Защита пути от камнепадов на участке ВСЖД Тайшет-Нижнеудинск перегон камышет-УК 4637 КМ

4 Защита железнодорожного  пути от камнепадов

 

Безопасность  эксплуатации железнодорожных путей  зависти от множества факторов. В частности при укреплении откосов железных дорог требуется защита инфраструктуры от камнепадов [31].

В границах Восточно–Сибирской железной дороги имеется 175 скально-обвальных участков общей протяженностью 84,5 км [28]. Одним из таких участков является участок Нижнеудинской дистанции пути перегона Камышет – Ук. Скально-обвальный участок имеет протяженность 290 м с 4637км ПК7 по 4637км ПК9+90.

 

4.1 Общие сведения об обвалах, камнепадах, осыпях

 

Среди многообразных  форм движения земляных масс (горных пород) можно различать два основных вида: медленное перемещение без опрокидывания массивов породы — сползание, скольжение и т. п. — в виде оползней, сплывов, осовов (оползневые явления) и быстрое смещение с опрокидыванием массивов породы — обрушение, падение с крутых склонов, скатывание в виде обвалов, камнепадов, осыпей (обвальные явления). Характерной особенностью обвалов и камнепадов является их внезапность.

Существуют  и промежуточные, переходные формы  — оползни-обвалы или обвалы-оползни, когда перемещения горной породы, имеющие вначале оползневой характер, заканчиваются обвалом или же, наоборот, движение горной породы, начавшееся обвалом, постепенно переходит в скольжение и оползень.

Известны также  и некоторые виды медленного поступательного перемещения скоплений каменных обломков и скальных глыб перекатыванием и скольжением, как, например, движение курумов и россыпей.

Обвалы происходят преимущественно с крутых естественных склонов или искусственных откосов, сложенных различными горными породами. Различают обвалы скальные, или каменные, земляные и смешанные.

Обвалам подвержены крутые горные склоны и береговые склоны морей, озер, рек и т. п. В соответствии с этим обвалы нередко подразделяют на горные и береговые.

На многих горных участках железных дорог горнообвальные явления представляют собой наиболее распространенный вид физико-геологических процессов, угрожающих безопасности и непрерывности движения поездов.

Известные из опыта  эксплуатации железнодорожного пути горно-обвальные  явления могут быть подразделены по физическим признакам на определенные виды:

- крупные скальные  обвалы объемом в несколько сот или тысяч кубометров горных пород, вызывающие наиболее тяжелые последствия на железных дорогах - значительные разрушения пути, длительные перерывы в движении поездов;

- малые скальные  или каменные обвалы общим объемом породы до 150-200 м³ (в виде сравнительно небольшого количества скальных обломков разной величины и формы). Известны случаи крушения поездов, вызванные малыми скальными обвалами.

Крупные и малые  скальные обвалы могут происходить с нагорных склонов (крутых косогоров, скальных гребней, карнизов и т. п.) или с откосов скальных выемок, которыми подрезаны горные породы, слагающие склоны гор;

- камнепады  - падение и скатывание одиночных  скальных обломков или камней  со склонов гор и откосов выемок;

- осыпи со  склонов гор и откосов выемок, сложенных интенсивно выветривающимися горными породами.

Перечисленные виды скально-обвальных явлений  характерны для скальных пород всех типов.

Причины, вызывающие горно-обвальные явления можно  подразделить на естественноисторические, или пассивные, которые создают лишь благоприятные условия для возникновения обвалов, и активные, непосредственно вызывающие обвалы.

К пассивным  причинам относят особенности геологического строения и рельефа района.

Причины обвалов, зависящие от особенностей геологического строения горных массивов, могут быть связаны с литологическим строением (наличием горных пород, которые вследствие своего минералогического состава, структуры, петрографических особенностей легко подвергаются разрушению — выветриванию), со стратиграфическим строением (чередование пластов разной прочности и сопротивляемости выветриванию и суффозии), с результатами тектонической деятельности (наличие сбросовых поверхностей, плоскостей, отдельностей, складок, крутых углов падения пластов, особенно в сторону пути).

К особенностям рельефа местности, способствующим обвалам, относятся наличие горных массивов с крутыми склонами и значительной разностью отметок отдельных точек поверхности, а также наличие крутых обрывов, гребней, нависаний скал.

