m_0867

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

Действительно, в зоне строительства происходит активизация наледных процессов. Так, на восточном участке строительства железной дороги Абакан – Тайшет количество наледей возросло с 18 до 59. Подобное наблюдалось и при строительстве автодороги Невер – Томмот.

Таким образом, неопределенность и стихийность появления опасных наледных процессов переносили всю тяжесть забот о безопасности движения на период эксплуатации дорог. Методы борьбы с наледями при этом состояли в выколке и уборке наледного льда с железнодорожных путей и из отверстий водопропускных сооружений, а также в отводе наледных вод. Строительство противоналедных устройств в капитальном исполнении трудоемко и дорогостояще, требует специальных строительных подразделений. Дальневосточная железная дорога имеет 549 наледей, и на борьбу с ними только в 1964 г. было израсходовано 60 тыс. р. (в ценах того периода), одновременно велось строительство капитальных противоналедных сооружений.

Наледные явления на Забайкальской железной дороге также распространены повсеместно. С целью получения необходимых характеристик наледных процессов и данных для разработки противоналедных мероприятий и сооружений НИИЖТом в период 1970–1985 гг. проводились наблюдения и исследования наледных явлений на этой дороге. При составлении проекта реконструкции отдельных участков дороги Сибгипротранс использовал данные и рекомендации НИИЖТа по выбору конструкций противоналедных сооружений.

Борьба с наледями у эксплуатационников ЗабЖД была направлена в основном на нейтрализацию и уборку уже сформировавшихся наледей. Постоянные противоналедные сооружения практически отсутствовали.

В ходе проводимой работы НИИЖТом было предложено в соответствии с ВСН-210–91 на всех дистанциях пути организовать ведение паспортов наледных участков и карточек противоналедных сооружений.

Наледи как неблагоприятное физико-геологическое явление имеют широкое распространение на всем протяжении магистрали. При изысканиях прошлых лет (проекты 1941–1945 гг.) была установлена общая протяженность наледных участков в пределах

11

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

трассы от Тайшета до Советской Гавани в объеме 44 км, что составляло около 1 % от общей протяженности трассы. Из 44 км наледных полей 7 км составляли наледи особо опасные.

Одновременно с изысканиями по магистрали осуществлялось строительство железнодорожных подходов от Транссиба: Бамовская – Тында (178 км, 1937 г.), Волочаевка – Комсомольск (333 км, 1938 г.) и Известковая – Ургал (339 км, 1940 г.).

В1945 г. пошли поезда от ст. Пивань до Советской Гавани на заключительном участке магистрали длиной 478 км, а в 1951 г. был сдан в эксплуатацию головной участок магистрали от Тайшета до Усть-Кута протяженностью 720 км. Опыт строительства

иэксплуатации этих линий и проводимые на них наблюдения показали активизацию наледных процессов, значительный рост числа наледей.

Вработе СибЦНИИСа по теме ЗК-ЗР-70 приводятся следующие данные: «По дороге Тайшет – Лена в суровую зиму 1956–1957 гг. общее протяжение наледей возросло до 21 км против 5 км до строительства дороги. Количество наледей увеличилось с 42 до 104». И далее: «Подобные явления наблюдались на дорогах: Забайкальской, Ургал – Известковая и Комсомольск – Совгавань, где выходящие в откосах выемок трещинные воды, приуроченные к изверженным и метаморфическим породам, вследствие небольшого дебита и трудности их перехвата дренажными устройствами создают значительные наледи, заполняющие выемки и затрудняющие движение поездов».

Входе проведенных обследований на линии Пивань – Совгавань ХабИИЖТом было зафиксировано 63 наледи поверхностных

иподземных вод. Цикл наблюдений за наледями на строящемся участке БАМа Ургал – Комсомольск, осуществленный Дальгипротрансом, выявил активизацию наледных процессов при сооружении земляного полотна на склонах хребта Дуссе-Алинь, где было зафиксировано свыше 60 наледей.

Впериод 1970–1972 гг. по теме ЗК-ЗР-70 были также обследованы:

– наледные участки железной дороги Бамовская – Тында;

– отдельные наледи и противоналедные сооружения Забайкальской железной дороги;

– наледи на железной дороге Хребтовая – Усть-Илимская.

12

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

Обобщения и рекомендации по результатам обследований вошли в «Предложения по противоналедным мероприятиям для проектируемой Байкало-Амурской железнодорожной магистрали» (СибЦНИИС, 1971 г.).

