Ревякин А.А. Изыскания и проектиров. ж.д. Для самостоят. раб. 2017
.pdf3.1.5 Шумовое загрязнение атмосферы
Основными источниками шума на железнодорожном транспорте являются движущиеся поезда, путевые машины и производственное оборудование предприятий. От подвижного состава железнодорожного транспорта ОПС испытывает весьма значительное шумовое воздействие, основным источником которого является контакт проходящего подвижного состава с рельсами. Уровень шумового загрязнения возрастает при движении поездов по мостам с безбалластной проезжей частью. Источником шума в движущемся поезде является также локомотив. Общий шум дизельного двигателя тепловоза на расстоянии 0,5 м от его корпуса и аэродинамический шум выхлопа на расстоянии 1 м от выхлопного патрубка достигает 120 дБ.
Интенсивное движение поездов вблизи линии жилой застройки в черте городов и поселков заметно ухудшает акустический климат населенных пунктов и жилых помещений.
Наиболее значительный акустический дискомфорт возникает в районе сортировочных станций. На таких станциях источниками преобладающего шума являются цехи реостатных испытаний тепловозов и сортировочные горки. Временами создается исключительно тяжелый акустический климат, связанный с неблагоприятным сочетанием поездного и станционного шума.
Источниками интенсивного шума являются также вагонные и локомотивные депо, локомотиво- и вагоноремонтные заводы, заводы ЖБК, щебеночные заводы, ремонтные мастерские, рельсосварочные поезда.
Борьба с шумом осуществляется как в источнике его возникновения, так и по пути его распространения.
Опыт эксплуатации показывает, что существуют большие возможности снижения уровня шума на железных дорогах за счет рационального проектирования устройств и оборудования. Так, например, применение на мостах железобетонных пролетных строений с ездой на балласте позволяет значительно снизить уровень шума по сравнению с металлическими мостовыми пролетными строениями с безбалластной проезжей частью. Дополнительный шум возникает при прохождении поездом кривых малых радиусов. Поэтому при проектировании плана трассы железных дорог следует избегать кривых радиусом менее 400 м.
3.1.6 Негативное воздействие на флору и фауну
Вырубка леса, механическое повреждение растительного покрова, эрозия почв, уменьшение площадей пастбищ и другие факторы обусловливают изменение мест обитания животных. В связи с этим в 1996 г. Правительством РФ было принято Постановление «Требования по предотвращению гибели объектов животного мира при осуществлении производственных процессов, а также при эксплуатации транспортных магистралей, трубопроводов, линий связи и электропередач», согласно которому при размещении предприятий и других транспортных объектов должны учитываться требования по охране биоценозов.
31
Законодательно охрана флоры и фауны в нашей стране регулируется законами «Об охране и использовании животного мира» и «Об охране окружающей природной среды».
Строительство и эксплуатация железных дорог связаны со значительным изменением среды обитания животного мира. Железнодорожные магистрали, пересекая пути миграции животных, приводят к нарушению условий обитания животных и создают опасность наезда на них. В связи с этим запрещается прокладка трасс с пересечением небольших лесов в средней их части или через заповедники. Оптимальным вариантом является прокладка трассы вдоль опушки леса или по его окраине. Такое решение не только позволит избежать пересечения путей миграции животных, но и приведет к сокращению площади вырубаемого лесного массива, к уменьшению загрязнения крон деревьев и травянистой растительности и к снижению величины вибрации почвы, что также является фактором беспокойства лесной фауны.
Для предотвращения попадания животных на железнодорожное полотно устраивают ограждения вдоль трассы железной дороги, а в опасных местах – дополнительную световую или звуковую сигнализацию. В местах частого появлении животных вдоль дорог устанавливают знаки, предупреждающие машиниста об их возможном появлении.
Сетчатые заборы высотой 2–2,5 м предохраняют железнодорожный путь от внезапного появления на нем крупных животных, эту же цель преследует и посадка в несколько рядов колючих кустарников, создающих живые изгороди. Однако зеленые насаждения должны быть размещены на некотором расстоянии от дороги, чтобы отдалить места обитания птиц от транспортного потока.
