[06-2010] Эксплуатация пути в условиях карстовой опасности

[Admin]

Эксплуатация пути в условиях карстовой опасности

В.В. ТОЛМАЧЕВ

В многолетних исследованиях на закарстованных участках Горьковской дороги автор статьи принимал участие, начиная с 1964 г., общался с руководителями дороги разных уровней, с линейными работниками, ответственными за безопасность движения. Вследствие карстовых деформаций на ряде направлений Горьковской дороги произошло несколько аварий, в том числе крушений поездов. Неслучайно в 1965 г. именно в Горьком по инициативе профессора Г.М. Шахунянца прошло всесоюзное научно-техническое совещание, посвященное проектированию, строительству и эксплуатации земляного полотна в карстовых районах. Оно имело большое значение для развития инженерного карстоведения в нашей стране.

В соответствии с принятыми федеральными законами («О техническом регулировании», «О безопасности зданий и сооружений» и др.) требуются оценка природных и техногенных рисков и осуществление планомерных мер по их снижению. Это непосредственно относится к железнодорожным сооружениям, расположенным на закарстованных территориях. Чтобы руководители дорог, служб и дистанций пути принимали правильные технические решения, при определении стратегии борьбы с карстом рекомендуется руководствоваться десятью основными принципами.

1. Скорость растворения карбонатных пород в инженерном масштабе времени (100 — 200 лет) чрезвычайно мала и может не учитываться на практике. Однако она может возрасти в несколько раз на участках складирования отходов и стихийных свалок, часто устраиваемых в карстовых воронках, вследствие искусственного загрязнения подземных вод, а также при значительном увеличении скорости движения трещиннокарстовых вод (например, в зоне влияния водозаборов подземных вод). Основой противокарстовой защиты в условиях хлоридного (соляного) карста должны быть мероприятия по максимально возможному ослаблению процесса растворения карстующихся солей. Скорость растворения сульфатных пород сравнительно велика (на два порядка выше, чем карбонатных), и в определенных условиях ее необходимо учитывать при прогнозировании опасности обнаруженных карстовых полостей, определении водоотведения от пути и др.

2. Остановить карстовый процесс или хотя бы существенно ослабить его на определенной территории рассматриваемого участка невозможно. Исключение составляют лишь точечные строительные объекты (например, опоры мостовых сооружений), где целесообразно локальное закрепление карстующихся пород, что оправдано как с экономической, так и природоохранной точек зрения.

3. В геологическом масштабе времени в карстующихся породах в местах повышенной трещиноватости уже сформированы системы взаимосвязанных полых пространств (полостей, каналов, расширенных трещин). Изолированные же полости, как правило, отсутствуют.

4. При определенных условиях отдельные элементы полых пространств могут проявляться на земной поверхности или в основании сооружений в виде внезапных провалов, просадок или медленных вертикальных и горизонтальных деформаций (общих оседаний). Наблюдаются также локальные оседания, по скорости деформаций занимающие промежуточное положение между провалами и общими оседаниями.

5. В порядке уменьшения опасности для железнодорожных сооружений вышеназванные поверхностные карстопроявления можно расположить следующим образом: провалы, локальные оседания, карстовые просадки, оседания. При этом следует иметь в виду, что сами по себе карстовые просадки и медленные оседания при надлежащем содержании пути не представляют серьезной опасности для движения поездов. Однако они могут служить своеобразными «природными симптомами» возможного образования провала в месте карстовой просадки или в зоне мульды оседания. При высокоскоростном же движении такого рода карстопроявления действительно опасны.

6. В геологическом масштабе времени подземные карстопроявления являются источником поверхностных карстопроявлений, в инженерном считать опасным любое подземное карстопроявление принципиально неверно. Обнаружение подземных карстопроявлений (например, карстовых полостей), определение их размеров и степени реальной опасности — сложная научно-техническая задача, которую невозможно решить без специальных исследований, лишь ликвидировав карстовые полости. Это особенно важно учитывать при карстово-суффозионных процессах, когда для образования провала или локального оседания необязательно наличие полости в непосредственной зоне расположения земляного полотна. Кроме того, следует иметь в виду, что ликвидация карстовых полостей (например, способом тампонажа, взрывов и др.) может привести к существенному и трудно прогнозируемому изменению геологической среды в местах проведения работ и активизации карстового процесса на соседних участках, что подтверждено отечественным и мировым опытом.