По предварительной трассе технического проекта на участке Сибгипротранса от Байкальского тоннеля до Чары из 42 зафиксированных наледей к русловым было отнесено 18 (43 %), наледям грунтовых вод – 15 (36 %) и наледям смешанных вод – 9 (21 %).

На участке Нижнеангарск – Тында БАМа наличие крупных и опасных наледей было установлено в проектном задании (1942 г.). В основном развитие крупных наледей отнесено к руслам рек Холодная, Кичера, Муя, Куанда, Сюльбан, Чара. Наледные поля длиной в несколько километров образуются в руслах рек в январе и к марту набирают мощность льда до 4–6 м. Лед наледей местами сохраняется до осени. Наледи подземных вод, как отмечено в проекте, в основном развиты от Нижнеангарска до Уояна, где было установлено 9 наледей, наиболее мощные из которых действуют всю зиму, достигая по площади 80 тыс. м2 и по мощности до 1,2 м. При обследовании этого участка специализированным полевым отрядом в 1948 г. было установлено 32 наледи, из них: поверхностных вод – 2 (6 %), грунтовых вод – 23 (72 %), подземных вод – 4 (13 %), смешанных вод – 3 (9 %).

По предварительно уложенной трассе под технический проект на участке Байкальский тоннель – Чара в период 1971–1973 гг. полевыми подразделениями Сибгипротранса выявлены и обследованы 40 наледей, пересекаемых трассой или находящихся в непосредственной близости от нее. По всем наледям были составлены паспорта и организованы программные наблюдения с обработкой результатов и выдачей рекомендаций для разработки противоналедных мероприятий при рабочем проектировании.

При разработке технического проекта участка в 1974 г. в связи с сжатыми сроками и недостаточностью накопленных материалов по изучению наледеобразований противоналедные мероприятия в проекте были учтены увеличением объемов дополнительных работ по земляному полотну и искусственным сооружениям.

Для защиты пути от наледей были рекомендованы следующие методы.

13

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

1. Рациональная укладка трассы железной дороги, обеспечи-

вающая обход наледного участка или его пересечение с минимальным нарушением сложившихся условий наледеобразования.

Такое решение было принято:

–по русловым наледям р. Гоуджекит на 305–306, 310–315, 317–318 км;

–по грунтовой наледи на зимовье Тунали на 390 км;

–по грунтовым наледям у подошвы Южно-Муйского хребта на 820, 829, 839, 841 км;

–по русловой наледи на р. Сюльбан на 914 км.

2. Свободный пропуск наледи путем увеличения пролета моста и высоты насыпи.

Такое решение было принято:

–по наледи грунтовых вод на р. Амундокан на 307 км;

–по наледям смешанных и грунтовых вод левобережной поймы р. Сюльбан на 857, 867, 871, 872, 874, 915 км;

–по Сакуканским наледям смешанных вод на 975–983 км.

3. Безналедный пропуск воды через сооружение путем создания положительного теплового баланса в потоке, сосредоточенном углублением и спрямлением русла и направляющими дамбами.

Такое решение было принято:

–по русловым наледям на р. Сырой Молокон на 361 км, на р. Ухта на 370 км, на р. Нюручанда на 398 км, на р. Огдында на 480 км, на руч. Глыбовый на 495 км, на руч. Сунуекит на 717 км, на реках Холодная (381 км) и Муякан (655 км);

–по наледям грунтовых и смешанных вод на 495, 498, 664, 714, 919, 927, 934, 951, 957 км.

4. Устройство противоналедных сооружений задерживающего и ограждающего типов.

Такое решение было принято:

–по русловым наледям руч. Вьюшенский на 371 км, на р. Душкачанка на 376 км, на руч. Аян на 947 км;

–по наледям смешанных вод на 924, 948, 949 км.

5. Строительство дренажно-каптажных сооружений.

Такое решение было принято на ручьях 662 и 663 км.

14

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

Наиболее оптимальному использованию методов и средств противоналедной защиты на рассматриваемом участке БАМа способствовали следующие факторы:

–укладка предварительной трассы техпроекта на местности с глубоким анализом материалов изысканий прошлых лет, позволившая наиболее точно зафиксировать наледные участки;

–график организации строительства западного участка БАМа, дающий возможность последовательной разработки документации для земляного полотна и искусственных сооружений (ИС) по ходу километража. Это позволяло получить первоочередные материалы по обследованию и наблюдению наледеобразований;

–научно-исследовательские работы СибЦНИИСа и НИИЖТа по противоналедной защите на БАМе, дающие дополнительные рекомендации к существующей нормативной документации.

