Лекция. Трассирование в районах распространения многолетнемерзлых грунтов

 

Климатические особенности областей распространения многолетнемерзлых грунтов (вечной мерзлоты), а также строительные свойства грунтов и процессы, происходящие в них при промерзании и оттаивании, создают специфические условия для строительства и эксплуатации железных дорог [116]. Эти условия должны учитываться как при трассировании, так и при проектировании от­дельных сооружений и устройств дороги (см. приложение 14).

Трассирование в районах распространения таких грунтов на любой стадии изысканий основывается на широкой инженерно-геологической съемке и на инженерно-геологической разведке отдельных участков. Изыскания должны обеспечить:

выбор наиболее благоприятного в мерзлотно-грунтовом отношении место­положения трассы и отдельных сооружений, а также возможность осуществле­ния мероприятий, направленных на обеспечение устойчивости сооружений;

назначение конструктивных элементов земляного полотна;

определение несущей способности грунтов основания, выбор типа фунда­ментов и назначение глубины их заложения;

учет возможных изменений мерзлотно-грунтовых условий во время возведе­ния железнодорожных сооружений и последующей эксплуатации линии (повы­шение или понижение поверхности многолетнемерзлых грунтов, изменения не­сущей способности грунтов при переходе в талое состояние, изменение режима подземных вод и т. д.).

Объем сведений по стадиям изысканий, а также методика их сбора при­ведены в приложении к техническим указаниям.

Для правильной и полной оценки топографических, мерзлотно-грун­товых и гидрогеологических условий в районах распространения многолетне­мерзлых грунтов изыскания следует проводить как в летнее, так и в зимнее время.

В зимний период обследуют наледные явления, процессы пучения, условия снегозаносимости, источники водоснабжения и переходы рек (бурение со льда), мари и участки с переувлажненным деятельным слоем, осуществляя проходку разведочных выработок методами промораживания грунта и т. п.

После выбора основного направления железнодорожной линии в районе ее трассы желательно наметить места расположения специальных мерзлотно-метеорологических и снегозащитных станций, размещая их, как правило, вблизи площадок участковых станций и в местах, характерных по мерзлотно-грунтовым и климатическим условиям для всей линии или для значительного ее протяжения.

Работа станций должна быть организована в период изысканий для проект­ного задания и рабочего проектирования и продолжаться при эксплуатации линии.

Выбор направления и укладка трассы. При выборе направления линии в районах распространения многолетнемерзлых грунтов по имеющимся картографическим материалам в первую очередь намечаются места переходов больших рек, водоразделов и расположение крупных депов­ских станций, затем рассматриваются возможные принципиальные варианты трассы: водораздельные, долинные или смешанные.

На принятом направлении обследуются участки возможного залегания подземных льдов и намечаются варианты их обхода.

Приемы трассирования в условиях многолетней мерзлоты должны учиты­вать характер залегания последней, а именно:

в областях островного распространения, когда отдельные гнезда многолетнемерзлых грунтов являются следствием ее деграда­ции и сохраняются на дне глубоких долин, на заторфованных участках и тер­расах, трасса должна укладываться по возможности вне заторфованных мест, исходя из общих топографических и инженерно-геологических данных

в областях многолетнемерзлых грунтов с нали­чием острово в-т а л и к о в, располагающихся обычно по течениям непромерзающих рек, у выходов глубинных ключей и по склонам, обращенным на юг, наиболее благоприятными для трассирования являются надпойменные и первые террасы, если они сложены песками и галечниками, а также склоны юж­ной экспозиции, если они не поражены наледями и оползнями.

Для оценки влияния наледей и оползней на выбор варианта трассы необ­ходимы подробные гидрогеологические обследования, позволяющие судить о способах и стоимости каптажа грунтовых вод, вызывающих их появление. Должна быть учтена также вероятность повышения температуры грунтов после обжитая района, расширение пространств, занятых таликами, и понижение верхней поверхности вечной мерзлоты;

в областях сплошного залегания многолетне-мерзлых грунтов (вечной мерзлоты), когда массивы последней разде­лены лишь узкими таликовыми щелями, совпадающими с течением крупных рек, данные изысканий должны обосновать выбор склона долины при спуске с перевала, проложение трассы по долинам вольным ходом, трассирование по водоразделу и сравнительную оценку водораздельных и долинных ходов.

