m_0867

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

Fуд Fуд1 Fуд2 41786 кН .

На рис. 11 представлена схема к расчету лавинореза № 5 на сдвиг по грунту.

Рис. 11. Схема к расчету лавинореза № 5 на сдвиг по грунту

Таким образом, Fсдв < Fуд (40 958 кН < 41 786 кН), следовательно, сооружение устойчиво на сдвиг по грунту.

В результате проведенной работы были запроектированы мероприятия по лавинозащите горнолыжного курорта в зоне транзита лавины. Вопреки рекомендациям существующих норм принятые меры в зоне транзита были необходимы для обеспечения безопасной и бесперебойной работы подвесной канатной дороги. Однако описанные инженерные сооружения следует использовать совместно с системой принудительного спуска лавин для снижения риска нарушения работы курорта.

Библиографический список

1.ВСН 02–73. Указания по расчету снеголавинных нагрузок при проектировании сооружений. М.: Моск. отд. Гидрометеоиздат, 1973. 24 с.

2.СНиП 22-02–2003. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. М., 2004.

51

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

УДК 625.122:624.137

В.И. Ядрошников

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УДАРОПОГЛОЩАЮЩИХ БЕРМ И ТРАНШЕЙ ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ ПРОТИВОЛАВИННЫХ ГАЛЕРЕЙ

Противолавинные галереи являются весьма материалоемкими сооружениями. По этой причине на их строительство выделяются значительные денежные ресурсы. Для уменьшения капиталоемкости лавинозащитных галерей могут с успехом применяться различные конструктивные мероприятия. К таким мероприятиям можно отнести сооружение ударопоглощающих траншей и берм.

На местности лавинозащитные галереи могут размещаться в долине, если трасса дороги уложена долинным ходом, и на косогорной полке, если трасса дороги уложена на косогорном ходу. Часто при расположении галереи у подножья горного склона между горным склоном и галереей образуется пазуха, которая обычно засыпается грунтом. Однако в отдельных случаях эту пазуху можно использовать для размещения здесь ударопоглощающих траншей (рисунок, а). При этом является важным, чтобы ширина пазухи lт была больше или равна ширине зоны взаимодействия лавинного потока с дном пазухи lф.

До последнего времени величину lф определить не представлялось возможным. Это сдерживало применение пазух в качестве ударопоглощающих траншей. Экспериментальные и теоретические исследования, выполненные в последние годы в НИЛ лавин Сибирского государственного университета путей сообщения, позволили оценить величину зоны взаимодействия снежного обвала с дном пазухи [1]. Согласно этим исследованиям величина lф может быть определена по соотношению [1]

где hл – высота лавинного потока, м; dф – безразмерный эмпирический коэффициент, равный 0,9; Fr – число Фруда; – угол взаимодействия снежного обвала с дном пазухи, град.

52

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

Схема размещения ударопоглощающих траншей (а) и берм (б) у противолавинных галерей:

1 – линия угла внутреннего трения грунта; 2 – грунтовая засыпка; 3 – покров снежный; 4 – поток лавинный; 5 – поверхность склона до противолавинного строительства; 6 – сооружение водоотводное

Число Фруда определяется равенством

где V – скорость лавины перед соударением с преградой, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с2; о – объем снежной лавины, м3.

Высота лавинного потока определяется отдельно для влажного и сухого снега. Высота движущегося влажного снега hлв мо-

жет быть рассчитана по формуле [1]

53

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

Высота снеголавинного потока сухого снега hлс зависит от числа Fr и может быть определена по соотношениям [1]:

где ал, вл – эмпирические коэффициенты, м; , – показатели

степени.

Параметры ал и могут быть определены по табл. 1 в зависимости от объема снежной лавины, а параметры вл и – по

табл. 2 в зависимости от скорости снежного обвала. Выбор соотношения для расчета высоты лавинного потока сухого снега будет определяться более высокой достоверностью определения скорости или объема снежной лавины.

Пазуха между галереей и горным склоном позволяет аккумулировать лавинный снег, и галерея в этом случае будет работать как лавинозадерживающая система. В этом случае в пазухе должно накапливаться как можно больше снега, исключая попадание снежных масс с подгорной стороны галереи. Это будет

54

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

возможно, если грунтовая засыпка у галереи с нагорной стороны будет иметь большие углы наклона к подножию горного склона. Величина этого угла может быть определена по зависимости [1]

где п – объем лавинного снега, аккумулированного в пазухе, м3;

rд и вд – эмпирические величины, зависящие от вида снега и числа

Fr.

Величина параметров rд и вд может быть определена по табл. 3.

Анализируя соотношение (5), можно отметить, что наибольшая аккумуляция снега в пазухе будет при = 90о. Однако такой крутой угол наклона грунтовой засыпки грунт не будет держать. Тогда можно угол немного уменьшить (до 70о…80о), используя

для сооружения грунтовой засыпки полотно геотекстиля или габионы [2]. Глубина ударопоглощающей траншеи при этом должна быть не менее высоты лавинного потока.

