Wykorzystanie wyników monitoringu do weryfikacji szczelności obudowy wykopu i określenia oddziaływania realizowanej inwestycji na obiekty sąsiednie
Monitoring w rejonie realizowanej inwestycji może wykorzystywać wiele różnych technologii, począwszy od termomonitoringu i skaningu laserowego, poprzez różnego rodzaju tensometry i inklinometry oraz czujniki ciśnienia, a skończywszy na klasycznych pomiarach geodezyjnych. Pomiary geodezyjne wraz z dokładnościami wyznaczeń wysokości, jakie są obecnie osiągalne, pozostają wciąż najbardziej wiarygodnym źródłem informacji o przemieszczeniach, jakich doznaje podłoże i konstrukcja obiektów zlokalizowanych w pobliżu nowo powstającego budynku. Model numeryczny może być wykorzystywany do prognozowana przemieszczeń w poszczególnych etapach realizacji obiektu i pozwala na odpowiednią lokalizację punktów pomiarowych, ale powinien być zweryfikowany na podstawie wyników monitoringu geodezyjnego realizowanego już od początku budowy. W przypadku określania oddziaływania na inwestycje sąsiednie jest wymagane powadzenie monitoringu wyprzedzającego (przed rozpoczęciem inwestycji), często z wykorzystaniem nietypowych lokalizacji punktów pomiarowych wynikających z indywidualnego charakteru pracy konstrukcji. Najtrudniejszym etapem budowy jest wykonie obudowy wykopu i części podziemnej obiektu. Obudowy głębokich wykopów mogą stanowić elementy podziemnej konstrukcji budynku, np. ściany szczelinowe, ale na pewno muszą zapewnić stateczność ścian wykopu i zabezpieczyć wykop przed napływem wody gruntowej. Jeśli obudowa jest nieszczelna, głębienie wykopu połączone z odwodnieniem gruntu w obrysie ograniczonym ścianami obudowy może doprowadzić do gwałtownego napływu wód gruntowych do jego wnętrza. Jest to proces mogący spowodować wymycie gruntu przez napływającą spoza obudowy do wykopu wodę gruntową, tym samym zniszczenie jego struktury przez zjawisko erozji i sufozji które może doprowadzić do powstania przebicia hydraulicznego, a w końcu do awarii obudowy wykopu oraz odkształceń gruntu na zewnątrz wykopu. Uszkodzenie obudowy, zalanie wykopu przez wodę skutkuje dodatkowymi pracami budowlanymi, ich wydłużeniem, a nawet koniecznością zmiany projektu obiektu. Natomiast odkształcenia gruntu na zewnątrz wykopu mogą uszkodzić okoliczne budynki lub infrastrukturę podziemną i prowadzić do procesów odszkodowawczych.
Z powyższego wynika, że dokładna detekcja nieszczelności obudowy wykopu, zanim będzie on wykonany, umożliwiająca przeprowadzenie precyzyjnego doszczelnienia obudowy, ma bardzo istotne znaczenie, w kontekście uniknięcia problemów. W tym zakresie sprawdzoną metodą jest termomonitoring przecieków i procesów erozyjnych. Metoda ta jest stosowana od kilku dekad w różnych dziedzinach geotechniki. Opiera się na wykorzystaniu w badaniach relacji w procesach transportu ciepła i wody, które są procesami sprzężonymi.
