32.5. Особенности изысканий при трассировании автомагистралей в зарубежных странах
Процесс выбора трассы для длинной автомагистрали можно описать как «иерархически структурированный процесс принятия решений» (рис. 32.1):
первый этап процесса предусматривает фиксацию конечных точек и определение района А, который будет включать все разумно возможные трассы между этими точками; как правило, такой район по ширине составляет 1/3 от длины;
район А затем обследуется, и на нем выбирается несколько широких полос В и С, в рамках которых принимается решение сконцентрировать дальнейшие изыскания и выбор. Для основной схемы магистральных дорог ширина такой полосы может составлять 8-16 км;
проведение изысканий в пределах этих полос может привести к выбору коридоров D, Е F, каждый из них может иметь ширину около 3-8 км;
сравнение этих коридоров приводит к выводу, что, например, коридор Е является наилучшим, после чего внутри него намечается маршрут G; как правило, такой маршрут может иметь ширину 1,0-1,5 км;
на следующем этапе производится обследование этой зоны и выделение внутри нее одной или более различных трасс, каждая из них шириной примерно 30 м и содержит лишь незначительные геометрические различия. Эти трассы сравниваются, после чего делается окончательный выбор, который используется для целей проектирования.
Рис. 32.1. Гипотетическое осложнение расположения маршрута транспорта, показывающее пространственные отношения между различными принятыми и оцененными мерами
Отметим, что описанный процесс предусматривает непрерывные изыскания и выбор, использование все более детальных знаний на каждом этапе принятия решений. Те факторы, которые влияют на процесс выбора в любой данный момент, включают не только такие «осязаемые» вещи, как топография, почвенные и геологические подробности, землепользование, распределение населения, потребности в поездках, затраты пользователей, затраты на строительство и содержание, безопасность, но также и такие «неосязаемые» соображения, как вопросы политического, социального и экологического характера, которые требуют многочисленных консультаций с общественностью перед тем, как будет принято окончательное решение.
Для облегчения процесса принятия решений был разработан классический концептуальный подход к сбору необходимых топографических и геотехнических данных об оцениваемых зонах. Эти мероприятия можно разделить на рекогносцировочную съемку, предварительный выбор местоположения и окончательный выбор трассы (проектная съемка).
Рекогносцировочная съемка. Целью такой съемки является оценка перспектив одного или более маршрутов в коридоре, проложенных между заданными точками, несмотря на то, что эти маршруты могут отстоять один от другого на многие километры.
Несмотря на то, что это в основном камеральная работа, хорошая рекогносцировка способна сэкономить столько средств при строительстве новой дороги, как ни один любой этап проекта. Поэтому инженеру следует выделить достаточные ресурсы с точки зрения времени и финансов на этот этап исследования местоположения дороги. Ниже дается общий контрольный перечень тех видов общей информации, которая необходима на первом этапе рекогносцировочной съемки при строительстве крупной автомагистрали:
1) общая ландшафтная съемка (размещение объекта на картах; аэрофотосъемка; границы объекта; контуры земельных участков и т.п.);
2) разрешенное применение и ограничения (плановые и законодательные ограничения в рамках Генерального плана; постановления местных властей по ограничениям планирования, принятое местное законодательство в области строительства; полоса дороги; туннели, шахтные разработки, памятники старины, места захоронений и т.п.);
3) подъезды и условия доступа (включая временные подъезды для целей строительства);
4) состояние почв (геологические карты; данные о наводнениях, эрозиях, оползнях и обвалах; данные о сейсмичности);
5) источники сырьевых материалов для строительства (природные ископаемые, вспомогательные и привозные материалы);
6) дренаж и канализация (расположение и уровни существующих мелиоративных систем, размеры труб и схемы ливневки и т.п.);
7) источники воды (местное законодательство; местоположение, размер и глубины залегания; характеристики давления основных трубопроводов; анализ состава воды; ставки оплаты за присоединения и саму воду и т.п.);
8) подача электрической энергии (названия энергоподающих властей и принятые правила; местоположение, емкость и глубина залегания кабелей; напряжение, фазы и частота; ставки за монтаж и энергетические тарифы);
9) подача газа (наименования газоснабжающих организаций и принятые местные правила; расположение, размеры и глубины залегания трубопроводов; типы газового топлива; тепловые свойства и давление; ставки за монтаж и использование газа);
10) телефонные линии (адрес местной станции; расположение существующих телефонных кабелей; требования и ставки за установку);
11) теплоснабжение (поставки топлива, ограничения по планированию (бездымная зона), районное теплоснабжение).
