[11-2010] Земляное полотно новой линии под высокоскоростное движение

[Admin]

Земляное полотно новой линии под высокоскоростное движение

К.В. ГОРБУНОВ

К земляному полотну главных путей новой высокоскоростной магистрали (ВСМ) Москва— Санкт-Петербург с шириной колеи 1520 мм (максимальная скорость до 400 км/ч) предъявляются повышенные требования в соответствии со Специальными техническими условиями для проектирования, строительства и эксплуатации высокоскоростной пассажирской железнодорожной магистрали «Москва— Санкт-Петербург».

Ширина двухпутного земляного полотна новой линии на прямых участках пути планируется 13,3 м при ширине междупутья 4,8 м, что в принципе достаточно близко к характеристикам поперечных профилей земляного полотна европейских ВСМ. Однако в нормах проектирования новой магистрали принята минимальная ширина основной площадки для пути на балласте. Исключение составляет Германия, где ширина земляного полотна под два пути на балласте (скорость движения до 300 км/ч) также составляет 13,3 м, но при меньшей ширине колеи.

Для сооружения земляного полотна ВСМ не применяют грунты, состояние и свойства которых существенно изменяются под воздействием природно-климатических факторов. Если же такие грунты используют для отсыпки насыпей или сохраняют в основании земляного полотна, их качество улучшают с помощью дополнительных мероприятий с учетом срока эксплуатации ВСМ. Для стабилизации насыпных грунтов служат цемент или известь, снижающие практически до нуля осадку.

При необходимости создания индивидуальных, ранее не применявшихся в аналогичных условиях конструкций, отсыпают экспериментальные насыпи для разработки методов диагностики и исследования их пригодности на ВСМ.

Земляное полотно, в том числе защитные слои, а также технология их сооружения должны быть такими, чтобы исключались его остаточные осадки в после-построечный период и обеспечивалась его устойчивость против изменений природно-климатических условий.

Максимальное воздействие от поездов приходится на верхнюю зону земляного полотна. Поэтому наиболее жесткие требования предъявляются к конструкции и грунтам именно этой зоны, для чего создают защитный слой со строго заданными прочностными и деформационными характеристиками и качественно уплотняют грунты.

Земляное полотно ВСМ в основном выполняют из дренирующих грунтов. На отдельных сухих участках летом возможна отсыпка насыпей глинистыми грунтами твердой и полутвердой консистенций из близлежащих выемок. В этом случае должна быть подтверждена невозможность ухудшения свойств насыпных грунтов при строительстве и эксплуатации (от техногенных и природно-климатических воздействий).

Крутизну откосов земляного полотна принимают на основании расчетов на местную и общую устойчивость. Земляное полотно проектируют с учетом природно-климатических факторов при статической нагрузке на ось моторного вагона высокоскоростного поезда 17 тс, максимальной динамической нагрузке от колеса на рельс 16 тс, статической нагрузке на ось специального (технологического) поезда 23 тс при максимальной скорости 120 км/ч.

При проектировании определяют осадку грунтов основания и время их консолидации. По осадке грунтов основания и насыпи, а также времени консолидации устанавливают период строительства, при котором произойдет полная осадка слабых и недостаточно прочных грунтов под насыпью. Если проектная организация приходит к выводу, что во время строительства невозможно обеспечить завершение процесса консолидации насыпных грунтов и грунтов основания, то конструкцию земляного полотна изменяют таким образом, чтобы к моменту укладки пути произошла полная стабилизация земляного полотна (например, устраивают свайноростверковое основание с гибким ростверком, вырезают слабый грунт и др.).

При выборе способа укрепления основания земляного полотна учитывают следующее: экономичность; экологическую безопасность при проведении работ и последующей эксплуатации; продолжительность операций; затраты на техническое обслуживание; долговечность укреплений и опасности, которые могут возникнуть в случае их разрушения.

Широко применяются геосинтетические и полимерные материалы для армирования грунтов земляного полотна, разделения разных видов грунтов, укрепления откосов и защиты их от эрозии, горизонтальное и вертикальное дренирование грунтов, виброзащита, гидроизоляция и др.