Для обеспечения непрерывности путей миграции животных устраивают специальные переходы (экодуки) или проходы в теле земляного полотна (скотопрогоны), которыми пользуются копытные, а также мелкие животные. Такие устройства требуют определенной высоты насыпи, что необходимо учитывать при проектировании продольного профиля. Безопасную миграцию животных может обеспечить также сооружение более пологих, чем требуется по техническим нормативам, откосов насыпи земляного полотна. При крутизне откосов 1:10 животные способны свободно преодолевать препятствие в виде земляного полотна. Этот метод нашел широкое применение при строительстве дорог в ряде скандинавских стран, а также был использован для обеспечения безопасной миграции стад диких и одомашненных оленей при строительстве железных дорог на Ямале.
Проведенные в Германии исследования показали, что около 80 % всех передвижений животных происходит в темное время суток, поэтому для обеспечения их безопасности следует рассмотреть возможность перерыва в движении поездов в ночное время.
Большая масса птиц и насекомых погибает от столкновения с движущимися поездами, особенно на скоростных железных дорогах. Для отпугивания их от железной дороги на ограждении следует устанавливать источники ультра- и инфразвука.
32
Вырубка леса и последующее возобновление травяной и кустарниковой растительности вызывают изменения в популяции животных на территориях, примыкающих к железнодорожному полотну. Среди мелких млекопитающих может произойти смена доминирующих лесных видов полевок и насекомоядных на виды животных, обычно обитающих на опушках и в лугоболотных ландшафтах.
Создание железной дороги, как правило, способствует расселению и закреплению на таких территориях вредных видов грызунов – серой крысы и домовой мыши, а из птиц – врановых.
Наибольшее воздействие на места концентрации и миграционных путей животных в результате строительства и эксплуатации железной дороги будет наблюдаться при пересечении ею пойменных и околорусловых ландшафтов рек, ручьев, озер и болот. Эти элементы ландшафта служат наиболее типичными местами обитания ценных в промысловом отношении околоводных видов пушных зверей.
Пойменные угодья обычно характеризуются как важные места обитания
иконцентрации различных видов млекопитающих, а также птиц околоводного комплекса. Обилие мелких млекопитающих приводит к концентрации в этих ландшафтах различных хищников.
При прокладке трассы железной дорога, а также при возведении гидротехнических сооружений не удается полностью избежать техногенного влияния на природную среду, в результате чего нарушаются водные экосистемы, и наносится ущерб биологическим ресурсам и, в том числе, популяциям рыб.
Строительные работы в русле и пойме рек сопровождаются повышением количества взвешенных веществ в воде, которые поступают в водотоки как в результате смыва с участков прибрежных территорий, подверженных процессам эрозии, так и непосредственно вследствие механического воздействия на ложе водоемов. В итоге уменьшается прозрачность воды, ухудшаются процессы фотосинтеза.
Под влиянием повышения концентраций органических и неорганических веществ и роста содержания взвешенных веществ изменяются гидрологические
игидрохимические параметры водотоков, снижается резистентность и погибают организмы зоопланктона и бентоса, нарушается структура их первичных сообществ, заиливаются нерестовые субстраты и нагульные угодья рыб, блокируются их естественные миграционные пути.
При пересечении железной дорогой рек сооружения мостового перехода должны быть удалены от рыбных нерестилищ и зимовальных ям на расстояние не менее минимально допустимого, хотя иногда это приводит к значительному удлинению трассы дороги. Так, например, при строительстве железной дороги Карпогоры – Вендинга перенос места расположения мостового перехода для удаления его от нерестилища привел к удлинению трассы на 3 км.
При пересечении трассой водотоков с промысловой рыбой для сохранения путей миграции рыбы на нерестилище необходимо рассматривать варианты мостовых переходов с несколькими отверстиями.
33
Пруды и озера, встречающиеся на трассе дороги, необходимо сохранять, при этом трассу следует совмещать с существующей капитальной плотиной либо пересекать зеркало водного объекта эстакадой. При пересечении железной дорогой водотока или суходола выше пруда или водохранилища в проекте водопропускного сооружения предусматривают меры против заиливания пруда.
Временный ущерб рыбным запасам наносит собственно строительство мостов через водотоки. Снижается рыбопродуктивность в результате временной утраты кормовых угодий для аборигенных видов рыб. При этом если планктонные ценозы восстанавливаются обычно на следующий год после прекращения работ, то донные ценозы восстанавливаются медленно (например, срок восстановления зообентоса в условиях Севера составляет в среднем 5 лет).
Из-за попадания нефтепродуктов в водоемы в них образуются пленка и осадок, что вызывает снижение содержания кислорода в воде. Это приводит к нарушению развития, а зачастую – их гибели рыб.
Слив сточных вод в водоемы нередко влечет за собой гибель рыб от отравления химическими элементами или от удушья из-за снижения содержания кислорода в воде.
Изменение солености водоема из-за повышенного содержания солей в сточных водах приводит к нарушению процесса размножения рыб и водных организмов, служащих рыбам пищей.
Запрещается проведение гидромеханизированных работ на водотоках вблизи нерестилищ, так как повышенная мутность воды в нерестовый период приводит к уничтожению икры. Замутнение воды вызывает также уничтожение флоры водоема, служащей кормовой базой рыб.
Среди ресурсов растительного мира наибольшую ценность имеют леса, охрана и насаждение которых препятствуют эрозии почв. Лес смягчает климат, делает его более влажным, обуславливает более частую облачность и большее количество осадков.
Наиболее ценными в экологическом отношении являются хвойные и широколиственные породы, поскольку они обладают высокой кислородообразующей способностью. Менее ценны мелколиственные породы, такие как береза, осина. Условия их произрастания, как правило, вторичны (гари, вырубки).
Всоответствии с экономическим, экологическим и социальным значением лесного фонда, его местоположением и выполняемыми им функциями лесной фонд разделяют по группам. Выделяют леса первой, второй и третьей групп. В свою очередь леса первой группы разграничивают по категориям защитности.
Влесах различных групп могут быть особо выделены защитные участки с ограниченным режимом лесопользования (берего- и почвозащитные участки леса вдоль берегов водных объектов, склонов оврагов и балок, опушек лесов на границах с безлесными территориями, места обитания и распространения редких и находящихся под угрозой исчезновения диких животных, растений и др.).
Взависимости от группы лесов и категории защитности лесов первой группы устанавливают порядок ведения лесного хозяйства в них, использования лесного фонда, а также порядок изъятия участков лесного фонда.
34
Кпервой группе относятся леса, основным назначением которых является выполнение водоохранных, защитных, санитарно-гигиенических, оздоровительных, иных функций, а также леса особоохраняемых природных территорий.
Квторой группе относят леса в регионах с высокой плотностью населения и развитой сетью наземных транспортных путей, а также выполняющие водоохранные, защитные, санитарно-гигиенические, оздоровительные и иные функции, имеющие ограниченное эксплуатационное значение, и леса в регионах с недостаточными лесными ресурсами, для сохранения которых требуется ограничение режима лесопользования.
Ктретьей группе относятся леса многолесных регионов, имеющие преимущественно эксплуатационное значение.
Сооружение железной дороги через лесные массивы требует вырубки просеки для размещения земляного полотна совместно с комплексом необходимых сооружений. Проектные решения здесь должны приводить к максимальному снижению площадей вырубаемых лесов.
Для строительства железных дорог ширину вырубки просеки назначают минимальной с учетом норм отвода земель.
При проведении работ по электрификации железных дорог опоры высоковольтных линий продольного энергоснабжения с целью уменьшения ширины полосы отвода земель и сокращения объема вырубки просек устанавливают, а кабели связи прокладывают в теле земляного полотна.