При укладке трассы учитываются следующие условия и признаки: лито-логические, мерзлотные, морфологические и гидрогеологические, стратиграфи­ческие и тектонические, ориентация склонов и растительный покров.

При оценке литологических условий отдают предпочтение даже за счет некоторого удлинения линии участкам с наличием песчаных, галечниковых, щебенистых грунтов или скальных пород, покрытых малым слоем рыхлых отложений; можно считать приемлемыми супеси и легкие непылеватые суглин­ки. Необходимо избегать укладки трассы по пылеватым грунтам (>50% пыле-ватых частиц), а также по илистым наносным образованиям, которые часто ха­рактеризуются голубоватым и зеленоватым цветом и запахом сероводорода при оттаивании. В тех случаях, когда благоприятные (песчаные, галечниковые, ще­бенистые) грунты прикрыты пылеватыми суглинками или торфяно-моховым слоем, должна быть рассмотрена возможность и стоимость снятия последних в отвал для заложения резервов и карьеров в нижележащих слоях.

Мерзлотные и гидрогеологические условия на участках, сложенных рыхлы­ми породами, характеризуются наледями и разнообразными буграми пуче­ния. Участков, где наледи и бугры пучения вызваны глубинными (межмерзлот­ными и подмерзлотными) водами, следует избегать, так как выходы вод часто мигрируют и каптаж их затруднен.

Отдельно расположенные наледи и бугры, образованные надмерзлотными водами, не должны служить поводом к изменению направления трассы железной дороги, но если они встречаются в виде скоплений и трасса проходит через них или в непосредственной близости от них, то такой вариант следует отклонить. Отрицательным показателем является наличие линз чистого льда и вообще вы­сокая льдонасыщенность толщи многолетнемерзлых грунтов, глубокое залега­ние верхней поверхности которой более благоприятно для земляного полотна, чем мелкое.

При трассировании по участкам, сложенным скальными породами, решаю­щим являются характер "и степень выветривания, определяющие крутизну и устойчивость откосов выемок, так как физико-механические свойства скальных пород практически не зависят от температуры. Однако необходимо учитывать, что для районов сурового климата типично глубокое и неравномерное выветри­вание, причем некоторые породы, будучи разрушенными, производят впечатле­ние крепких. Кроме того, после изменения температурного режима в связи с постройкой дороги цементирующий породу лед может растаять и устойчи­вость массива нарушится.

Растительный покров служит хорошим показателем для оценки местности: низкие температуры грунта и наличие мерзлоты угнетают растительность, ство­лы деревьев становятся невысокими, сбежистыми и свилеватыми; в районах многолетней мерзлоты преимущественное распространение имеет лиственница.

Ель приурочивается к прогреваемым речникам и зонам выходов источников. Сосна, как правило, встречается на хорошо дренированных элювиальных и де­лювиальных слоях и преимущественно на хорошо прогреваемых склонах, обра­щенных на юг. Участки соснового леса среди массивов лиственницы выде­ляются темными пятнами на аэроснимках и в большинстве случаев служат признаками хорошего прогревания грунтов, сравнительно глубокого зале­гания верхней границы мерзлоты, преобладания крупнозернистых фракций, низкого уровня грунтовых вод и вообще благоприятных условий строитель­ства. Признаками такого же порядка служит отсутствие кустарниковых зарослей.

Выбор склона долины при спуске с перевала должен производиться с учетом особенностей, связанных с их экспозицией.

Склоны южной экспозиции характеризуются меньшим развитием наледных явлений и бугрообразования и относительно большей сухостью по сравнению со склонами северной ориентации. Они более пригодны для сельского хозяй­ства, огородничества и для создания пристанционных поселков.

К недостаткам склонов южной экспозиции относятся: большая крутизна, относительно большое развитие оползневых явлений, большая расчлененность рельефа и более интенсивный ливневой сток. Кубатура земляных работ обычно здесь больше, чем на северных склонах. Мощные глубинные ключи выходят на дневную поверхность также преимущественно на склонах, обращен­ных на юг.

Грунты склонов северной экспозиции содержат значительно больше ледя­ного цемента как в рыхлых, так и в скальных породах, пронизанных жилами льда, сохраняющегося под покровом мха. Однако нарушение естественного ре­жима природы проведением железной дороги оказывается на склонах, обращен­ных на север, в более стремительных и бурных формах, чем на склонах южной экспозиции.