К активным причинам относят:

- деятельность атмосферных агентов (мороз, ветер, осадки и т. п.), вызывающих выветривание и разрушение горных пород;

- деятельность  подземных вод - увлажнение по плоскостям напластования и трещинам в горных породах, понижающее силы трения сцепления, суффозия, гидродинамическое давление и др.;

-деятельность  поверхностных вод - увлажнение горных пород, размывы, подмывы и тому подобные явления, нарушающие устойчивость склонов; сейсмические толчки;

- деятельность  человека - подрезка склонов при разработке выемок, нарушение структуры горных пород при производстве взрывных работ, сотрясения от движения поездов, недостатки текущего содержания земляного полотна (например, неудовлетворительное состояние водоотводных сооружений) и др.

Из всех видов  горных обвалов наибольшую угрозу безопасности движения поездов представляют скальные, или каменные, обвалы в связи с внезапностью и быстротой обрушения, исключительной трудностью своевременного определения их места, характера и размеров.

Наиболее частыми  на железных дорогах являются малые скальные, или каменные, обвалы и падения одиночных крупных камней на железнодорожный путь - камнепады. Как показывает статистика горных обвалов, подавляющее число случаев нарушения графика движения поездов, аварий и разрушений служебных зданий вызывалось именно такими обвальными явлениями.

Борьба с  каменными обвалами и камнепадами  сложна, так как требует тщательной систематической проверки устойчивости горных пород и очистки от неустойчивых элементов громадных поверхностей скальных обнажений, расположенных часто на очень больших высотах, в труднодоступных для осмотра местах.

На участках, где преобладают процессы преимущественно физического выветривания, разрушающие породы до мелкой дресвы или щебня, образуются осыпи. Осыпающаяся масса мелких обломков скапливается в виде шлейфа или конуса у полотна железной дороги с нагорной стороны. Особенно обильные осыпи наблюдаются у откосов, сложенных глинистыми сланцами, мергелями, тонкослоистыми песчаниками и другими осадочными и обломочными породами, легко поддающимися выветриванию.

Осыпи обычно не создают мгновенных завалов пути и поэтому не представляют собой опасности, но требуют систематического наблюдения и периодической уборки во избежание значительного накопления осыпавшейся массы на полках с нагорной стороны полотна железной дороги и засорения водоотводных и искусственных сооружений [17].

 

4.2 Общие сведения  о методах борьбы с камнепадами

 

Борьба со скально-обвальными явлениями на железных дорогах при эксплуатации осуществляется путем периодической оборки откосов скальных выемок от неустойчивых в обвальном отношении обломков скального грунта и уборки осыпей и продуктов обвалов в зоне пути. На наиболее опасных участках железных дорог для защиты от скально-обвальных явлений используются различные сооружения: улавливающие в виде стен, траншей, полок и валов; поддерживающие и укрепительные стены из железобетона и бетона, стены из габионов, противообвальные галереи. В последнее время для защиты от камнепадов и осыпей на железных дорогах нашло применение улавливающих покровных покрытий и барьеров (заборов) из металлических сеток. Достоинствами данных конструкций в сравнении с традиционными конструкциями из камня и бетона является их малый вес, относительная простота и короткие сроки сооружения, а также более низкая стоимость.

Защитные системы  на скально-обвальных участках принято  разделять на две группы:

а) пассивные  защитные системы;

б) активные защитные системы.

К пассивным  защитным системам относят системы, позволяющие защитить железнодорожный путь от попадания на него скальных обломков посредством их перехвата, сопровождения по траектории падения, сбора и содержания в специально устроенных местах. Пассивные защитные системы подразумевают предотвращение отрыва обломков от скального массива.

К активным защитным системам относят системы, позволяющие  защитить железнодорожный путь от попадания  на него скальных обломков посредством полного предотвращения возможности обрушения скальных массивов вблизи них, то есть создание ситуации, когда отрыв отдельных скальных обломков невозможен.

В отличие от пассивных защитных систем активные защитные системы подразумевают  полное предотвращение отрыва обломков от скального массива. Они могут  представлять собой комбинацию покровных  сеток со стяжными тросами, плетеными панелями и анкерами.

