Газета «Гудок», № 163 – 16 сентября 2014 г.
Как рост объемов перевозок отразится на мерзлоте в основании земполотна.
Прошло уже более 40 лет с момента начала строительства БАМа и более 30 лет со времени сдачи в эксплуатацию последних километров пути. Тем не менее проблемы, связанные с земляным полотном, не уменьшаются, а лишь сменяются одни другими. В Дальневосточном государственном университете путей сообщения занимаются этими вопросами с 1961 года. Десятилетия наблюдений позволили реализовать десятки индивидуальных проектов по участкам со сложными мерзлотными (криогенными) деформациями. Об этом наше интервью с руководителем научно-исследовательской лаборатории «Основания и фундаменты», доктором технических наук Светланой Ждановой.
Прошло уже более 40 лет с момента начала строительства БАМа и более 30 лет со времени сдачи в эксплуатацию последних километров пути. Тем не менее проблемы, связанные с земляным полотном, не уменьшаются, а лишь сменяются одни другими. В Дальневосточном государственном университете путей сообщения занимаются этими вопросами с 1961 года. Десятилетия наблюдений позволили реализовать десятки индивидуальных проектов по участкам со сложными мерзлотными (криогенными) деформациями. Об этом наше интервью с руководителем научно-исследовательской лаборатории «Основания и фундаменты», доктором технических наук Светланой Ждановой.
– Светлана Михайловна, как ведет себя мерзлота на различных участках Байкало-Амурской магистрали?
– