ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ АВТОДОРОГИ М-5 «УРАЛ» В ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ

1. Введение

Автомобильная дорога М-5 «Урал» (Москва — Челябинск) является одной из ключевых магистралей федерального значения, входящей в состав международного транспортного коридора «Европа — Западный Китай». Участок км 1782+000 — км 1815+500 в Челябинской области характеризуется сложными природно-климатическими условиями: пересечение предгорной части Южного Урала с перепадами высот до 85 м, наличие водотоков рек Миасс и Увелька, участки с активными оползневыми процессами, а также интенсивное движение (среднесуточная интенсивность до 14 200 авт./сут, включая 22% грузового транспорта). Существующее дорожное полотно имеет износ верхнего слоя асфальтобетонного покрытия до 40%, колейность более 25 мм на 18% протяжённости участка и недостаточную ширину проезжей части (10,5 м вместо нормативных 15 м для категории IБ).

Согласно п. 6.2 СП 47.13330.2016 «Инженерные изыскания для строительства», для объектов транспортной инфраструктуры I уровня ответственности геодезическое обеспечение должно обеспечивать определение планово-высотного положения оси дороги с предельной погрешностью не более ±15 мм [1]. Для автомобильных дорог категории IБ в горной местности дополнительно требуется детальное изучение рельефа с высотой сечения горизонталей 0,5 м и построение продольного профиля с вертикальным масштабом 1:200 для точного проектирования продольных уклонов и кривых в продольном профиле [2].

Целью настоящей работы является разработка и реализация методики геодезического обеспечения реконструкции автодороги М-5 в сложных горно-климатических условиях Челябинской области с применением современных спутниковых и наземных технологий.

2. Методика геодезического обеспечения реконструкции

2.1. Подготовительный этап и рекогносцировка

На подготовительном этапе проведен анализ фонда геодезических данных Управления Росреестра по Челябинской области, изучены топографические планы масштаба 1:5000 и 1:2000, проектная документация строительства 1998–2002 гг., а также данные о подземных коммуникациях, полученные от филиала «Челябэнерго», АО «Челябводоканал» и РЖД. Особое внимание уделено анализу материалов инженерно-геологических изысканий 2023 г., выявивших оползневые процессы на участках км 1795+200 — км 1797+800 и км 1808+400 — км 1810+100.

Разработан проект производства геодезических работ (ППГР), включающий: — схему развития спутниковой геодезической сети класса ГГС-2 с интервалом пунктов 3–4 км; — методику топографической съёмки полосы отвода шириной 120 м (по 60 м в каждую сторону от оси); — программу детальной съёмки с шагом пикетажа 20 м и поперечными профилями через 25 м на прямых участках и через 10 м на кривых; — методику георадарного обследования дорожной одежды с шагом зондирования 0,5 м; — перечень геодезического оборудования с метрологическими характеристиками.

2.2. Создание планово-высотного обоснования

Для обеспечения геодезической основы создано 14 пунктов спутниковой сети класса ГГС-2, закреплённых железобетонными знаками с глубиной заложения 2,5 м и центрами типа У158. Координаты определены методом статических GNSS-измерений с использованием двухчастотных приёмников Trimble R12 и Leica GS18. Время сессии составило 60 минут при количестве наблюдаемых спутников не менее 8. Постобработка выполнена в ПО Bernese GNSS Software 5.2 с привязкой к станциям ГЛОНАСС/GPS сети «ГЕОДАТА» в системе координат МСК-74 (зона 10). Средняя квадратическая погрешность определения координат составила ±7 мм по плану и ±10 мм по высоте.

Для оперативных разбивочных работ применён режим кинематики в реальном времени (RTK) с использованием виртуальной базовой станции (VRS) сети «ГЕОДАТА-Урал». Точность позиционирования в режиме RTK составила ±10 мм по плану и ±15 мм по высоте.

Нивелирование выполнено цифровым нивелиром Trimble DiNi0.3 с точностью 0,3 мм/км по методике геометрического нивелирования II класса. Длина нивелирных ходов не превышала 8 км, превышения определялись в прямом и обратном направлениях с допустимой невязкой 4 мм√L.

2.3. Топографическая съёмка и обследование дорожного полотна

Топографическая съёмка выполнена в масштабе 1:500 с высотой сечения горизонталей 0,5 м в соответствии с ГОСТ 19224-2020. В съёмку включены: — рельеф местности с детализацией склонов крутизной более 8°; — существующее дорожное полотно с фиксацией деформаций (колейность, просадки, трещины); — 17 искусственных сооружений, включая мосты через реки Миасс (пролёт 42 м) и Увелька (пролёт 36 м); — подземные коммуникации (газопроводы Ду530 мм, кабельные линии 110 кВ); — элементы обустройства (ограждения, знаки, осветительные опоры, водоотводные лотки).

Основной объём съёмки выполнен мобильной лазерной сканирующей системой Riegl VMX-450, установленной на автомобиле-лаборатории. Система обеспечила плотность точек 300 точек/м² при скорости движения до 80 км/ч. Для контроля и съёмки труднодоступных участков (склоны, мостовые сооружения) применён электронный тахеометр Leica TS60 с точностью 0,5″ и 0,6 мм+1 мм/км.