На участках со слабыми грунтами (текучие и текучепластичные глинистые и суглинистые, торф, текучие супеси) осуществляется вырезка слабого основания при мощности до 2,0 м, а при необходимости и соответствующем технико-экономическом обосновании — до 4,0 м.

В конструкции насыпей, сооружаемых с сохранением в основании слабых грунтов, применяют грунтовые или железобетонные сваи, геосинтетические материалы, вертикальное дренирование и др. Для укрепления слабых оснований используют также щебеночные сваи-дрены.

Перед проектированием рассматривают все возможные варианты сооружения земляного полотна на слабых грунтах при их мощности более 4,0 м с безусловным обеспечением общей устойчивости и безосадочности в соответствии с требованиями нормативных документов для ВСМ. Из всех рассмотренных вариантов земляного полотна в качестве основного принимают тот, который является наиболее технологичным, предсказуемым и контролируемым, что подтверждается состоянием ранее сооруженных объектов на существующих железнодорожных линиях на северо-западе Российской Федерации в аналогичных или даже еще более сложных инженерно-геологических и гидрологических условиях.

Таким образом, земляное полотно ВСМ на участках с болотами и слабыми глинистыми грунтами мощностью более 4,0 м сооружают на свайно-ростверковом основании из забивных или вдавливаемых железобетонных свай с железобетонными наголовниками. Гибкий ростверк выполняют с использованием высокопрочного геотекстиля или георешеток необходимой прочности. В противном случае сооружают эстакаду. Выбор земляного полотна на свайноростверковом основании или на эстакаде осуществляют на основе технико-экономического обоснования.

Конструкцию выемок принимают в зависимости от их глубины, видов и свойств грунтов, климатических условий района прохождения трассы ВСМ.

Устойчивость насыпей на слабом и недостаточно прочном основании обеспечивают отсыпкой берм, укладкой геосинтетических материалов и вырезкой слабых грунтов, уположением откосов. Размеры берм, марку, тип и количество слоев геосинтетических материалов, глубину вырезки слабых грунтов, крутизну откосов насыпей и берм определяют расчетами.

Прочность геосинтетических материалов в проектной документации устанавливают в зависимости от коэффициентов, учитывающих следующее:

ползучесть, обусловленную временем;

издержки при производстве; экстраполяцию характеристик при испытаниях;

возможные механические повреждения при транспортировке и укладке;

химические, биологические, бактериологические воздействия, а также влияние ультрафиолетовых лучей.

Отдельные поперечные профили насыпей для ВСМ представлены на рис. 1 и 2.

После подготовки проектной и рабочей документации и принятия соответствующих нормативных и методических документов выполняют инженерные изыскания, исследования моделей и определяют реальное вибродинамическое воздействие на грунты земляного полотна и основания от подвижного состава. Затем осуществляют окончательные расчеты, позволяющие принять или уточнить отдельные проектные решения.

Земляное полотно возводят послойно. Осадки основания насыпей в послепостроечный период не допускаются, что учитывают еще при проектировании. Разрабатываемая технология сооружения насыпей, безусловно, должна обеспечивать отсутствие остаточных осадок собственно тела насыпей в эксплуатационный период. В технологии учитывают такой темп строительства, чтобы при послойном возведении (и уплотнении) земляного полотна даже на прочном основании работы на участке отсыпаемой насыпи приостановить для самоуплотнения грунтов.

На каждом этапе строительства необходимо проверять осадку и ее скорость. При наблюдениях за осадками надо учитывать как осадку основания, так и тела насыпи.

Для оперативного контроля качества уплотнения защитных слоев или послойного уплотнения сооружаемого земляного полотна возможно применение установки ZFG-2000 или ее аналогов. Для окончательной качественной оценки конструкции земляного полотна и определения реальных модулей деформации выполняют штамповые испытания в соответствии с ГОСТ 20276-2002, ВСН 46-83, DIN 18 134-300 с целью определения деформативных характеристик.

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Путь и путевое хозяйство".

Перенес: Admin