Desarrollo, aplicación y perspectivas de nuevas tecnologías de monitorización en proyectos de prevención y control de desastres geológicos
Ji Weifeng
(Instituto de Tecnología de Exploración, Academia China de Ciencias Geológicas, Chengdu, Sichuan, 610081)
Resumen El monitoreo de cuerpos de peligro geológico es muy necesario en proyectos de prevención y control de desastres geológicos. Este artículo presenta brevemente los principales métodos actuales de monitoreo de peligros geológicos de mi país y la aplicación de nuevas tecnologías en la práctica de la ingeniería, señala los principales problemas existentes en la práctica de la ingeniería de monitoreo de peligros geológicos y espera con interés la tendencia del desarrollo tecnológico de mi país en este campo. .
Palabras clave desastres geológicos, tecnología de seguimiento, aplicación, perspectivas
El entorno geológico natural y las actividades humanas son las dos principales causas de los desastres geológicos. En los últimos 20 años, con el aumento de la población de mi país y el rápido desarrollo de la construcción económica, especialmente la expansión de la escala de la construcción de infraestructura, la contradicción entre la construcción y el uso de la tierra se ha vuelto muy prominente. Los graves daños a la vegetación han provocado desastres geológicos como deslizamientos de tierra, flujos de escombros y hundimientos de tierras con frecuencia en muchas zonas del país, lo que obstaculiza gravemente la construcción económica y el desarrollo social de las zonas de desastre.
1. Las principales formas y peligros de los desastres geológicos en mi país
1.1 Los desastres geológicos y sus formas comunes
Los desastres geológicos son causados por procesos geológicos naturales y actividades humanas. , término general para varios desastres ambientales naturales únicos que pueden suponer un daño para la supervivencia humana y la construcción de ingeniería.
Hay seis formas comunes principales de desastres geológicos que son colapsos, deslizamientos de tierra, flujos de escombros, hundimiento del suelo, fisuras del suelo y hundimiento del suelo, denominados colapso, deslizamiento, flujo, colapso, fisura y hundimiento.
1.2 Principales desastres geológicos en el área del embalse de las Tres Gargantas
Después de la finalización del Proyecto de Conservación del Agua de las Tres Gargantas, producirá enormes beneficios económicos y sociales. Sin embargo, su construcción también tendrá ciertos impactos directos o potenciales sobre el entorno natural de la zona del embalse. El almacenamiento de agua de la primera y segunda fase del Proyecto de las Tres Gargantas y la construcción de nuevas ciudades han traído muchos peligros geológicos al área del embalse. En la construcción de nuevas ciudades en zonas inundadas, debido a la insuficiente consideración de los factores geológicos ambientales al seleccionar los sitios, algunas nuevas ciudades tienen un "vínculo indisoluble" con los desastres geológicos desde el comienzo mismo de la construcción. Las principales manifestaciones son deslizamientos de tierra y derrumbes inducidos por pendientes artificialmente altas y pozos de cimentación profundos. Badong y Zigui en la provincia de Hubei, Wushan, Fengjie, Yunyang y Wanxian en Chongqing han causado una gran cantidad de desastres geológicos durante la construcción de nuevas ciudades. Cómo obtener ventajas y evitar desventajas es una cuestión importante que tenemos ante nosotros.
1.3 Los principales peligros de los desastres geológicos
Los peligros de los desastres geológicos son obvios. Nuestro país tiene un territorio vasto, estructuras geológicas complejas y diversos accidentes geográficos que representan más de 2/3 de la superficie terrestre. En 34 provincias, municipios, regiones autónomas y regiones administrativas especiales de todo el país se producen desastres geológicos de diferentes formas y grados, que causan numerosas víctimas y pérdidas de propiedades cada año. Entre ellos, los desastres geológicos repentinos como deslizamientos de tierra, deslizamientos de tierra e inundaciones repentinas han sido designados como los principales desastres en el Decenio Internacional para la Reducción de Desastres. Debido a que estos desastres son potenciales y repentinos, una vez que ocurran, serán feroces y a menudo causarán la interrupción de la vida. carreteras, navegación y estructuras. En nuestro país, el número total de personas que mueren cada año a causa de desastres geológicos alcanza entre 800 y 1.000, y las pérdidas económicas superan los 10.000 millones de yuanes.