При взаимодействии лавинного потока с ударопоглощающей траншеей будет наблюдаться растекание движущихся снежных масс в поперечном направлении вдоль галереи. Тогда длина зоны растекания снега lр будет определять длину галереи.

Предельный линейный размер поперечного растекания (вдоль галереи) снежных отложений существенно зависит от первоначального объема движущихся снежных масс о , приведен-

ного угла взаимодействия о [1], определяемого разностью между

55

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

углом и углом наклона горного склона, а также от числа Fr. Тогда величина lр может быть определена по соотношению

где lл – характерный линейный размер движущихся снежных масс, м, lл 3 о ;ар, вр – эмпирические безразмерные величины.

Для сухого снега (tсн < –5 оС) ар = 2,9; вр = 0,16, а для влажно-

го (tсн > –5 оС) – ар = 2,6; вр = 0,16.

Для сокращения длины галереи (путем уменьшения длины растекания лавинного снега вдоль галереи) можно использовать направляющие конструкции из грунта, бетона или железобетона. Тогда снежный обвал превратится в стесненный поток лавинного снега, при котором объем аккумулированного снега в пазухе значительно уменьшится, и снежные массы будут отлагаться с долинной стороны галереи, попадая внутрь защитного сооружения и вызывая отказ в его работе. Принятие окончательного решения у проектировщиков будет зависеть от его целесообразности.

При проектировании ударопоглощающих траншей важно грамотно организовать отвод талой воды. Таяние большого объема задержанного снега будет формировать сток талой воды большого расхода. В этом случае не исключается применение нагорных канав.

По аналогичной методике проектируются ударопоглощающие бермы. В этом случае ширина зоны взаимодействия снежного обвала с ударопоглощающей бермой lф может быть определена по равенству (1). Тогда ширина ударопоглощающей бермы lб должна быть больше или равна lф (см. рисунок, б).

Ударопоглощающая берма может вырубаться в горном склоне или формироваться на грунтовой амортизирующей засыпке. В последнем случае зона взаимодействия лавинного потока с грунтовой засыпкой не должна попадать на призму обрушений последней.

У противолавинных галерей, расположенных на полке, вырубленной в горном склоне, аккумуляция снега на ее кровле нежелательна. Тогда рациональный угол наклона кровли галереи может быть определен по соотношению (5) или по равенству [1]

56

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

где ад и Кд – эмпирические безразмерные величины, зависящие от числа Fr и вида снега. Численные значения параметров ад и Кд приведены в табл. 3.

Из соотношений (5) и (7) видно, что при отсутствии аккумуляции снега на кровле галереи угол наклона кровли защитного сооружения должен быть близок по величине к углу наклона горного склона. Радикальным решением этого вопроса является использование на концах галереи направляющих конструкций из грунта, бетона, железобетона. В этом случае снежный обвал на кровле галереи будет превращаться в стесненный поток лавинного снега, при котором аккумуляция снега исключается. Не будет наблюдаться растекания лавинного снега на кровле галереи вдоль защитного сооружения.

Если угол наклона кровли галереи не оптимизировать с позиции предупреждения аккумуляции лавинного снега на кровле галереи и не использовать направляющие конструкции, то длина галереи может быть определена по формуле (6).

Приведенные рекомендации по проектированию ударопоглощающих траншей и берм позволяют проектировать противолавинную защиту горных дорог в виде галерей менее материалоемкой и капиталоемкой.

Библиографический список

1.Ядрошников В.И. Расчетные параметры лавинозащитных сооружений. Новосибирск, 1997. – 134 с.

2.Смолин Ю.П., Альтшулер З.Е., Ядрошников В.И. Применение габи-

онов в противолавинном строительстве // Труды юбилейной конференции, посвященной 50-летию РОМГГиФ. М., 2007. С. 34–38.

57

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

УДК 625.164

С.С. Шевчук, Л.В. Николаева

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОТИВОЛАВИННЫХ ЗАЩИТНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ВОСТОЧНО-СИБИРСКОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГЕ

Особенности проектирования противолавинных сооружений обусловлены орографическими, геоморфологическими и климатическими особенностями района.

Долина р. Ангаракан, на склонах которой располагается ряд лавиносборов, угрожающих трассе БАМа, имеет асимметричное строение в поперечном направлении, левый склон отличается большой крутизной, достигающей 30–40°, правый – 25°. При этом последний слабее расчленен эрозионной деятельностью.

На участке долины между устьями рек Янчукан и Ангаракан развиты деформированные кары и эрозионные врезы. Типично лавинные конусы выноса располагаются здесь вдоль всего левого склона.