Учитывая изложенное, можно сделать следующие выводы:

влияние экспозиции уже отражено природой на литологических, мерзлот­ных и гидрогеологических свойствах каждого склона, поэтому изучение и учет этих свойств в проектных решениях и при сравнении вариантов являются зада­чей изысканий и проектирования;

при равенстве строительных и эксплуатационных факторов следует пред­почесть вариант, проходящий по склонам южной экспозиции;

при первоначальных прикидках, когда техническая и естественно-истори­ческая характеристики долины еще не выявлены, рекомендуется принимать склон, обращенный на юг, как более желательный;

безусловные и крупные преимущества приобретает также южная экспо­зиция при выборе мест расположения деповских и участковых станций с боль­шим населением.

Трассирование по широким долинам сводится к вы­бору варианта наиболее выгодного по совокупности топографических и грунто-во-мерзлотных факторов. Наиболее оптимальным решением, как 1 правило, является укладка трассы по второй и третьей террасам, так как надпойменная (первая терраса) и пойма часто содержат чередующиеся образования подзем­ных льдов и наносов с большим содержанием пылеватых частиц и перере­заются староречьями, заполненными на большую глубину илистыми, пылева-тыми и торфянистыми грунтами, обычно замаскированными с поверхности марями. Линию следует располагать вблизи бровки, обращенной к реке, где грунты обычно дренированы и верхняя поверхность вечной мерзлоты залегает сравнительно глубоко.

Пойменные варианты могут быть удовлетворительными, когда мари под­стилаются гравием или галечником при отсутствии староречий и когда много-летнемерзлые грунты не носят следов деградации и имеют температуру порядка —1,5 —2° или ниже, т. е. позволяют рассчитывать на сохранение их под полот­ном и сооружениями железной дороги. Особенно внимательно мерзлотные об­следования необходимо проводить на участках расположения раздельныхпунктов, так как при обжитии здесь могут начаться наледные и бугрообра-зовательные процессы.

При трассировании следует избегать нижней части делювиальных шлейфов, когда последние сложены из пылеватых грунтов с большим количеством гумуса, а также не укладывать линию в непосредственной близости от подошвы склонов, опасных в отношении снегозаносимости и наледеобразования, относя ее от по­дошвы косогора на расстояние до 50—60 м в зависимости от местных условий. Приближение трассы к подошве склона, в особенности коренного, может быть допущено только после его внимательного изучения (желательно путем зим­него обследования).

Нельзя допускать укладку трассы по участкам залегания подземных льдов, за исключением случаев, когда будет доказана невозможность или нецелесо­образность переноса ее по технико-экономическим соображениям на другое место, где подземные льды отсутствуют, и когда в проекте предусмотрены меро­приятия, обеспечивающие защиту подземных льдов от протаивания, устойчи­вость сооружений и безопасность эксплуатации железной дороги.

Надо учитывать, что переходы рек на плёсах в мерзлотном отношении пред­почтительнее, чем на перекатах.

При трассировании по марям необходимо считаться с их типом. По торфянисто-моховой мари укладка трассы допустима при мощности насыпного грунта (включая просевшую часть насыпи) не менее 1,5 м, высоте насыпи — не менее 1 м и соотношении между мощностью насыпного грунта и высотой слоя уплотненного талого торфа в основании насыпи не менее 2:1.

На марях травяной кочки укладка трассы допустима при условии достаточ­ной высоты насыпи (1,5—2 м) и осушении межкочковых пространств. Отсыпка земляного полотна желательна из крупнозернистых грунтов.

Могильниковые мари требуют тщательного водоотвода из межбугровых впадин и отсыпки полотна дренирющими грунтами. Минимальная высота на­сыпей около 2 м.

Травяно-моховыемари, развитые на склонах, сложенных рыхлыми образо­ваниями, часто связаны с развитием оползневых явлений, поэтому укладка трассы по ним нежелательна. При невозможности избежать травяно-моховую марь необходимо предусмотреть ее глубокую просушку.

На марях и торфяниках рекомендуется избегать выторфовывания, заменяя его соответствующим увеличением высоты насыпи.