Общепринятые крупномасштабные карты 1:50000 очень удобны при генеральном планировании и выделении территории.
Решение о том, какие карты использовать на каждом конкретном этапе рекогносцировочной съемки, зависит от деталей той информации, которая нам необходима. Можно отметить, что местоположения многих памятников старины также отмечаются на данных съемки, при этом желательно получить наиболее свежие данные об этих объектах. С другой стороны, старые карты военно-топографической съемки также могут быть очень полезны для получения информации о заброшенных или исчезнувших шахтных стволах, штольнях и колодцах; местах снесенных зданий и возможных скрытых фундаментах и основаниях; заброшенные канализационные отстойники; засыпанные пруды, глиняные карьеры, каменоломни и песчаные и гравийные карьеры; изменения в зонах оползней и т.д.
Данные геологической съемки являются основным источником геологических данных; информация должна быть доступна в форме карт, геологических справочников, исторических записей и газет. Очень часто можно собрать информацию относительно состояния грунтовых вод в данном регионе, а также подробности о случаях бурения в конкретных точках. В целях наилучшего инженерного использования карты почвенной съемки следует сравнить с соответствующими геологическими картами, например, может быть выявлено, что почвенные карты дают лучшую картину залегания материалов, особенно, если геологические карты старые. Почвенные карты также могут дать лучшее представление о типе литологии и ее изменениях, а также новообразованиях в виде заболоченных мест по причине плохого стока.
Следует отметить, что в США использование почвенной съемки развилось до такой степени, что для всех типов почв выполнена корреляция карт со значениями Калифорнийского индекса несущей способности (CBR) для этих почв.
Землепользование, классификация земель и данные почвенной съемки всегда можно получить из соответствующих организаций, которые могут предоставить таким образом огромный объем полезной информации для инженера-дорожника.
Как видно из всего приведенного выше, первым этапом рекогносцировочной съемки является выявление и получение всех карт и записей, касающихся данного региона, а также наиболее подходящих данных аэрофотосъемки. Все это затем тщательно изучается; посещение района может также оказаться желательным на этом этапе. Как правило, особое внимание уделяется холмам, водным потокам и землепользованию, например, низким точкам или проходам в холмах, которые обычно являются фиксированными точками на местности, а также точкам перехода рек, которые дают возможность изучить топографию подъезда к мостам. Торфяники и другие болотистые местности, которые следует обойти, также могут быть выявлены на этом этапе. Можно выявить места для расположения необходимых вспомогательных сооружений вблизи пересечений дорог и железнодорожных линий, а также необходимые мероприятия по перекладке сетей коммуникаций, которых следует ожидать.
С применением современных топографических карт можно выполнить анализ приведенных выше сдерживающих факторов, а также провести предварительную оценку необходимых уклонов и горизонтальных трасс. В Великобритании существующие крупномасштабные карты, полученные с помощью аэрофотосъемки, могут оказаться чрезвычайно полезными в качестве дополнения к имеющимся топографическим и геологическим картам, например, за счет того, что они помогают выявить сооруженные человеком объекты, например, новые дороги, здания (сооружаемые или сносимые), подъездные дороги к карьерам и гравийным котлованам, изменения границ полей, трубопроводов и движение установок пробного бурения. Кроме того, с помощью таких фотографий можно выявить области с плохим дренажом и заболоченные участки, неустойчивые грунты, обвалы заброшенных шахт, покинутые водные потоки, вымоины и скальные выступы, которые не нанесены на обычные карты.