1.4 Características del seguimiento de desastres geológicos
(1) La distribución de los cuerpos de deformación, como los deslizamientos de tierra, suele ser dispersa y el mecanismo de causa es complejo. Antes de llevar a cabo el trabajo de monitoreo, es necesario tener una cierta base para el estudio preliminar del entorno geológico y el trabajo de investigación;
(2) La mayoría de los cuerpos de desastres geológicos están ubicados en áreas con transporte, comunicaciones y energía muy inconvenientes. el acceso también es difícil;
(3) En la actualidad, la mayor parte del monitoreo es manual, la velocidad de recopilación de datos es relativamente lenta y el costo de mano de obra es alto;
(4) Con sistemas fijos edificios como presas, puentes y túneles. En comparación con el monitoreo de seguridad de estructuras, el monitoreo de desastres geológicos tiene límites de monitoreo abiertos y condiciones complejas. Los métodos de monitoreo como el monitoreo automatizado y la telemetría, la selección, instalación fija y operación de instrumentos de monitoreo deben pagar. Atención a la adaptabilidad ambiental y el rendimiento antiinterferencias de los instrumentos y equipos, para garantizar un uso normal y un funcionamiento seguro.
2 La necesidad de monitoreo en proyectos de prevención y control de desastres geológicos
El monitoreo de proyectos de prevención y control de desastres geológicos se puede dividir en monitoreo de seguridad de la construcción, monitoreo de efectos de prevención y control y monitoreo a largo plazo. El seguimiento a plazo según las diferentes etapas del proyecto actualmente se denomina simplemente seguimiento. En la práctica laboral anterior, a menudo encontramos que, además de las razones económicas, existe un cierto grado de ceguera en el proceso de gestión de desastres geológicos. Algunos riesgos geológicos se gestionan basándose en que se consideran inestables.
Algunos no están gobernados, alegando la creencia de que es estable. Excepto por algunos datos de estudio simples y aproximados, casi no hay evidencia suficiente para demostrar si un cuerpo deformado es estable o no y si necesita tratamiento de ingeniería. Si se realiza un seguimiento necesario de deformaciones como deslizamientos de tierra, esta ceguera se reducirá y el efecto se conseguirá con el doble de resultado con la mitad de esfuerzo.
2.1 Para proyectos de prevención y control de desastres geológicos para los cuales se han tomado medidas de ingeniería
Para proyectos de prevención y control de desastres geológicos para los cuales se han tomado medidas de ingeniería, durante el proceso de tratamiento, el la evaluación del efecto se llevará a cabo en función de los resultados del monitoreo para guiar la construcción. Modificar el diseño de manera oportuna después de que se complete el proyecto de prevención y control, las limitaciones también cambiarán a medida que cambien las condiciones ambientales circundantes. Por ejemplo, la corrosión y relajación de los cables de anclaje, los cambios en los niveles de agua subterránea, el aumento de la superficie del aire, la baja calidad de la ingeniería, enormes fuerzas externas (como terremotos y grandes explosiones), etc., pueden causar algunos deslizamientos de tierra que han sido tratados y están temporalmente suspendidos. relativamente estable para deformarse, si el sistema se desestabiliza nuevamente, sin un monitoreo a largo plazo, se volverá más engañoso y peligroso. No es posible sentarse y relajarse. Aún es necesario un monitoreo necesario para juzgar su efecto de gobernanza a largo plazo. estabilidad.