7. По механизму образования карстовые деформации подразделяются на три типа: карстово-обвальные, обусловленные обрушением кровли крупных карстовых полостей; карстово-суффозионные, вызванные проникновением вышележащих водонасыщенных песков в карстовые полости, каналы и трещиноватые зоны; карстово-обвально-суффозионные, являющиеся следствием двух перечисленных процессов. Во всех случаях формирование деформаций грунтов с различной степенью активности развивается в покровной толще. Именно сам факт наличия (или отсутствия) в ней тех или иных карстопроявлений определяет степень реальной карстовой опасности. На этом основании целесообразно выполнять краткосрочный (до десяти лет) или оперативный (до года) прогноз образования провалов в зоне их влияния на железнодорожный путь. Такой подход к обеспечению безопасности движения является более эффективным, прежде всего, с экономической точки зрения, нежели поиск карстовых полостей, расположенных на больших глубинах.

8. Образование провалов во времени и пространстве имеет ярко выраженную вероятностную (стохастическую) природу. Доказано, например, что распределение независимых между собой карстовых провалов во времени описывается распределением Пуассона, а распределение диаметров карстовых воронок близко к распределению Гаусса или логнормальному. Эти и некоторые другие закономерности позволяют количественно оценивать карстовую опасность и определять параметры противокарстовой защиты. Детерминистические же методы прогноза карстовой опасности следует рассматривать как некоторое приближение к «стохастической» истине. Руководители железных дорог как заказчики должны ставить перед научно-исследовательскими и проектными организациями задачу определения вероятностных характеристик карстопроявлений для оценки реальной карстовой опасности.

9. Применительно к железнодорожным сооружениям существуют по крайней мере три типа карстоопасности. Тип А обусловлен повышенной чувствительностью закарстованных территорий к загрязнению геологической среды, в том числе подземных вод продуктами «жизнедеятельности» железной дороги (нефтепродуктами, мусором и др.). Главным проводником такого загрязнения в толщу горных пород являются карстовые воронки, расположенные в полосе отвода. К сожалению, железнодорожники мало обращают внимания на данный тип карстоопасности, нарушая при этом природоохранное законодательство. Тип В связан с возможностью образования поверхностных карстовых проявлений: провалов (подтип В,)т локальных оседаний (В2), карстовосуффозионных просадок (В3), общих (постепенных) оседаний (В4). Тип С характеризуется наличием различных подземных карстопроявлений в основании мостовых сооружений с глубокими фундаментами, а также в горных породах, в которых проложены тоннели.

10. Безопасность движения поездов на карстоопасных участках можно гарантировать лишь при осуществлении комплекса следующих противокарстовых мероприятий: карстово-путейского мониторинга и при необходимости специальных карстологических изысканий; эксплуатационных; капитально-эксплуатационных; капитальных, или собственно иротивокарстовой защиты. Ни одно из них нельзя считать альтернативным, но эксплуатационные мероприятия являются необходимым условием обеспечения безопасности движения.

Изложенные принципы разработаны применительно к карстоопасным участкам Горьковской дороги. Однако их можно использовать и для других дорог, прежде всего, Свердловской и Куйбышевской.

В ОАО «Противокарстовая и береговая защита» разработаны также десять принципов тактики противокарстовых мероприятий, которыми должны руководствоваться в основном линейные работники пути, инженеры проектно-изыскательских организаций. Эти принципы касаются таких вопросов, как предпочтительный вид противокарстовых мероприятий в зависимости от конкретных условий, очередность и место осуществления их с учетом определенных карстовых рисков, неукоснительное соблюдение требований нормативных документов.

[СЦБот]

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

Перенес: Admin