Расположенная на землях железнодорожного транспорта древеснокустарниковая растительность предназначена для защиты железных дорог от неблагоприятных природных явлений; она предотвращает загрязнение окружающей среды и снижает шумовое воздействие от проходящих поездов.
3.1.7 Изменение гидрологического режима прилегающих территорий
Это явление обусловлено устройством насыпей и выемок, а также разработкой карьеров и резервов, необходимых для строительства железных дорог. Их влияние распространяется на расстоянии от десятков до сотен метров от места производства работ.
Устройство выемки оказывает существенное осушающее действие, ухудшая условия произрастания растений. В этих ситуациях наиболее уязвимой породой деревьев является бук. Сосна хорошо переносит подобные изменения, а, например, дуб относится к промежуточной категории. Нарушение увлажнения грунта приводит к поражению 80 % леса в зоне действия выемки и 30 % леса – в зоне действия насыпей. Способность растительности к воспроизводству на расстоянии 7–25 м от места производства работ уменьшается в 2 раза.
При проектировании продольного профиля железных дорог отдают предпочтение насыпям небольшой высоты, поскольку их влияние на режим протекания грунтовых вод меньше, чем выемок. Величина понижения уровня грунтовых вод в выемках зависит от их глубины, в связи с чем проектировщику
35
следует избегать устройства глубоких выемок, приводящих к опустыниванию прилегающих территорий.
Повышение уровня грунтовых вод перед насыпями может повлечь за собой заболачивание прилегающих территорий. В случае возникновения такой опасности рассматривают вариант замены насыпей эстакадами, что позволит сохранить существующий режим протекания грунтовых вод.
Насыпи служат препятствием для стока поверхностных вод, вследствие чего большое значение для сохранения гидрологического режима прилегающих территорий имеет правильный выбор местоположения и размеров малых водопропускных сооружений.
3.2 Экологическое сопровождение инвестиционно-строительных проектов
3.2.1 Общие положения
На всех этапах разработки инвестиционно-строительных проектов, как предпроектном (разработка декларации о намерениях и разработка обоснований инвестиций в строительство), так и проектном (стадии проект (ТЭО) и рабочая документация), необходимо их экологическое сопровождение. Данное требование актуально как для проектов строительства новых и реконструкции эксплуатируемых железных дорог, так и для проектов строительства, реконструкции и ликвидации любых объектов железнодорожного транспорта.
Экологическое сопровождение инвестиционно-строительных проектов – это система процедур, направленных на обеспечение экологической безопасности в районе строительства проектируемого объекта, на охрану ОПС и здоровья человека от вредных воздействий работающего предприятия. Для его выполнения регламентируют проектную деятельность на всех этапах инвестиционностроительного проекта (выбор местоположения объекта, определение его мощности, подбор технологических процессов, строительных решений, эксплуатационных режимов и др.).
Экологическое сопровождение состоит из экологического обоснования проекта и экологического мониторинга ОПС при его реализации.
Экологическое обоснование должно обеспечить экологическую безопасность проектируемого объекта на всех этапах от формирования инвестиционного замысла до разработки проектной документации. Для этого составляют прогнозы воздействия объекта на окружающую среду, проводят оценку экологического и социального ущерба при строительстве и эксплуатации объекта и разрабатывают необходимые природоохранные мероприятия.
На различных этапах инвестиционного проекта разрабатывают требования к составу и детальности экологического обоснования. По мере перехода от одного этапа к другому степень детализации возрастает.
Экологический мониторинг проводят с целью обеспечения экологической безопасности объекта при реализации инвестиционно-строительного проекта (строительство, эксплуатация, реконструкция, ликвидация).
36
Для решения этих задач необходимо иметь данные о фоновом загрязнении ОПС по материалам инженерно-экологических изысканий, проводимых параллельно с разработкой проектной документации.
