[08-2022] Системный подход к диагностике и эксплуатации скально-обвальных участков
 

Системный подход к диагностике и эксплуатации скально-обвальных участков

КРИВОНОСЕНКО Ю.В., ОАО «Российские железные дороги», Читинский центр диагностики и мониторинга устройств инфраструктуры, начальник инженерно-геологической базы

Географическое расположение Забайкальского края, его геоморфологические особенности в совокупности с воздействием резко континентального климата обусловливают особенные условия эксплуатации железной дороги. Сложные инженерно-геологические условия, наличие и активное воздействие эндогенных и экзогенных процессов сопровождаются повышенным риском функционирования железнодорожной инфраструктуры.
Главной составляющей дефектности земляного полотна в регионе являются скально-обвальные участки, которые расположены на коренных склонах и в большинстве случаев простираются вдоль левобережной части долин рек Хилок, Ингода, Шилка и др. По количеству и протяженности скально-обвальных участков Забайкальская дорога занимает первое место на сети. Железнодорожные объекты, земляное полотно на насыпи, сооруженной у основания крутых скальных склонов, находятся в местах прижима к скальному массиву (рис. 1).

Откосы выемок, полувыемок представляют собой коренные выходы скальных пород от подошвы до самой бровки. Пологие участки склонов и нагорные части вдоль бровки заросли луговой и кустарниковой растительностью. Древесная растительность в основном распространена вдоль русел сезонных водотоков в понижениях и падях (распадках).
Интенсивность склоновых процессов, их типы и закономерности распространения определяются рядом факторов, в основном характером рельефа (высотой, крутизной склонов). Осложняют условия эксплуатации железнодорожного полотна также сейсмическая активность, активность экзогенных процессов обнаженной части склона, вызванная аномальным количеством осадков в периоды обильных ливней и снеготаяния, сезонное промерзание грунтов. Массовому проявлению обвалов и осыпей благоприятствуют прежде всего сильная выветрелость горных пород, обилие тектонических трещин и динамическое воздействие подвижного состава. Согласно сейсмическому районированию территории Российской Федерации по СП 14.13330.2011 и картам общего сейсмического районирования ОСР-97 почти все Забайкалье, кроме юго-восточной части, отнесено к 6—9-балльной зоне при 10, 5, 1-процентной вероятности сейсмической опасности, что свидетельствует о возможности возникновения внезапных деформаций в виде обвалов и осыпей горных пород.


Эксплуатационная длина пути Забайкальской дороги составляет 3320,720 км. На сегодняшний день на 16 дистанциях пути имеются 475 скально-обвальных участков. Их суммарная протяженность самая большая по сети — 148,303 км, что составляет 4,47 % всей протяженности дороги; общая площадь скально-обвальных участков — 2415815,7 м2 (около 2,4 млн м2).
По степени опасности скально-обвальные участки подразделяются на особо опасные (21 участок протяженностью 10,642 км) — 4,4 %, опасные (425 участков протяженностью 134,233 км) — 89,5 %, неопасные (29 участков протяженностью 3,428 км) — 6,1 %.
Общая площадь скально-обвальных участков составляет 2415815,7 м2 (около 2,4 млн м2).
Для предотвращения внезапных деформаций и обеспечения безопасности движения поездов на скально-обвальных участках эксплуатируются 53 противодеформационных сооружения протяженностью 15,905 км: восемь улавливающих стен (1572 м); три противообвальные галереи (529 м); 37 металлических сетчатых покрытий (13277 м); четыре подпорные стены (467 м); одна одевающая стена (60 м).
В то же время безопасность и эксплуатационная надежность объектов пути в настоящее время обеспечиваются на 10,72 % общей протяженности скально-обвальных участков, где устроены противообвальные сооружения (улавливающие стены, противообвальные галереи, металлические сетчатые покрытия, подпорные стены, одевающие стены). На оставшихся 89,28 % такой защиты нет, и сохраняется риск возникновения внезапных деформаций в виде обвалов, вывалов, осыпей, сползаний откосов выемок и полувыемок, а значит, угроза безопасности движения поездов.
Статистика внезапных деформаций приведена на рис. 2.