В каждом случае при принятии решения о методах или средствах противоналедной защиты учитывался комплекс условий проектирования земляного полотна и искусственных сооружений, обеспечивающих их устойчивость и прочность при наличии других неблагоприятных факторов: размывов паводковыми водами, просадочности грунтов основания и др. Практически перед укладкой окончательной трассы прорабатывались все местные варианты с полным сравнением их технико-экономических и качественных показателей. Протяженность вариантов и полоса варьирования достигали значительной величины (Северо-Спицынский вариант). В некоторых случаях фактор противоналедной защиты играл определяющую роль в принятии проектного решения, в других – он был второстепенным и решался в комплексе мероприятий, обеспечивающих устойчивость объектов от других неблагоприятных факторов.

1. Рациональная укладка трассы.

1.1. Русловые наледи на р. Гоуджекит практически остались в естественных условиях образования, так как укладка трассы была выполнена с максимальным приближением к береговым склонам или непосредственно на них с минимальным стеснением поймы. Пересечение реки осуществлено большим мостом с перекрытием основного русла пролетом 110 м. Защита земляного полотна и

15

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

конусов моста от воздействия паводковых вод и наледного поля выполнена бермами из крупного скального материала.

Как показали годы временной эксплуатации (1983–1985 гг.), а затем и постоянной, в течение 10 лет осложнений по гоуджекитским наледям не возникало. Также не было опасных воздействий на земляное полотно сюльбанской русловой наледи, при пересечении участка поймы реки на 914 км.

1.2. Проработка и принятие в ходе рабочего проектирования Северо-Спицынского варианта трассы на участке 815–857 км решили комплекс проблем, связанных с пересечением у подошвы Южно-Муйского хребта многочисленных ручьев селеопасного и наледеопасного характера. На участке в 40 км было исключено 20 ИС, в том числе 5 сооружений на ручьях с формированием природных наледей. Глубокая перетрассировка комплексно решила ряд проблем строительства и эксплуатации дороги в условиях неблагоприятных склоновых процессов и сняла вопросы противоналедной защиты.

Таким образом, рациональная укладка трассы в десяти случаях исключила необходимость проектирования и строительства специальных противоналедных сооружений.

2. Свободный пропуск наледи путем увеличения отверстия моста и высоты насыпи.

2.1.Руч. Амундокан, выходя на заболоченный и залесенный склон малой крутизны, в естественных условиях при высоте снежного покрова до 0,6 м был безналедным. Однако строительство в 1971 г. притрассовой автодороги стало причиной образования наледи, которая начала интенсивно развиваться за счет питания ручья грунтовыми водами в зимний период.

Земляное полотно железной дороги, запроектированное ниже по склону от автодороги насыпью высотой до 5 м, явилось в достаточной степени защитой от наледи, основные объемы которой отлагаются перед автодорогой.

2.2.Все наледи грунтовых и смешанных вод, формирующиеся

улевобережного склона долины р. Сюльбан на участке 855–875 км, не набирали больших объемов из-за малых дебитов источников.

Высокая насыпь совмещенного земляного полотна железной и автомобильной дорог, запроектированная на пойме р. Сюльбан с расчетной высотой по ветро-волновому режиму, создает боль-

16

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

шие пазухи вдоль берега с потенциальной возможностью накопления наледных полей в осенне-зимний период.

Такое решение было принято в восьми случаях (19 %) и обеспечило противоналедную защиту в комплексе укрепительных работ по земляному полотну на этих участках.

3.Безналедный пропуск водопотоков через искусственные сооружения.

Главная причина многих наледеобразований в руслах рек и ручьев – их блуждающий характер. При выходе потока на конус выноса начинается отложение карчей и камня в основном русле и вода растекается по множеству проток. Истончение этих потоков в осенний период при отрицательных температурах и недостаточном снеговом покрове приводит к образованию наледей. Поэтому для сохранения положительного водно-теплового баланса при прохождении потока в полосе отвода железной дороги были использованы решения по углублению и спрямлению русел и сооружению направляющих дамб. Это позволило сосредоточить перед искусственным сооружением достаточный объем расхода воды, имеющей положительную температуру в зимние месяцы. Такое решение хорошо сработало в условиях Верхне-Ангарской и МуйскоКуандинской впадин, где они были приняты на восьми ручьях и реках.

Более сложная обстановка складывалась в Чарской котловине, где аналогичные решения на 927, 934, 951, 957 км не полностью сняли вопрос противоналедной защиты.