Обработка материалов выполнена в программном комплексе CREDO ДОРОГИ 7.0 с формированием: — цифровой модели местности (ЦММ) с шагом сетки 1×1 м; — продольного профиля трассы с вертикальным масштабом 1:200; — поперечных профилей с горизонтальным масштабом 1:200 и вертикальным 1:100; — векторного топоплана в форматах *.dwg и *.dxf.

Для оценки состояния дорожной одежды проведено георадарное зондирование системой ОКО-2 с антенной 1500 МГц с шагом 0,5 м по оси дороги и в поперечном направлении. Результаты позволили определить толщину слоёв (асфальтобетон — 7–12 см, щебёночное основание — 20–26 см) и выявить зоны переувлажнения на глубине 0,6–1,0 м.

2.4. Мониторинг деформаций в зонах оползневой активности

На участках с выявленной оползневой активностью (км 1795+200 — км 1797+800 и км 1808+400 — км 1810+100) создана сеть деформационных наблюдений из 32 марок, закреплённых на устойчивых участках склонов и в пределах зоны возможного смещения. Выполнено 4 цикла измерений с интервалом 10 суток в весенний период (апрель–май) для оценки динамики деформаций. Измерения выполнены методом прецизионной полигонометрии тахеометром Leica TS60 и нивелированием цифровым нивелиром Trimble DiNi0.3.

Средние скорости горизонтальных смещений составили 2,3–4,7 мм/мес, вертикальных — 1,8–3,5 мм/мес. Полученные данные легли в основу проектных решений по усилению склонов (устройство подпорных стен и дренажных систем).

3. Особенности геодезического обеспечения на трассе М-5 в Челябинской области

При выполнении работ выявлены и учтены следующие специфические факторы:

1. Горный рельеф: перепад высот на участке составляет 85 м при протяжённости 33,5 км, что потребовало детального изучения продольного профиля для проектирования безопасных продольных уклонов (максимальный проектный уклон 30‰) и вертикальных кривых. На участке км 1798+500 — км 1801+200 радиус выпуклой вертикальной кривой увеличен с 6000 м до 10000 м для обеспечения видимости.
2. Оползневые процессы: на двух участках общей протяжённостью 4,4 км выявлены активные оползневые процессы, потребовавшие создания специальной сети деформационных наблюдений и корректировки проектных решений по трассированию.
3. Интенсивное движение: среднесуточная интенсивность движения 14 200 авт./сут потребовала организации геодезических работ в ночные часы (с 23:00 до 05:00) и применения мобильных методов съёмки (лазерное сканирование без остановки транспортного потока).
4. Сложные гидрологические условия: пересечение рек Миасс и Увелька потребовало детального обследования мостовых сооружений и проектирования новых водопропускных сооружений с учётом расчётных паводков 1%-ной обеспеченности.

4. Результаты геодезического обеспечения

По результатам работ подготовлен комплект материалов:

1. Технический отчёт о геодезическом обеспечении реконструкции;
2. Топографические планы полосы отвода масштаба 1:500 в МСК-74 (зона 10);
3. Цифровая модель местности (ЦММ) в форматах *.dtm и *.xyz;
4. Продольный профиль трассы с проектными уклонами и пикетажом;
5. Поперечные профили через 25 м (на прямых) и 10 м (на кривых);
6. Каталог координат и высот 14 пунктов ГГС-2 и 22 реперов нивелирной сети;
7. Схемы подземных коммуникаций с глубинами заложения;
8. Отчёты о деформационных наблюдениях на оползневых участках;
9. Акты обследования 17 искусственных сооружений.

Все материалы переданы генеральному проектировщику АО «Челябгражданпроект» для разработки рабочей документации и внесены в информационную систему обеспечения градостроительной деятельности (ИСОГД) администраций Красноармейского и Чесменского районов Челябинской области.

5. Заключение

Геодезическое обеспечение реконструкции автодороги М-5 «Урал» в Челябинской области выполнено с применением современных технологий спутникового и наземного позиционирования, адаптированных к сложным горно-климатическим условиям. Комбинированный подход с использованием статических GNSS-измерений для создания геодезической основы, мобильного лазерного сканирования для оперативной съёмки и георадарной разведки для оценки состояния дорожной одежды позволил обеспечить требуемую точность (±10 мм) даже в условиях интенсивного движения и пересечённого рельефа.

Особую эффективность продемонстрировала система мониторинга деформаций на оползневых участках, позволившая своевременно выявить зоны повышенной деформационной активности и скорректировать проектные решения до начала строительных работ. Применение цифровых технологий (мобильное лазерное сканирование, BIM-интеграция) обеспечило формирование достоверной геопространственной основы для проектирования, что минимизировало риски корректировки проекта на стадии строительства.

Качественно выполненное геодезическое обеспечение позволит сократить сроки реконструкции на 30–35 дней и избежать дополнительных затрат на переделку проектных решений. Полученные материалы станут основой для создания цифрового двойника автодороги в рамках концепции «Умные дороги» и последующего эксплуатационного мониторинга состояния полотна.