційного методувстановлено історичний розвиток та фізичну сутьність зазначеного методу. Приведено особливості поширення хвиль у гірських породах з урахуванням їх характеристик. Розглянуто основні залежності та припущення, що використовуються при обстеженнях (дослідженні) різних споруд та об’єктів георадіолокаційним методом. Описано та проаналізовано результати обстежень методом георадіолокації. Показано можливість контролю якості виконаних робіт та порівняння з проектними рішеннями.
Висновки. Аналіз світового та вітчизняного досвіду застосування георадіолокаційного методу показує, по-перше,що георадари можуть ефективно використовуватися для загального обстеження протяжних ділянокземляного полотна. Їх основними перевагами є оперативність проведення робіт і низька трудоємкість. По-друге, застосування георадара, зокрема при дослідженні залізничних перегонів, є ефективним інструментарієм виявлення в земляному полотні дефектів різного типу і своєчасного ліквідування виявлених недоліків.

У зв’язку з цим актуальною науково-технічною задачею є проведення досліджень та розробка рекомендацій щодо георадіолокаційного моніторингу і оцінки технічного стану земляного полотна.

Посилання

1. Wait J. R. Electromagnetic Waves in Stratified Media. Macmillian. New York, 1962. Ch. 2. 515 p.

2. Бреховских Л. М. Волны в слоистых средах. Москва, 1973. 344 с.

3. Финкельштейн М. И., Кутев В. А., Золотарев В.П. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии. Москва, 1986. 128 с.

4. Cook J. C. Radar Transparencies of Mine and Tunnel Rocks. Geophysics. United States, 1975. Vol. 40. N 5. P. 865-885. DOI: https://doi.org/10.1190/1.1440573 (дата звернення: 26.02.2019).

5. Lambert T. Dolphin, Robert L. Bollen, and George N. Oetzel. An underground electromagnetic sounder experiment. Geophysics. United States, 1974. Vol. 39. N 1. P. 49-55. DOI: https://doi.org/10.1190/1.1440411 (дата звернення: 26.02.2019).

6. Annan A. P.,  Davis J. L. Impulse radar sounding in permafrost. Radio Science. 1976. Vol. 11. Issue 4. P. 383-394. DOI: https://doi.org/10.1029/RS011i004p00383 (дата звернення: 26.02.2019).

7. Владов М. Л. Введение в георадиолокацию. Москва, 2004. 153 с.

8. Финкельштейн М. И., Кутев В. А., Метелкин В. Н. Подповерхностная радиолокация. Москва, 1994. 216 с.

9. Старовойтов А. В. Интерпретация георадиолокационных данных. Москва, 2008. 192 с.

10. Гринев А. Ю. Вопросы подповерхностной радиолокации. Москва, 2005. 416 с.

11. Изюмов С. В., Дручинин С. В., Вознесенский А. С. Теория и методы георадиолокации. Москва, 2008. 196 с.

12. Финкельштейн М. И., Мендельсон В. А., Кутев В. А. Радиолокация слоистых земных покровов. Москва, 1977. 176 с.

13. Daniels D. J. Ground Penetrating Radar. Institution of Electrical Engineers. London, 2009. 734 p.

14. Jol H.M. Ground penetrating radar: theory and applications. Amsterdam: Elsevier Science, 2008. 508 p.

15. Петренко В. Д., Харлан В. И., Косяк В. Н., Ковалевич В. В. Применение георадиолокационного метода при исследовании дефектов высоких насыпей железнодорожного земляного полотна. Строительство, материаловедение, машиностроение. Днепропетровск, 2011. Вып. 61. С. 312-316.

16. Petrenko V. D., Kovalevych V. V. The results of the defect places investigation of Donetsk railway road bed by ground penetrating radar complex. Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту. Дніпропетровськ, 2014. N 5 (53). С. 83-91. DOI: https://doi.org/10.15802/stp2014/30817

17. Батракова А. Г., Процюк В. О. Визначення вологості ґрунту земляного полотна із застосуванням польового георадару. Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. Київ, 2017. Вип. 100. С. 48-56. URL: http://publications.ntu.edu.ua/avtodorogi_i_stroitelstvo/100/048-056.pdf (дата звернення: 26.02.2019).

18. Benedetto A, Pajewski L.  Civil engineering applications of ground penetrating radar. Springer: Transactions in Civil and Environmental Engineering. 2015. 371 p. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-04813-0 (дата звернення: 26.02.2019).