W referacie przedstawiony zostanie problem niekontrolowanego dopływy wody gruntowej do głębokiego wykopu. Omówiony będzie schemat prac przy wykonaniu ścian szczelinowych oraz typowe przyczyny ich nieszczelności. Zaprezentowane będą też możliwości lokalizacji nieszczelności obudowy przed wykonaniem wykopu za pomocą pomiaru zmian położenia zwierciadła wody, jak również za pomocą metody termomontoringu. W omawianych przykładach wykorzystana zostanie analiza sprzężonego procesu filtracji i nieustalonego przepływu ciepła. Niekontrolowany dopływ wody gruntowej do głębokiego wykopu, przecieki jego konstrukcji oraz wywołane nimi procesy erozyjne są kluczowymi zagrożeniami dla bezpieczeństwa głębokich wykopów i budowli z nimi sąsiadujących. Prelegent omówi też doświadczenia i wnioski z wykonanych numerycznych modeli obliczeniowych w przestrzeni 2D i 3D wybranych obiektów, odzwierciedlające lokalne uwarunkowania geotechniczne i istniejącą infrastrukturę. Przedstawi również porównania i analizy wyników monitoringu geodezyjnego oraz prognoz przemieszczeń obliczonych na podstawie modelowania numerycznego. Zaproponuje określony tok postępowania związany z konstrukcją modeli, projektem monitoringu oraz przebiegiem i weryfikacją obliczeń numerycznych. Zwróci uwagę na czynniki mające istotny wpływ na wyniki końcowe prowadzonych analiz. Omówi ponadto konieczność prowadzenia procesu kalibracji numerycznych modeli obliczeniowych z punktu widzenia praktycznego wykorzystania uzyskanych wyników.

dr hab. inż. Paweł Popielski, prof. PW, Politechnika Warszawska
Absolwent Politechniki Warszawskiej na specjalności budownictwo hydrotechniczne. Stopień doktora nauk technicznych uzyskał na Wydziale Inżynierii Środowiska PW (2001), przedstawiając pracę pt. Model sufozji mechanicznej w ujęciu metody elementów skończonych. Na tym samym wydziale uzyskał stopień doktora habilitowanego (2013); praca dotyczyła oddziaływania głębokich posadowień na otoczenie w środowisku zurbanizowanym. Zajmuje stanowisko profesora nadzwyczajnego Politechniki Warszawskiej i od roku 2014 pełni funkcje kierownika Zakładu Budownictwa Wodnego i Hydrauliki. Zawodowo zajmuje się zastosowaniem zawansowanych symulacji numerycznych w problemach: geotechniki, hydrotechniki i inżynierii środowiska; oceną stanu technicznego obiektów hydrotechnicznych na podstawie prowadzonego monitoringu i zgodności danych pomiarowych z wynikami modelowania matematycznego, metodą obserwacyjną; analizą oddziaływań głębokich posadowień na obiekty budowlane i wodę gruntową w środowisku zurbanizowanym oraz ustalaniem wartości granicznych dla prowadzonego monitoringu; zastosowaniem nowoczesnych metod badań polowych (badania penetracyjne, geofizyczne, sejsmika powierzchniowa) wykonywanych na różnych etapach realizacji obiektu w celu weryfikacji parametrów materiałowych przyjmowanych w modelowaniu matematycznym; zależnościami między parametrami uzyskanymi w określonych rodzajach testów a parametrami przyjmowanymi do obliczeń i ich weryfikacją metodą analizy wstecz; wykorzystaniem nowoczesnych metod pomiarowych (np. skaning laserowy, GIS) do generacji danych i weryfikacji wyników modelowania matematycznego; uwzględnianiem w obliczeniach i analizie dotyczącej bezpieczeństwa obiektów budowlanych zmian w stosunkach wód gruntowych i zjawisk zachodzących w gruncie, a spowodowanych przez filtrującą wodę (erozja, sufozja, kolmatacja). Jest współorganizatorem i wykonawcą pierwszych w Polsce pomiarów szczelności ścian szczelinowych z wykorzystaniem metody termomonitoringu.
Jest także członkiem Sekcji Konstrukcji Hydrotechnicznych Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN od roku 2003; członkiem grupy roboczej European Working Group on Internal Erosion in Embankment Dams and Their Foundations zorganizowanej przez ICOLD (International Commission on Large Dams) od roku 2009; członkiem Polskiego Komitetu Geotechniki oraz Międzynarodowego Stowarzyszenia Mechaniki Gruntów i Geotechniki od 2009 r.