Картографо-геодезична служба України (Укргеодезкартографія) приділяє велику увагу інженерно-геодезичному забезпеченню розвитку населених пунктів, об’єктів будівництва, транспорту, промисловості, енергетики, зв’язку і телекомунікації, охороні природного середовища, попередженню та прогнозуванню природних і техногенних катастроф (зсуви, руйнування інженерних споруд, аварії на АЕС, ГЕС тощо), оскільки від своєчасності виконання та необхідної точності інженерно-геодезичних вимірювань на екологічно і техногенно небезпечних об’єктах залежить безпека життєдіяльності населення та збереження матеріальної бази суспільства.

За 20 років існування Державної служби геодезії, картографії та кадастру такі відповідальні роботи, що потребують сучасного технічного оснащення та високої кваліфікації персоналу, виконувалися багатьма підприємствами галузі, зокрема ДНВП «Укрінжгеодезія», КДП «Київгеоінформатика». Значну частину відповідальних і надзвичайно важливих для економіки України робіт здійснюють навчальні заклади, геодезичні служби великих енергетичних комплексів, геодезичні підприємства акціонерних товариств тощо, серед яких виділяються Національний університет «Львівська політехніка», Івано-Франківський технічний університет нафти і газу, ДП «Укргеодезмарк» Публічного акціонерного товариства (ПАТ) «Київметробуд». Далі подано науково-технічний огляд найважливіших інженерно-геодезичних робіт, виконаних цими організаціями, та їх досягнень у цій сфері в основному за останні п’ять років.

ДНВП «Укрінжгеодезія» більш як 15 років виконує інженерно-геодезичні спостереження за осіданнями та деформаціями об’єкта «Укриття» (ОУ) ЧАЕС – найнебезпечнішої споруди світової техногенної катастрофи. Не випадково вся міжнародна спільнота опікується проблемами ліквідації наслідків цієї аварії і надає Україні необхідну грошову підтримку.

Основне завдання спостережень – виявлення змін у просторовому положенні несних конструкцій споруди саркофага (вертикальних і горизонтальних зміщень, кренів та перекосів) для оцінювання ризику руйнування споруд, проведення демонтажу нестабільних конструкцій, прогнозування аварійних ситуацій тощо.

Згідно з державними стандартами, інженерно-геодезичні вимірювання вертикальних та горизонтальних зміщень на таких спорудах виконуються за 1-м та 2-м класами точності, тобто з похибками від 1 до 5 мм залежно від висоти розташування контрольних марок: нижче – меншою, вище – більшою.

Треба сказати, що впродовж 25-ти років експлуатації ОУ на ньому виконуються різні будівельно-монтажні роботи, пов’язані з укріпленням конструкцій, які зазнали значного руйнування та відхилення від вертикалі після вибуху реактора.

Обсяг і частота інженерно-геодезичних вимірювань змінюються в залежності від прояву деформаційних процесів та нових завдань, але практично залишається незмінним найвищий (1-й) клас точності вимірювань. Всі роботи виконуються згідно із затвердженими програмами, які розробляються переважно на п’ять років. За весь час складено 5 таких програм: 1987 р., на 1998-2000, 2001-2005, 2006-2008 і 2009-2012 рр. Кожна із них відображала основні засади організації та виконання інженерно-геодезичних вимірювань для визначення вертикальних і горизонтальних зміщень конструкцій, їх кренів, динаміки та прогнозування. Останні дві програми враховують будівельно-експлуатаційну ситуацію на об’єкті, яка виникла у зв’язку з реалізацією Проекту організації заходів (ПОЗ) на виконання Закону України «Про загальні основи подальшої експлуатації Чорнобильської АЕС і перетворення зруйнованого реактора в екологічно безпечну систему» від 11 грудня 1998 р. № 309-IV. Ці заходи торкнулися насамперед зміцнення західної контрфорсної стіни та окремих приміщень, включаючи і деаераторну етажерку, колонний залізобетонний каркас якої вимагав невідкладних укріплювальних робіт.

Для забезпечення високої точності вимірювання деформаційних зміщень на території ОУ створено високоточні (1-го класу) планову та висотну геодезичні мережі. Пункти планової мережі, незалежно від розряду побудови, закріпляються знаками для примусового центрування приладів, а нівелірна мережа І класу – глибинними реперами, закладеними на глибину до 40 м. Вартість побудови одного такого репера сягає 100 тис. грн.

Зміни умов виконання робіт викликали необхідність реконструкції геодезичних мереж. Планова мережа реконструювалася чотири рази, і якщо перші дві були викликані її розширенням у зв’язку зі збільшенням кількості контрольних марок, то останні були спричинені демонтажем окремих пунктів, які попали в зону будівельно-монтажних робіт на стадії ПОЗ, та зведенням нового безпечного конфайнмента (НБК) – саркофага-2. Тому для компенсації втрат 10-ти наземних пунктів при реконструкції мережі 2005 р. 6 пунктів із 18-ти довелося розмістити на плоских дахах будівель та споруд висотою від 3 до 22 м.