2.2 Para peligros geológicos que no han sido tratados y son potencialmente dañinos.
El seguimiento también es muy necesario para algunos peligros geológicos que no han sido tratados y son potencialmente dañinos. Para algunas deformaciones por deslizamientos de tierra a gran escala que actualmente no cuentan con fondos para remediación de ingeniería pero que representan una gran amenaza potencial para la vida y la propiedad de las personas, es un método y enfoque efectivo invertir en trabajos de monitoreo más pequeños para compensar. A través de un monitoreo efectivo, se puede evaluar su estabilidad y los resultados del monitoreo pueden proporcionar una base de diseño para decidir si tratarlo y cómo hacerlo. El uso de métodos de monitoreo para monitorear efectivamente los deslizamientos de tierra y otros cuerpos deformados es un método con baja inversión y resultados rápidos. Ha sido gradualmente aceptado y respetado por algunos funcionarios gubernamentales y propietarios. También se dieron cuenta de que los datos de monitoreo deberían usarse para verificar la remediación utilizando medios de ingeniería, de lo contrario sería ciego. Sin embargo, todavía hay bastantes departamentos de gestión y diseño que sólo se centran en la gestión pasiva y las medidas correctivas, en lugar de prevenir los problemas antes de que ocurran.
3 Los principales métodos de seguimiento de catástrofes geológicas actuales
Antes, como objeto de los trabajos de seguimiento era principalmente el seguimiento de la deformación, desplazamiento, asentamiento, etc. Estructuras importantes y proyectos de construcción a gran escala, como presas de conservación de agua y energía hidroeléctrica, grandes puentes, fábricas importantes, grandes proyectos subterráneos ocultos, taludes de minas y presas de relaves, etc. El seguimiento de peligros geológicos complejos sólo ha comenzado a aplicarse gradualmente en los últimos años. Los principales métodos de seguimiento utilizados actualmente incluyen los siguientes.
3.1 Monitoreo absoluto del desplazamiento del suelo
El monitoreo absoluto del desplazamiento es el método de monitoreo convencional más básico. Mide las coordenadas tridimensionales del punto de medición del cuerpo de la avalancha para obtener las coordenadas tridimensionales. Deformación dimensional y desplazamiento del punto de medición. Orientación del desplazamiento y tasa de desplazamiento de la deformación. Utilice principalmente teodolito, nivel, telémetro infrarrojo, colimador láser, estación total y GPS, etc., y aplique el método geodésico para medir las coordenadas tridimensionales de un determinado punto en el cuerpo deformado.
3.2 Monitoreo del desplazamiento relativo del suelo
El monitoreo del desplazamiento relativo del suelo mide los cambios de desplazamiento relativo entre puntos (apertura, cierre, hundimiento, elevación) en las partes clave de deformación del deslizamiento de tierra. , dislocación, etc.) es un método de monitoreo de deformación comúnmente utilizado. Se utiliza principalmente para monitorear grietas, zonas de colapso, techos y pisos en vigas, y para observar asentamientos. Es uno de los contenidos importantes del monitoreo de desplazamiento. Los instrumentos de monitoreo más utilizados actualmente incluyen medidores de desplazamiento de cuerda vibrante, medidores de desplazamiento de resistencia, medidores de grietas, medidores de desplazamiento, medidores de convergencia, etc.
3.3 Monitoreo del desplazamiento en profundidad del pozo
Para cuerpos geológicos deformados como deslizamientos de tierra, es necesario monitorear no solo el desplazamiento superficial, sino también el desplazamiento profundo, de modo que el desplazamiento total se puede medir Monitoreo de juicio. El método consiste en perforar primero agujeros en cuerpos deformados como deslizamientos de tierra y pasar a través de la zona de deslizamiento hasta la sección estable, y luego bajar direccionalmente tubos inclinómetros especiales. Los espacios anulares entre los agujeros de los tubos se rellenan con mortero de cemento (adecuado para perforación en masa rocosa). ) o arena, tierra y piedra (Adecuado para perforar acumulaciones sueltas) Rellene el inclinómetro consolidado, baje el inclinómetro del pozo, tome el fondo del pozo como el punto de desplazamiento cero y mida cada punto de profundidad en el pozo en un intervalo determinado (. generalmente 0,5 mo 1 m) hacia arriba El desplazamiento relativo al fondo del agujero. Los instrumentos de monitoreo comúnmente utilizados incluyen inclinómetros de pozo, medidores de desplazamiento multipunto de pozo, etc.
3.4 Monitoreo de Estrés
Para cuerpos deformados como deslizamientos de tierra, no solo es necesario monitorear los cambios en su desplazamiento, sino también monitorear los cambios en su estrés interno. Debido a que el proceso de deformación (o movimiento) de un cuerpo geológico debe ir acompañado de cambios de tensión y ajustes dentro del cuerpo de deformación, es muy necesario monitorear los cambios en la tensión. Los instrumentos de uso común incluyen medidores de tensión de anclaje, medidores de tensión de cables de anclaje, medidores de presión de tierra de cuerda vibratoria, etc.
3.5 Monitoreo del entorno acuático
Para los deslizamientos de tierra, además de las condiciones geológicas naturales y la perturbación humana, el agua es el factor más importante que afecta directamente el estado estable de los deslizamientos de tierra, por lo que es muy Es importante monitorear el entorno acuático (incluido el proceso de lluvia y la intensidad de la lluvia, el flujo de agua superficial, el nivel de agua subterránea, el volumen de filtración, la presión de filtración, la presión del agua de poro, la temperatura del agua subterránea, etc.). Los instrumentos de monitoreo comúnmente utilizados incluyen vertederos de medición de agua, pluviómetros remotos, relojes, medidores eléctricos de nivel de agua, medidores remotos de nivel de agua, piezómetros, medidores de filtración, termómetros eléctricos, etc.
3.6 Monitoreo de terremotos
El monitoreo sísmico es aplicable a todo monitoreo de deslizamientos de tierra. La fuerza sísmica es una de las cargas especiales que actúan sobre los deslizamientos de tierra y, por lo tanto, juega un papel importante en la estabilidad de los deslizamientos de tierra. Cuando los desastres geológicos se localizan en áreas con alto riesgo de terremotos, se deben recolectar datos de estaciones sismológicas cercanas de manera regular y oportuna cuando sea necesario y las condiciones lo permitan; se pueden usar sismómetros y otros equipos para monitorear la intensidad y el momento de los terremotos que ocurren en; y alrededor del área. Analizar la ubicación del epicentro, profundidad focal, intensidad del terremoto y evaluar el impacto de los efectos sísmicos en la estabilidad de avalanchas y deslizamientos de tierra en la zona.
3.7 Monitoreo de actividades relacionadas con el hombre
Actividades humanas como excavación y minería, corte de taludes para recuperar tierra, voladuras y canteras, carga y operación de instalaciones de conservación de agua, etc. a menudo causan desastres geológicos provocados por el hombre o inducen desastres geológicos, cuando ocurre la situación anterior, se debe monitorear y se deben detener ciertas actividades. Para el seguimiento de las actividades humanas se deben monitorear los elementos que tienen un impacto en los deslizamientos de tierra, incluyendo su alcance, intensidad, velocidad, etc.
3.8 Estudio y monitoreo macrogeológico
Utilice métodos de estudio geológico convencionales para monitorear periódicamente los rastros de deformación macroscópica de deslizamientos de tierra (como la aparición y desarrollo de grietas, hundimiento del suelo, hundimiento, colapso, y expansión), elevación, deformación de edificios, etc.) y fenómenos anormales relacionados con la deformación (como sonido del suelo, anomalías de las aguas subterráneas, etc.) se investigan y registran. Este método tiene las características de fuerte intuición, fuerte adaptabilidad y alto grado de credibilidad. Es el principal medio de monitoreo de deslizamientos de tierra y el contenido principal de la medición y prevención grupal. Es adecuado para todos los deslizamientos de tierra y tiene una función de pronóstico precisa.