4.Противоналедные сооружения задерживающего и ограждающего типов.

Осуществленные строительством противоналедные сооружения такого типа нормально работают на 371 и 376 км, обеспечивая полную защиту железной дороги.

Работа противоналедных сооружений аналогичного типа в Чарской котловине проходит с осложнениями, создающими потенциальную опасность для нормальной эксплуатации земляного полотна и мостов железной дороги на 924, 947, 948 и 949 км.

5. Дренажно-каптажные противоналедные сооружения.

Это проектное решение было предложено НИИЖТом и осуществлено его же студенческим отрядом на 662 и 663 км. Все годы эксплуатации дренажно-каптажные сооружения работают

17

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

надежно и устойчиво. Однако они практически лишены нормального содержания, что может вывести систему коллекторов из работы и снова создать условия наледеобразования.

Таким образом, анализ принятых проектных решений, осуществленных строительством, показывает, что из обследованных 42 участков наледеобразований по предварительной трассе технического проекта при комплексном использовании принципов рационального проектирования и научных рекомендаций удалось в 30 случаях устранить опасное воздействие наледей на земляное полотно и искусственные сооружения железной дороги (305–306, 307, 310–315, 317–318, 361, 370, 381, 390, 398, 480, 495, 495, 498, 655, 664, 717, 820, 820, 829, 839, 841, 857, 887, 871, 872, 874, 914, 915, 919, 975–983 км), что составляет 71 % от общего количества наледных мест.

На ряде наледных участков (12 %) осуществленные проектные решения создали нормально действующую противоналедную защиту (371, 376, 662, 663, 927 км).

В семи случаях применение решений по прямой противоналедной защите не дали полного эффекта (924, 934, 947, 948, 949, 951, 957 км), что составляет 17 % от общего числа наледных мест.

Таким образом, при проектировании и строительстве БАМа накоплен определенный опыт в оценке воздействия наледных процессов на инженерные сооружения при их строительстве и эксплуатации, который рекомендуется применять при возведении новых железных дорог.

УДК 625.12.042.2

Ким Хюн Чол, Ю.С. Морячков

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ГРУНТОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА ПОЛИГОНЕ СГУПСа

На полигоне СГУПСа в 2009 г. было завершено строительство полномасштабной модели земляного полотна, где, в частности, были заложены возможности исследования процессов про-

18

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

мерзания и оттаивания грунтов в годовом цикле с учетом теплоизолирующих покрытий.

Земляное полотно полномасштабной модели представлено насыпью (рис. 1) из суглинка с влажностью на границе текучести WL = 0,25. Высота насыпи – 2 м. Ширина основной площадки земляного полотна – 7,3 м. Толщина балласта – 60 см. В качестве теплоизолирующего покрытия использовался «Пеноплекс-45» толщиной 4 см.

Рис. 1. Экспериментальный полигон СГУПСа

Для контроля за состоянием температурного поля земляного полотна в теле экспериментальной насыпи была предусмотрена установка гирлянд терморезисторных датчиков.

Для проведения измерений температурного поля в земляном полотне в соответствии с рекомендациями ГОСТ 25358–82 [1] были использованы нелинейные терморезисторы типа ММТ-1 (рис. 2), работа которых основана на принципе изменения сопротивления движению постоянного электрического тока, пропускаемого через терморезистор, в зависимости от изменения температуры терморезистора, которое в свою очередь зависит от изменения температуры окружающей среды.

19

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

Рис. 2. Внешний вид и схема терморезистора типа ММТ-1

Так как ожидаемый диапазон температур грунта земляного полотна находится в пределах 170–510 К, в работе был применен среднетемпературный терморезистор. Основные характеристики работы терморезистора ММТ-1 приведены в таблице.

Характеристики работы терморезистора ММТ-1

Гирлянды терморезисторов были изготовлены в соответствии с требованиями [1]. Гирлянда представляет собой цепь параллельно соединенных терморезисторов, подключенных одним выходом к общему запитывающему проводу, а другим – к индивидуальному проводу, по которому проходит обратный ток. Гнезда подачи прямого и съема обратного токов с каждого терморезистора расположены на гнездовой плате, находящейся в верхней части гирлянды. Подача в цепь постоянного электрического тока, а также съем обратного тока и съем показаний омметра производятся универсальным мультиметром типа M890F. Питающий щуп мультиметра снабжает цепь электротоком через гнездо подачи прямого тока, а снимающий щуп замыкается с гнездом

20