19. Бондар К. М., Бобровський Т. А., Цюпа І. В. Вивчення ефективності георадарних досліджень на території Національного заповідника «Софія Київська» для вирішення археологічних завдань. Геоінформатика. Київ, 2016. N 4(60). С. 75-82. URL: http://www.geology.com.ua/UK/geoinformatika-2016-460-75-82/ (дата звернення: 26.02.2019).

20. Бобров Н. Ю., Крылов С. С., Киселев Е. Ю., Пряхина Г. В., Федорова И. В. Применение георадиолокации в гидрологии. Записки Горного института. Санкт-Петербург, 2009. Том 183. С. 219-223. URL: http://pmi.spmi.ru/index.php/pmi/article/view/1884/1959 (дата звернення: 26.02.2019).

21. John J. Schultz, Mary E. Collins,  Anthony B. Falsetti. Sequential Monitoring of Burials Containing Small Pig Cadavers Using Ground Penetrating Radar. Journal of Forensic Sciences. United States, 2006. Vol. 53. Issue 3. p. 607-616. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1556-4029.2006.00129.x (дата звернення: 26.02.2019).

22. Ашпиз Е. С. Мониторинг земляного полотна при эксплуатации железных дорог: монография. Москва, 2002. 112 с.

23. Коншин Г. Г. Методы и средства диагностики земляного полотна. Москва, 2004. 213 с.

24. Фоменко Н. Е., Гапонов Д. М., Капустин В. В., Попов В. В., Фоменко Л. Н. Возможности георадарного метода при обследовании подпорных стен и ограждающих конструкций. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. Томск, 2017. Том. 328. N 3. С. 37-45. URL: http://izvestiya.tpu.ru/archive/article/view/1858 (дата звернення: 26.02.2019).

25. Казарин А. Б., Казарин Б. А., Гусев Д. Е., Пастушков Г. П., Пастушков В. Г., Жихарев Д. В. Практика использования георадарных технологий при обследовании тоннелей. Наука та прогрес транспорту. Дніпропетровськ, 2008. Вип. 21. С. 113-116. URL: http://stp.diit.edu.ua/article/view/16294/15006 (дата звернення: 26.02.2019).

26. Набатов В. В., Гайсин Р. М., Вознесенский А. С. Георадиолокационная оценка качества контакта «грунт-обделка» в условиях тоннелей метрополитенов. Горный информационно-аналитический бюллетень. Москва, 2013. N 9. С. 157-163. URL: http://www.giab-online.ru/catalog/10794 (дата звернення: 26.02.2019)

27. Benedetto A, Manacorda G, Simi A, Tosti F. Novel perspectives in bridges inspection using GPR. Nondestructive Testing and Evaluation. 2012. Vol. 27. Ussue 3. P. 239-251. DOI: https://doi.org/10.1080/10589759.2012.694883 (дата звернення: 26.02.2019).

28. Amir A. M., Aboutalebi M., Kilic G. Applications of ground penetrating radar (GPR) in bridge deck monitoring and assessment. Journal of Applied Geophysics. 2013. Vol. 97. P. 45-54. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2013.04.009 (дата звернення: 26.02.2018).

29. Su J., Zhang W, Xiang H, Guo X. Application and Analysis of Ground Penetrating Radar in Non-destructive Testing and Evaluation of Civil Airport Runway. Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 153. 2: 032011. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/153/3/032011 (дата звернення: 26.02.2019).

30. Масалов С. О., Почанін Г. П., Рубан В. П., Холод П. В. Радіолокаційний моніторинг технічного стану підповерхневої частини інженерних споруд. Техническая диагностика и неразрушающий контроль. Kyiv, 2016. N 1. С. 17-23. URL: https://doi.org/10.15407/tdnk2016.01.03 (дата звернення: 26.02.2019).

31. Фоменко Н. Е., Гапонов Д. А., Капустин В. В., Попов В. В., Фоменко Л. Н. Возможности георадарного метода при обследовании подпорных стен и ограждающих конструкций. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. Томск, 2017. Т. 328. N 3. С. 37-45. URL: http://izvestiya.tpu.ru/archive/article/view/1858  (дата звернення: 26.02.2019)

32. Francke J. A review of selected ground penetrating radar applications to mineral resource evaluations. Journal of Applied Geophysics. 2012. Vol. 81. P. 29-37. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2011.09.020 (дата звернення: 26.02.2019)

33. Peter Hatherly. Overview on the application of geophysics in coal mining. International Journal of Coal Geology. 2013. Vol. 114. P. 74-84. DOI: https://doi.org/10.1016/j.coal.2013.02.006 (дата звернення: 26.02.2019)

34. Медяник В. Ю., Довбніч М. М., Янкін Д. В. Моніторінг структур масивів гірських порід із застосуванням георадарів нового технічного рівня при підземній розробці газовугільних родовищ. Форум гірників - 2017: матеріали міжнародної конференції (4-7.10.2017 р., м. Дніпро,). Дніпро, 2017. C. 46-50.

35. Семашкин К. В. Практика инженерно-геологического обследования подтопленной дорожной насыпи методом георадиолокации. Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. Волгоград, 2013. Вып. 30 (49). С. 320-327. URL: http://vgasu.ru/attachments/30_49-03-2013.pdf (дата звернення: 26.02.2019)

36. Греховодов А. А. Практика применения георадара при обследовании земляного полотна. Актуальные вопросы проектирования автомобильных дорог. Сборник научных трудов ОАО Гипродорнии. 2012. N. 3. С. 34-41. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=18068529 (дата звернення: 26.02.2019)

37. Гапонов Д. А., Фоменко Л. Н., Шеремет Р. Д. Применение георадара для контроля качества закрепления грунтов. Инженерный вестник Дона. Ростов-на-Дону, 2016. N 3. URL: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2016/3724 (дата звернення: 26.02.2019).

38. Лаломов Д. А., Артюгин А. И. Особенности совместной обработки и интерпретации данных электротомографии и георадиолокации в условиях влияния техногенных помех на объектах транспортного строительства. Георесурсы. Казань, 2014. N 3 (58). С. 37-40. DOI: https://doi.org/10.18599/grs.58.3.7

39. Шаповалов В. Л., Явна В. А., Окост М. В., Хакиев З. Б., Морозов А. В. Подходы к определению плотности грунтов земляного полотна георадиолокационным методом при его строительстве. Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2018. N 1. С. 100-110.

40. Аузин А. А., Зацепин С. А. О дисперсии диэлектрической проницаемости геологической среды (применительно к интерпретации материалов георадиолокации). Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология. Воронеж, 2015. N 4. С. 122-127. URL: http://www.vestnik.vsu.ru/content/heologia/2015/04/toc_ru.asp (дата звернення: 26.02.2019).

41. Талалов А. Д., Даев Д. С. О структурном механизме частотной дисперсии электрических свойств гетерогенных горных пород. Физика Земли. Москва, 1996. N 8. С. 56-66.

42. Изюмов С. В., Дручинин С. В. Использование георадаров серии «ТР-ГЕО» в инженерной геофизике и строительстве. Техника и технология: подземное пространство мира. Санкт-Петербург, 2005. N 6. С. 14-21. URL: http://www.trgeo.ru/article_wus_6N_05_rus.htm (дата звернення: 26.02.2019).

43. Maślakowski Maciej, Zbiciak Artur, Józefiak Kazimierz, Piotrowski Tomasz. Diagnostyka stanu podłoża i podtorza kolejowego metodą georadarową (GPR). Technika Transportu Szynowego. 2015. Vol. 22. P. 1045-1048.

44. Явна В. А., Шаповалов В. Л., Морозов А. В., Ермолов К. М. Определение засоренности балластного материала железнодорожного пути методом георадиолокации. Инженерные изыскания. Москва, 2015. N 10-11. С. 60-65. URL: http://www.geomark.ru/journals_list/zhurnal-inzhenernye-izyskaniya-10-112015/ (дата звернення: 26.02.2019).

45. Жуков О. Х., Дмитриевцев Д. В. Применение георадара для изучения состояния земляного полотна. Путь и путевое хозяйство. Москва, 2011. N. 12. С. 27-29.

46. Лучко Й. Й., Кравець І. Б. Застосування георадіолокаційного методу на залізницях України. Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. Одеса, 2018. Вип. 71. С. 169-175. URL: http://odaba.edu.ua/library/periodicals/professional-editions/bulletin-of-the-odaba/issue-archive (дата звернення: 26.02.2019).