Главной задачей инженерно-геологической базы во время обследования скальных откосов являются определение степени опасности, границ обвальных участков, мест расположения неустойчивых обвальных областей и разработка мероприятий по обеспечению безопасного пропуска поездов.
По результатам осмотров в 2021 г. назначено 1579 мероприятий текущего и капитального характера для обеспечения безопасного пропуска поездов. При этом составляется схема обвального участка с указанием высотных отметок, границ обвальных мест и степени их опасности, осыпей, карнизов, неустойчивых мест с обозначением объема оборки (рис. 3).
Одним из нововведений является ежемесячный видеоконтроль скально-обвальных участков в теплый период года с использованием мобильных средств диагностики для выявления вновь образовавшихся осыпей (рис. 4).
По результатам проведенного в 2021 г. контроля составлено семь актов с мероприятиями по обеспечению безопасного пропуска поездов. Всего на полигоне дороги выявлено 68 вновь образовавшихся осыпей. На дистанцию инженерных сооружений службой пути выданы оперативные приказы на устранение выявленных нарушений.
Текущее содержание скально-обвальных участков проводится силами дистанции инженерных сооружений (рис. 5). На обвальных участках в штате дистанции инженерных сооружений предусмотрены специализированные бригады оббор-щиков скальных откосов (верхолазов, занятых удалением неустойчивых обломков скального грунта).
В связи с большой протяженностью (148,303 км) и большим количеством скально-обвальных участков (475 шт.) на Забайкальской дороге с 2018 г. к выполнению работ привлекаются подрядные организации (рис. 6). В период с 2018 по 2021 г. на 52 участках выполнена обборка откосов скальных выемок.
Также подрядными организациями на скально-обвальных откосах выполняется монтаж противодеформационных защитных сооружений (рис. 7).


Однако профилактических обрушений неустойчивых скальных обломков силами дистанции инженерных сооружений недостаточно. Для обеспечения безопасности движения поездов на скально-обвальных участках разрабатываются и реализуются полноценные проекты, гарантирующие как качественный (улавливающие и удерживающие покрытия скального откоса), так и временной параметр безопасности (обборка скального откоса силами подрядных организаций). На таких участках работы ведутся в рамках титула реконструкции земляного полотна «Модернизация железнодорожной инфраструктуры Байкало-Амурской и Транссибирской железнодорожных магистралей с развитием пропускных и провозных способностей».
Наиболее эффективно и успешно зарекомендовали себя улавливающие и удерживающие покрытия, выполненные из сеток двойного кручения или кольчужных сеток. Силами подрядных организаций реализованы проекты по реконструкции земляного полотна на 37 скально-обвальных участках протяженностью 13,277 км.
Основными проблемами являются отсутствие качественного первичного надзора за скально-обвальными участками и ненадлежащий уровень текущего содержания земляного полотна, который обусловлен следующими факторами:
штатное расписание дистанции инженерных сооружений не соответствует объемам проводимых работ. Надзор за состоянием земляного полотна на скально-обвальных участках или осмотры проводят без привлечения бригад обборщиков (ежемесячные осмотры территории площадью 2,4 млн м2 должны выполнять 66 работников дистанции);
низкая техническая оснащенность производственных участков (кувалды, ломы, лопаты, кирки, веревки, петарды, сигнальные принадлежности, специальное снаряжение об-борщиков, страховочные системы, средства связи);
руководители работ по принудительному спуску скального грунта не проходят курсов повышения квалификации;
технологических «окон» для проведения работ выделяется недостаточно;
капитальные работы по очистке, устройству дополнительных нагорных канав на таких участках не проводятся.
Повысить эффективность диагностики скально-обвальных участков можно за счет использования инновационных технологий — беспилотных летательных аппаратов с лазерными сканерами, что позволит своевременно выявлять подвижки горных масс и отдельных камней, а также предупреждать угрозы возникновения внезапных деформаций. Необходимо программное обеспечение для обработки данных лазерных сканеров и проведения геотехнических расчетов, расчетов устойчивости скально-обвальных участков (например, GEO-5 и т. п.).

Для поднятия уровня текущего содержания необходимо принять следующие меры:

• увеличить штат обборщиков (верхолазов), регулярно повышать квалификацию руководителей работ;
• повысить техническую оснащенность, используя дополнительное оборудование и инструменты (гидроклин, перфоратор, отбойные молотки, бензогенератор, веревки, анкера, клинья, металлические тросы);
• при неэффективности технических средств и методик применять буровзрывной метод ликвидации опасных объектов;
• выделять потребное количество технологических «окон» (дневных) для проведения работ;
• разработать и рассмотреть в Центральной дирекции инфраструктуры целевую программу ремонта водоотводных сооружений;
• максимально использовать машины СЗП, МКТ, АСГ для очистки кюветов на скально-обвальных участках.

Повышая качество текущего содержания земляного полотна и сооружений, можно добиться снижения уровня факторов риска и значительно уменьшить капитальные вложения в их ремонт или реконструкцию.

Увеличение количества объектов реконструкции земляного полотна на скально-обвальных участках, включенных в инвестиционные программы, существенно повысит безопасность движения поездов, значительно снизит, а со временем и исключит риск возникновения внезапных деформаций в виде обвалов или осыпей.