Результаты исследований представляются в виде рекогносцировочного отчета. В самом простом виде такой отчет содержит геометрические и эксплуатационные данные проекта, описывать предпочтительные маршруты и давать предварительную оценку затрат.
Предварительный выбор местоположения. Такая предварительная съемка представляет собой крупномасштабное исследование одного или нескольких наиболее целесообразных коридорных маршрутов, каждый из которых имеет ширину от 50 до 250 м. Результатом изысканий является выбор местоположения и трассы, которая впоследствии приведет к окончательному решению.
Существует два подхода к предварительной картографической съемке: аэрофотосъемка и наземная съемка, применяемые либо по отдельности, либо в различных сочетаниях. Выбор метода съемки решается на основании сравнения экономических затрат и необходимой точности получения топографических данных. Чаще аэрофотосъемка применяется при сильнопересеченной местности, проектировании крупных автомагистралей и транспортных развязок в нескольких уровнях. При этом детали уточняются с помощью наземной съемки.
Прокладка окончательной трассировки. Это исследование, значительная часть которого выполняется еще на этапе предварительных работ, служит двойной цели: фиксирование осевой линии будущей дороги и сбор дополнительной физической информации, которая служит для подготовки планов строительства. Крупномасштабные карты, подготовленные на этапе предварительных исследований, могут представлять большую часть информации, необходимой для принятия окончательного решения.
Компьютеры значительно повышают эффективность на этом этапе реализации дорожного проекта. В настоящее время каждый руководитель изыскательской бригады в Великобритании и США имеет ноутбук со специализированным программным обеспечением, который не только сокращает время, необходимое для расчетов, но и значительно снижает вероятность ошибки; отпадает необходимость инженеру брать с собой в поле тригонометрические и другие математические таблицы.
Очень значительной экономией времени и труда является введение съемочных данных в более крупные компьютеры, которые обладают способностью сравнивать альтернативные маршруты по осевой линии. Например, в Великобритании имеется ряд компьютерных программ, которые известны под общим названием HOPS (Highway optimization Program System), которые распространяются Министерством транспорта. Среди этих программ можно выбрать подходящие под различные почвенные условия, они могут значительно облегчить работу инженера-проектировщика по выбору оптимальной трассы, исходя из различных точек зрения. Аналогом в Беларуси выступает программный комплекс Credo.
Все вышесказанное может рассматриваться как идеализированный подход к выполнению изысканий перед принятием окончательного решения по осевой линии автомагистрали. На практике, безусловно, ситуация может быть сильно отличной, при которой проведение поверхностных и почвенных изысканий перед принятием окончательного решения по разработке проекта, может лежать в диапазоне от несущественного до чрезвычайно важного и сложного. Многие инженеры уверены в том, что окончательный выбор трассы в большинстве случаев диктуется соображениями вовсе не геотехническими, а, например, экономическими, транспортными, экологическими и социальными, а также соображениями политического и местного характера, в результате этого будет справедливо сказать, что существует тенденция на этапе предварительного проектирования к выполнению только минимально необходимого объема геотехнических изысканий, которые необходимы для соответствующей оценки возможных сложностей.
То, что является наиболее реальным подходом к выполнению соответствующих изысканий в Великобритании – это необходимость проводить основные поверхностные и приповерхностные исследования на заключительном интегральном этапе выбора и проектирования магистральной дороги. Другими словами, темпы и глубина детализации объектовых исследований возрастают по мере того, как местоположение и проект дороги становятся более реальными. Таким образом, можно свести к минимуму объемы и расходы на предпроектные исследовательские и изыскательские работы.