Целью применения активных систем защиты является стабилизация и контроль устойчивости поверхности  склона, подверженной процессам обрушения. Работы по глубинной стабилизации массивов в первую очередь направлены на консолидацию блоков значительных размеров.

Общая классификация  защит от скально-обвальных явлений  приведена на рисунке 4.1.

 

Рисунок 4.1 –  Общая классификация защит от скально-обвальных явлений

 

При проектировании конструкций для защиты земляного полотна на скально-обвальных участках должны выполняться нормы СНиП 22-02-2003 [2], СТН Ц-01-95 [5], а также требования Инструкции по содержанию земляного полотна железнодорожного пути ЦП-544 [6] и других ведомственных нормативных документов (технических указаний и условий), относящиеся к усилению земляного полотна [22].

 

4.3 Популярные методы борьбы со скально-обвальными явлениями

 

В последнее  время, для защиты железнодорожного пути от скально-обвальных явлений, все чаще применяются разнообразные металлические сетчатые конструкции. Так, при мелкоглыбовой раздробленности скального откоса и близком залегании к поверхности прочной скалы используют короткие анкеры с металлической сеткой, определенным образом «пришивающие» ее к поверхности откоса.

Барьерные сетчатые ограждения могут выполнять функции снегозадерживающих сооружений и должны выдерживать нагрузки от масс скользящего снега и небольших лавин. Очень часто на одном объекте организуют защиту и от скальных обломков, и от осыпей, и от сходов снежных лавин. Эти конструкции быстро монтируются, стоимость их меньше традиционных подпорных стен и галерей, а главное, они позволяют обеспечивать безопасность движения поездов.

Технологии  защиты участков с помощью таких  конструкций широко распространены во всем мире, в России же их только начинают внедрять. На сегодняшний день еще не достаточно изучены условия достижения предельных состояний их работы. Ощущается также нехватка нормативной литературы по проектированию, строительству и эксплуатации подобных сооружений [33].

В настоящее  время на сети железных дорог России участков, подверженных скально-обвальным явлениям, числится общим протяжением около 500 км. Эти явления распространены на многих железных дорогах: Северо-Кавказской, Куйбышевской, Горьковской, Свердловской, Южно-Уральской, Красноярской, Восточно-Сибирской, Забайкальской, Дальневосточной ж.д.

Сетчатые конструкции  в России для защиты железнодорожного пути от скально-обвальных явлений  в экспериментальном порядке  были апробированы на ряде железных дорог: Северо-Кавказской, Куйбышевской, Горьковской, Красноярской, Забайкальской, Дальневосточной и др., где была показана их эффективность [22].

 

4.4 Анализ паспорта неустойчивого или деформирующегося земляного полотна на 4637 км Нижнеудинской дистанции пути

 

Деформация  пути выражается в скальных обвалах  из откосов и поверхностных сплывов с откосов и бровок выемки в пределах не защищенной подпорной стенкой. Подпорная стенка из бытового камня, сооруженная с момента строительства дороги, расположена со стороны II пути, длина ее около 60 м. Скальные обвалы и сплывы начали появляться с момента постройки дороги и приурочиваются главным образом к летнему периоду. Как правило сплывы и обвалы небольших размеров 3-4 м³ и как исключение до 60 м³.  Обвалы и сплывы происходили в 1932, 1938 годах, с четной и нечетной сторон, вследствие чего перегон закрывался до 2,5 часов. С 1938 года крупных обвалов и сплывов не наблюдалось. Причина деформации откосов выемки – большая трещиноватость и раздробленность скального массива в результате физического выветривания. Известняковые песчаники, слагающие откосы выемок, чрезвычайно неустойчивые, под воздействием атмосферных осадков быстро разрушаются. В результате, поверхность откосов выемки неровная, наблюдаются промоины, отдельно торчащие выступы.

Анализ паспорта неустойчивого  или деформирующегося земляного  полотна показал, что ежегодно с момента строительства железнодорожной линии наблюдаются осыпи и нависание отдельных камней на откосах выемки. Текущее содержание данного участка предусматривает очистку заработанных кюветов вручную силами бригады по текущему содержанию земляного полотна и при помощи путевых машин СЗП-600, ЗУМ и др., кроме того, проводилась зачистка откосов выемки от отдельно нависших камней. Чаще всего разрушение откоса и осыпи происходили после процессов снеготаяния или ливневых дождей.