3.2.2 Природно-экологическая оценка района размещения объекта
Ее проводят на предпроектном этапе (стадии). Цели этого этапа: определение экологического риска намечаемой деятельности в предполагаемом районе расположения объекта; оценка возможных последствий для окружающей среды при нескольких вариантах размещения предприятий, зданий и сооружений и различных технологических процессах. Результаты природноэкологической оценки района размещения используются при рассмотрении ходатайства для получения исходных данных, технических условий, требований о размещении объекта строительства.
На этом этапе экологического обоснования решают следующие задачи:
–составление общей характеристики современных природных условий, экологической, социальной и санитарно-эпидемиологической обстановки территории;
–подготовка общей характеристики загрязняющих веществ, образующихся в процессе производства на проектируемом объекте;
–оценка вероятности возникновения на объекте аварийных ситуаций;
–выявление необходимости декларирования безопасности объекта в связи с повышенной опасностью его деятельности;
–оценка возможных способов утилизации отходов производства.
37
4 ЛАЗЕРНОЕ СКАНИРОВАНИЕ
Что нужно сделать для построения точной трехмерной модели? Сначала провести измерения и получить координаты всех объектов (пространственные x, y, z), а затем уже представить их в графическом виде. Именно измерения координат объекта, иначе говоря, съемка, составляет наиболее трудоемкую, затратную часть всей работы. Как правило, геодезисты, или другие специалисты, проводящие измерения, используют современное оборудование, в первую очередь электронные тахеометры, позволяющие получать координаты точек с точностью нескольких миллиметров.
Принцип работы тахеометра основан на отражении узконаправленного лазерного пучка от отражающей цели и измерении расстояния до нее. Отражателем в общем случае служит специальная призма, закрепленная на поверхности объекта. Измерение двух углов (вертикального и горизонтального) дает возможность вычислить трехмерные пространственные координаты точки отражения. Скорость измерения тахеометра невысока (не более 2 измерений/секунду). Такой метод эффективен при съемке разряженной, незагруженной объектами площади. Но сложность, с которой приходится сталкиваться при креплении призм (на большой высоте, в труднодоступном месте), зачастую бывает непреодолимой. Появление безотражательных тахеометров, имеющих возможность работать без специальных отражателей, произвело «бархатную» революцию в геодезии. Теперь можно проводить измерения без долгих и утомительных поисков лестниц для подъема отражателя под крышу дома, подставок для установки призмы над полом в помещении с высокими потолками и пр. Достаточно просто навестись на необходимую точку и все.
Существуют безотражательные тахеометры, который ведет съемку автоматически, без участия оператора со скоростью 2 тысячи измерений в секунду.
Название этого процесса – лазерное сканирование. Метод, позволяющий создать цифровую модель всего окружающего пространства, представив его набором точек с пространственными координатами. Основное отличие от традиционных тахеометров – гораздо большая скорость измерений, сервопривод, автоматически поворачивающий измерительную головку в обеих (горизонтальной и вертикальной) плоскостях и самое главное – скорость (2000 измерений в секунду – в среднем полный рабочий день измерений обычным тахеометром) и плотность (до десятков точек на 1 кв. см. поверхности)! Полученная после измерений модель объекта представляет собой гигантский набор точек (от сотен тысяч до нескольких миллионов), имеющих координаты с точностью в несколько миллиметров. Не нужно больше смотреть в окуляр тахеометра, выискивая цель, не нужно нажимать кнопку для запуска дальномера и записи полученных данных в память и, наконец, не нужно бесконечно переставлять прибор для поиска наиболее выгодной для съемки позиции. Теперь это можно делать с одной точки, без участия оператора и в десятки раз быстрее, сохранив при этом необходимую точность.
Разумеется, лазерное сканирование не позволяет решать все проблемы. Законы физики, теория электромагнитного излучения не позволяет нам делать
38
измерения сквозь стены, трубы, любой непрозрачный объект, вынуждая производить несколько сканов с разных точек для получения полной и цельной картины, но, несмотря на эти обстоятельства, сканирование, тем не менее – гораздо более быстрый, а главное в сотни раз более информативный метод получения данных об объекте.