Якщо у 1987 р. мережа була дворозрядною (спостережувальні пункти НП і допоміжні точки ВТ), то під час всіх реконструкцій, починаючи з 1996 р., завжди будувалася каркасна GPS-мережа, в яку вставлялися пункти типу НП і ВТ методом лінійно-кутових побудов (тріангулатерації). Основна причина такої трирозрядної побудови – розміщення пунктів типу НП в спеціальному будиночку з вікнами та дахом, який не дозволяє розміщувати GPS-антену над пілоном геодезичного знака. Тільки під час реконструкції 2005 р. на пункті НП-6 було демонтовано будиночок і обладнано знак для GPS спостережень, якому відведена роль основного базового пункту геодезичної мережі ОУ. Треба особливо підкреслити, що застосування GPS-методу суттєво покращило структуру геодезичної мережі ОУ за рахунок «космічного з’єднання» пунктів північної та південної частин мережі, між якими не забезпечувався конструктивний зв’язок при вимірюванні методом тріангулатерації.

Нівелірна мережа, яка включає 13 глибинних, 1 фундаментальний та 8 стінних реперів і марок, не зазнала істотних змін, за винятком двох реперів, що підлягають демонтажу в зв’язку з будівництвом НБК.

У GPS-мережі при середній довжині вектора 360 м його відносна середня квадратична похибка (СКП) становить менше 1:300 000, а похибки положення пунктів менші ніж 2 мм. Похибки визначення положення пунктів тріангулатерації, з яких визначається положення контрольних марок ОУ, не перевищують 0,5 мм.

Координати пунктів планової мережі і контрольних марок визначаються в умовній системі – будівельної сітки АБ, позначки реперів і контрольних марок – у системі «Балтійська 1977 р.» та в умовній відносно рівня підлоги 1-го поверху ОУ. Нівелювання основних пунктів мереж проводиться за 1-м класом точності (похибка вузлових точок не перевищує 0,4 мм).

Щорічно (у весняні цикли спостережень) контролюється стабільність пунктів мереж: планової – GPS-методом, висотної – нівелюванням I класу. За вихідну приймається основна сторона GPS-мережі та позначки глибинних реперів.

У кожному циклі спостережень, тобто 4 рази на рік, визначається висотне положення 15-ти контрольних реперів, закладених у цоколях та фундаментах ОУ, прилеглих до споруди, та просторове положення 33-х контрольних марок, закріплених на стінах, фронтонах, балках перекриття центрального залу і даху верхніх ярусів на умовній висоті від 9 до 71 м.

Висотне положення контрольних реперів визначається із нівелювання I і II класів, а просторове положення контрольних марок – просторовими кутовими засічками з пунктів планової геодезичної мережі, позначки яких визначаються з прецизійного нівелювання (переважно I класу).

На початку 2006 р. до цих марок долучено 8 контрольних реперів, розташованих на фундаментах двох веж висотою 63 м, призначених для розвантаження балок перекриття над центральним залом зруйнованого реактора, і 4 контрольних марки самих веж та їх консольних ферм.

Інженерно-геодезичними вимірюваннями впродовж 25-ти років визначено місця і кількісні характеристики прояву деформаційних зміщень, які спричинені змінами у природному середовищі та в конструкціях споруди. Встановлено, що осідання окремих конструкцій ОУ більші за 30 мм, а зміни крену сягають 25 мм, тоді як осідання прилеглих до нього споруд за той же період становлять лише 10 мм. Схему розподілу осідань контрольних марок ОУ наведено на мал. 1, а векторів їх горизонтальних зміщень – на мал. 2.

Аналіз осідань показав, що їх прогнозування найкраще апроксимується відомою експоненціальною функцією. На основі цієї функції теоретично обґрунтовується періодичність виконання спостережень.

Контрольні марки (по 2-3 шт.) встановлено на чотирьох бокових стінках північної каскадної стіни, що прилягає до ОУ. Вектори горизонтальних зміщень і осідань цих марок (їх усього 11 шт.) наведено на мал. 3. Сумарні вектори двох взаємно перпендикулярних векторів трьох верхніх марок відхилені від вертикалі на кут близько 22,2°, що свідчить про однобічність деформаційного процесу, який може впливати на відхилення каскадної стіни від саркофага.

Об’єктивність оцінювання та аналізу деформаційних зміщень, зокрема осідань, як першої і найважливішої ознаки деформаційних процесів на ОУ, викликала необхідність врахування температурної деформації споруди, яка спотворює величини «чистих» осідань. Тому в Укрінжгеодезії розроблено методику приведення вимірюваних позначок контрольних марок до однієї температури (Т=15 °C). Для реалізації цієї вимоги необхідно старанно вимірювати температуру матеріалу об’єкта (або на станції) під час вимірювання зенітних кутів з похибкою не більше ±2 °C: у травні-вересні – через кожну годину, у жовтні-березні – через дві години. Якщо ж врахувати теплопровідність залізобетону і сталі, тобто деяку інерційність споруди до зміни температури, то найкращим для визначення температури ОУ буде використання безконтактного радіаційного термометра, розробленого в ІФ НАНУ. Похибка дистанційного вимірювання температури таким приладом менша за 1 °C.

 Мал. 1. Схема величин осідання контрольних марок об’єкта «Укриття» за період 05.1987-05.2011 рр.

 Мал. 2. Графік горизонтальних переміщень контрольних марок ОУ за той самий період.