4 Investigación y práctica de ingeniería de nuevas tecnologías de monitoreo
4.1 Investigación y aplicación de nuevas tecnologías de monitoreo en el extranjero
Países desarrollados en el campo de la ingeniería geotécnica y los desastres geológicos Monitoreo Además de los métodos e instrumentos de monitoreo tradicionales, en los últimos años se han aplicado altas y nuevas tecnologías a los proyectos de predicción de desastres geológicos y alerta temprana. La empresa estadounidense PDI, la empresa Geokon, la empresa italiana Sisgeo, la empresa suiza Leica, la empresa sueca Geotech, la empresa alemana Zeiss, la empresa japonesa Nikon, etc. ocupan una posición de liderazgo en la innovación de métodos de seguimiento y la aplicación de nuevas tecnologías. Las tecnologías de alta tecnología, como la tecnología infrarroja, la tecnología láser, la tecnología de microondas, la tecnología de fibra óptica, la tecnología de rejillas, la mecatrónica, la tecnología de automatización, la tecnología de comunicación por satélite, las computadoras y la inteligencia artificial, se han utilizado ampliamente en el desarrollo y la investigación de métodos e instrumentos de tecnología de monitoreo. . solicitud. Se puede decir que los instrumentos de monitoreo y monitoreo de desastres geológicos, como una rama del monitoreo de ingeniería geotécnica, ya no son instrumentos geodésicos en el sentido tradicional, sino que han logrado la combinación perfecta de métodos e instrumentos tradicionales con alta tecnología moderna, integrando la tecnología. de instrumentos de seguimiento. El nivel ha sido llevado a una nueva etapa y se está desarrollando a un nivel superior. Los productos extranjeros representativos incluyen la estación total TCR1800 de Leica, el robot de medición TCR2003, el sistema Geomos, el nivel electrónico DNA, GPS, el nivel electrónico serie DiNi12 de Zeiss, el medidor de desplazamiento multipunto de pozo de Norteamérica, la serie de instrumentos de monitoreo de ingeniería geotécnica de Sicon, etc.
4.2 Investigación y aplicación de nuevas tecnologías de monitoreo nacional
Los sistemas hidroeléctricos nacionales y el Ministerio de Tierras y Recursos han llevado a cabo investigaciones en esta área, como la Academia de Recursos Hídricos, relevantes institutos de la Academia China de Ciencias y el Instituto de Métodos Técnicos del Ministerio de Tierras y Recursos, etc. Junto con la construcción del Proyecto de las Tres Gargantas, con una fuerte financiación del Ministerio de Tierras y Recursos, nuestro instituto también ha desarrollado una variedad de instrumentos de monitoreo de control y prevención de desastres geológicos y de ingeniería geotécnica, como series de inclinómetros de pozos, series de medición de tensiones, series de medición de desplazamiento del suelo, etc., instrumentos, sistemas de telemetría multiparamétrica, etc., y también llevó a cabo la investigación sobre el proyecto "Sistema de monitoreo automatizado de peligro geológico de deslizamientos de tierra" del Ministerio de Ciencia y Tecnología, y trabajó mucho para el Localización de instrumentos de medición. Los productos se han utilizado en el área del embalse de las Tres Gargantas y en importantes proyectos nacionales.
Los resultados de investigación y los productos producidos por nuestro instituto en los últimos años incluyen principalmente los ocho elementos siguientes:
(1) sistema de medición de tensión de sección de túnel láser tipo DMY;
(2) tipo BYT Sistema de monitoreo de empuje de avalanchas de fibra óptica;
(3) nuevo inclinómetro de perforación multifuncional DZQX;
(4) Sistema de pronóstico y monitoreo automatizado inalámbrico de colapso;
(5 ) Sistema de medición de microdesplazamiento y deformación tipo PSD;
(6) Sistema de medición de fuerza del cable de anclaje (ancla) tipo MS;
(7) Medidor de contenido de humedad de formación tipo DHS;
(8) Investigación sobre orientación de núcleos y tecnología de núcleos.
4.3 Práctica de monitoreo de ingeniería
Mientras realiza investigación y desarrollo, nuestro instituto utiliza sus propios resultados de investigación para participar activamente en el monitoreo de importantes proyectos de construcción de capital nacional y el monitoreo de ingeniería de desastres geológicos. prevención y control en el área del embalse de las Tres Gargantas, y logró buenos beneficios económicos y sociales. Los principales proyectos de monitoreo llevados a cabo en los últimos años incluyen:
(1) Medición de la deformación del túnel de doble vía de gran sección de Qingjiang en la doble vía de Baocheng;
(2) Transformación de la electrificación de Ferrocarril Chengdu-Kunming en Xichang Medición de la deformación del Túnel Sur de Ma'anbao;
(3) Medición de la deformación de la Línea 8 del Metro de Beijing;
(4) Medición de la deformación de la Estación de la Plaza del Pueblo de Línea 1 del Metro de Shanghai;
(5) Medición de la deformación de la sección de prueba del Metro de Qingdao;
(6) Deformación y medición de pendientes altas y pronunciadas de Cheng (Du)-Nan (Chong ) Autopista;
(7) Medición de la deformación de pendientes altas de la autopista Nei(Jiang)-Yi(Bin);
(8) Danben(Xi) de Dan(Este)-Shenyang (Yang) Expressway ) sección de todo el proyecto de aceptación del túnel;
(9) Desplazamiento del suelo, desplazamiento profundo y monitoreo de tensión del deslizamiento de tierra K2794+860~980 en la sección Erlangshan-Kangding de la Carretera Nacional 318;
(10) Proyecto de monitoreo de desastres geológicos de los condados de Fengjie y Yunyang.