Рис. 4.1 Лазерный сканер
Принцип работы сканера тот же, что и простого тахеометра – измерение расстояния до объекта и двух углов, что в конечном итоге дает возможность вычислить координаты. Пучок лазера исходит из излучателя, отражается от поверхности объекта и возвращается в приёмник. Вращающаяся призма, распределяет пучок по вертикали с заранее заданным шагом (например, 0.1 ). Таким образом, в отдельном взятом вертикальном скане будут измерены все точки с дискретностью 0.1 . Затем сервопривод поворачивает блок измерительной головки на угол, равный шагу измерения (при той же дискретности 0.1 полный оборот сканера состоит из 3600 отдельных вертикальных плоскостей). Таким образом, полная цифровая картина пространства будет представлена в виде набора 5 040 000 точек. Пять миллионов точек за 30 минут! Более полную цифровую картину не может представить никакой другой из известных способов.
Как правило, весь процесс съемки полностью автоматизирован. Данные измерений в реальном времени записываются на внешний или внутренний носитель.
Схематично любой сканер можно разделить на несколько основных бло-
ков:
1 Измерительная головка. Как правило, в ней расположены лазерный излучатель и приемник.
2 Вращающаяся призма. Обеспечивает распределение пучка в вертикальной плоскости.
3 Сервопривод горизонтального круга. Обеспечивает вращение измерительной головки в горизонтальной плоскости
4 Компьютер (внешний, внутренний). Предназначен для управления съемкой и записи данных на носитель
39
После того, как произведены измерения, начинается процесс обработки. Изначально, «сырые измерения» представляют собой набор («облако») точек, которые необходимо представить в виде чертежей, схем в CAD формате. Разумеется, никакое программное обеспечение не может сегодня успешно решить проблему распознавания образов не в автоматическом, не в полуавтоматическом режиме с той степенью достоверности, которая нужна пользователю. Поэтому, весь процесс обработки требует участия человека и без кропотливого ручного труда в ближайшем будущем не обойтись.
Сама обработка состоит из нескольких основных этапов: 1 «Сшивка» сканов
Как правило, во время съемки объекта, проводится несколько сканов для полного покрытия поверхности. Для создания единого скана необходимо произвести объединение («сшивку»). В качестве основного метода используется метод совмещения сканов по опорным точкам, которые отображаются на соседних сканах. В качестве таких точек могут быть использованы специальные призмы, светоотражающие пластины или наклейки, имеющие более высокий коэффициент отражения и потому вполне однозначно определяемые.
2 Трансформирование координат Для точного представления нашего будущего чертежа или схемы необхо-
димо задание определенной единой системы координат. Начало системы координат каждого отдельного скана, производимого с определенной точки, находится в центре измерительной головки сканера и разумеется, при каждом изменении его положения, оно меняет свое положение в пространственной системе координат. Для связи координат объекта, полученных из разных сканов, необходимо выбрать единую систему координат, определить в ней центр сканирования для каждого случая (например, с помощью электронного тахеометра) и трансформировать все полученные координаты в единую систему.
3 Создание поверхностей Представление «облаков» точек математически описываемыми поверхно-
стями. Как правило, математический аппарат прикладного программного обеспечения позволяет создавать простейшие (плоскость, сфера, цилиндр и пр.) математические поверхности, либо аппроксимировать поверхность триангуляционным методом (TIN-поверхность). Созданные подобным образом поверхности вполне представимы в стандартном формате .dxf и соответственно, могут быть экспортированы в любые CAD приложения. Если сканирование сопровождается цифровой видеоили фотосъемкой, то на этапе обработки можно совместить сканированное изображение объекта с его видео изображением, придав скану реальные цвета и текстуру.
Как и многие технические новшества и технологии, недавно вышедшие из лабораторий ученых, лазерное сканирование находится только в начале пути освоения разнообразных приложений. Но уже сейчас можно перечислить несколько технологических сфер, где сканеры применяются все более активно:
1) съемка промышленных объектов (заводы, НПЗ, сложное производ-
ство);
2) съемка мостов;
40