Большая часть боковых гребней вдоль долины Ангаракана имеет типично гольцовый характер с относительно пологими увалистыми водоразделами, отдельными выходами скал и сравнительно небольшими превышениями – 400–600 м.

На территории бассейнов рек Ангаракан и Итыкит выделено 79 лавиносборов, большинство из которых составляют плоские склоны – 35, денудационные воронки – 27, эрозионные врезы – 9, кары и многокамерные воронки – 8. По экспозициям преобладают лавиносборы северной половины круга, на которые приходится в общем 57 лавиносборов.

Крутизна лавиносборов в бассейне р. Ангаракан в среднем невелика, их большая часть имеет средние уклоны 27–32°, хотя в тридцати пяти из них максимальные уклоны превышают 40°, в отдельных – имеются уступы и перепады продольного профиля крутизной более 60°.

Форма лавиносборов в бассейне разнообразная. На правом борту долины преобладают лавиносборы в форме треугольника и широкие, трапециевидные. На левом борту преобладают крупные грушевидные лавиносборы.

58

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

Накопление твердых осадков и процессы перекристаллизации снежной толщи, предопределяющие характер лавинопроявления, в значительной мере зависят от повторяемости различных типов погоды, одним из основных показателей которых является температура воздуха.

Большая удаленность горных сооружений в районе трассы БАМа от морей и океанов, влияние азиатского антициклона и сложная орография определяют резкую континентальность климата. Годовая амплитуда температуры достигает здесь 60–65 °С, что характерно для Восточной Сибири в целом.

Хотя рассматриваемый район и расположен в умеренных широтах, где годовая сумма радиации составляет 80–100 ккал/см2, средняя годовая температура воздуха повсеместно отрицательная (от –7 до –11,3 °С) и значительно ниже средней годовой температуры районов, расположенных на той же широте на Урале, в Западной Сибири и на Дальнем Востоке. Значительное влияние на температурный режим оказывает многолетняя мерзлота.

Характерной особенностью района являются большие колебания температуры в течение суток (даже в зимний период, когда разница между температурой дня и ночи сглаживается, амплитуда ее может достигать 25–35 °С) и быстрое повышение среднемесячной температуры весной и понижение осенью.

Период со среднемесячной температурой ниже 0 °С длится 7–9 месяцев. С декабря средняя декадная и месячная температура воздуха опускается ниже –20 °С и не поднимается выше этого значения до конца февраля. В это время почти повсеместно преобладает малооблачная погода, нередко сопровождаемая низкими радиационными туманами.

Низкая температура воздуха при недостаточной толщине снежного покрова приводит к формированию высокоградиентного поля температур в снегу, способствующего интенсивному метаморфизму, следствием которого является разрыхление снежной толщи.

В апреле начинается период с положительной температурой воздуха. Это приводит к разрушению связей в толще снега, его быстрому таянию. Теплый период длится четыре-пять месяцев.

59

Железные и автомобильные дороги в сложных условиях

В целом изменчивость температуры воздуха от года к году невелика, она может отклоняться от средних многолетних значений максимум на 10–15 %.

Анализ наблюдений, проведенных в районе Байкальского хребта, показывает, что зимы по температурному режиму заметно отличаются как друг от друга, так и от средних температур за годы наблюдений.

Наблюдения показали, что на температурный режим снежной толщи, а значит и на процессы тепло- и массопереноса в ней, влияет характер колебаний температуры как между сутками, так и внутри них.

Средние месячные междусуточные амплитуды колебаний температуры воздуха в районе Байкальского хребта достигают относительно невысоких значений, лишь иногда превышая 4– 5 °С. Междусуточная изменчивость температуры достигает максимальных значений в начале зимы, в то время как внутрисуточные колебания температуры в первой половине сезона имеют самые низкие значения, увеличивающиеся от месяца к месяцу и достигающие наибольших значений в марте. В конце зимнего сезона (апрель-май) происходит довольно резкое уменьшение как внутрисуточных, так и междусуточных амплитуд, связанное, видимо, с прохождением циклонов.

По данным снеголавинной станции, среднее количество твердых осадков в долине р. Кунерма составляло 314 мм.

Наибольшую повторяемость имеют ветры юго-восточного (27 %) и северо-западного (31 %) направлений. Средние многолетние значения скорости ветра в течение зимнего периода в данном районе лежат в пределах 0,6–1,1 м/с. Преобладанию слабых ветров с частыми штилями способствует орография – закрытая котловина и залесенность района.

В пригребневой зоне, на водоразделах и перевале метелевая деятельность проявляется более активно, о чем свидетельствует большое количество аккумулируемого здесь снега повышенной плотности. Ветровое перераспределение приводит к формированию снежных карнизов, являющихся причиной схода лавин. В долине р. Кунерма формирование карнизов происходит повсеместно, но их мощность не превышает 2,5–3,5 м.

60