5 perspectivas para el desarrollo de la tecnología de monitoreo
(1) Los desastres geológicos ocurrirán con mayor frecuencia y serán más dañinos, el trabajo de monitoreo recibirá más atención y la aplicación de los resultados del monitoreo producir mayores beneficios sociales.
(2) Con el apoyo de nuestra autoridad superior, el Servicio Geológico de China, nuestra investigación de instrumentos de monitoreo y desarrollo de software de sistema operativo recibirán más fondos, lo que hará que nuestros métodos de monitoreo sean más completos y alcancen un nuevo nivel. con una mayor competitividad en el mercado.
(3) El monitoreo automatizado y la telemetría son la dirección de desarrollo del monitoreo de desastres geológicos, pero todavía existen muchas dificultades en su implementación.
(4) Los desastres geológicos tienen ciertas características regionales y son una tarea de bienestar público que requiere orientación y apoyo gubernamental.
6 Conclusión
A lo largo de varios años de práctica de ingeniería de monitoreo, hemos sido testigos de muchas pérdidas de vidas y propiedades debido a la negligencia en el monitoreo de seguridad de ingeniería y la ingeniería fallida de desastres geológicos. Se ha visto que hay muchos ejemplos de desastres que se predicen y evitan con éxito mediante el seguimiento. Hoy en día, cuando se implementa el sistema de rendición de cuentas permanente sobre la calidad de los proyectos, el monitoreo a largo plazo de la seguridad de los desastres geológicos y los proyectos geotécnicos relacionados es particularmente importante y urgente.
La ingeniería de seguimiento es una parte importante del sistema de ingeniería de control y prevención de desastres geológicos. No puede centrarse en el tratamiento y la prevención del abandono. Debe prestar la misma atención a la gestión, la prevención y el seguimiento, a veces incluso más que la gestión de ingeniería. métodos.
Implementar proyectos de monitoreo de cuerpos de deformación por deslizamientos de tierra dentro de un período de tiempo determinado puede ahorrar una gran inversión.
Los proyectos de prevención y control de desastres geológicos deben basarse en el monitoreo científico. El monitoreo debe usarse para guiar el diseño, la construcción y la evaluación del efecto de ingeniería. Afrontarlo con una actitud científica y debe surgir de la experiencia pasada. y un estudio aproximado de En la etapa cuantitativa, solo de esta manera podremos tener una comprensión profunda y una evaluación científica del cuerpo de deformación del deslizamiento de tierra.
El trabajo de seguimiento no es opcional, es una necesidad del diagnóstico de ingeniería y una tarea indispensable para la investigación y predicción de desastres geológicos.
La prevención es más importante que la ayuda en caso de desastres, y el seguimiento es mejor que la gobernanza.
Referencias
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[4] Tang Bangxing, editor en jefe. Inundaciones repentinas, flujo de escombros y deslizamientos de tierra y prevención de desastres, Beijing: Science Press, 1994
[5]. ] Oficina Estatal de Supervisión Técnica, Ministerio de Construcción. Código de Medición de Ingeniería. Beijing: China Planning Press, 2003
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[7] Wang Yongnian, editor en jefe Yin Shihua. Manual de monitoreo de seguridad de ingeniería geotécnica Beijing: China Water Conservancy and Electric Power Press, 1999
[8] Ji Weifeng, editor en jefe. Ingeniería Geológica e Ingeniería Geológica Beijing: Geology Press, 1999.