Напряженный спуск по склонам и продольно-водораздельные хода. При трассировании напряженных пусков необходимо пользоваться указаниями, изложенными выше. Кроме того, сле­дует избегать так называемых структурных террас, образованных подвижками делювия, и максимально вписываться в рельеф местности, чтобы меньше нару­шать существующий режим подземных вод.

При обследовании водораздельных вариантов рекомендуется учитывать, что узкие водоразделы со сравнительно крутыми склонами, обычно сложенные песчаными разностями, вполне пригодны для проведения железной дороги. Обширные и плоские водоразделы, как правило, характерны пестротой в лито-логическом и геоморфологическом отношении и в большинстве случаев неблаго­приятны для укладки трассы.

В процессе изысканий в таких районах следует:

искать грунты, обладающие возможно меньшей пылеватостью, имея в виду, что на отдельных участках плоских водоразделов содержание пылеватых частиц достигает 95%;

использовать план линии для обхода мест распространения бугров и термо­карста;

выяснить возможность сохранения мерзлоты под полотном железной доро­ги и отдельными сооружениями.

Независимо от характера варианта трассу следует, как правило, уклады­вать насыпями. Особенно выемки следует избегать в грунтах с повышенной влажностью, пылеватых и с большим содержанием льда, а также на снегозано-симых участках и в местах развития наледей, не следует прорезать выемками шлейфы делювия, а также илистые породы.

При неизбежности проектирования выемок необходимо:

в рыхлых грунтах сочетать план и профиль линии так, чтобы подошва вые­мок не попадала в толщу многолетней мерзлоты;

в случае близости скальных грунтов укладывать трассу так, чтобы полотно располагалось на коренной породе (а не в делювии).

Учитывая, что районы распространения вечной мерзлоты, как правило, являются снегозаносимыми и изобилуют продуктами выветривания горных пород, при трассировании и проектировании железных дорог следует внима­тельно относиться к требованиям, изложенным в п. 12 настоящей главы, а так­же рассмотреть целесообразность проектирования тоннелей в местах наличия действующих осыпей и россыпей.

Выбор мест для раздельных пунктов. Площадки раз­дельных пунктов по возможности следует размещать на сухих или поддающихся осушению участках, сложенных песчаными и галечниковыми грунтами, и на склонах южной экспозиции, обеспечивающих как устойчивость станционных сооружений, так и благоприятные условия быта работников дороги. Участковые станции с деповским хозяйством желательно располагать вблизи перехода трас­сой крупных рек.

При невозможности обеспечить указанные условия на всей станционной территории лучшие участки в ее пределах должны быть отведены под локомо­тивное и вагонное хозяйство, электростанции, водонапорные башни и др., в соответствии с чем должна разрабатываться схема станции.

Станционный поселок может располагаться в пределах 1—1,5 км от край­них станционных путей с устройством автодороги, обеспечивающей круглого­дичную связь со станцией. Такое расположение поселка должно быть обосно­вано в проекте.

Методы проведения изысканий. На изысканиях для выбо­ра направления и основных технических параметров линии следует широко применять аэрофотосъемку с инженерно-геологическим и мерзлотно-грунто-вым дешифрированием аэроснимков. Для подробного дешифрирования расти­тельности, мерзлотных форм и микрорельефа обычную плановую аэрофотосъем­ку желательно дополнять спектрозональной.

На изысканиях для проектного задания и рабочих чертежей особенно важ­ное значение приобретают детальные инженерно-геологические и мерзлотно-грунтовые обследования с бурением, шурфованием и лабораторными исследова­ниями грунтов согласно ВСН 61-61, приложения 1 и 2 [116].

При закреплении трассы необходимо учитывать процессы, протекающие в деятельном слое. Конструкция постоянных грунтовых реперов, а также выбор мест их закладки приведены в ВСН 61-61, приложение 3. Кроме специальных реперов, в качестве последних могут служить также обычные чугунные марки, закладываемые на скалах, цоколях каменных зданий, устоях мостов и т. д. При этом необходимо удостовериться, что осадка этих зданий и сооружений уже закончилась и они являются надежным основанием для репера.

В местах расположения специальных мерзлотно-метеорологических стан­ций должно устанавливаться не менее трех взаимоконтролируемых постоян­ных реперов.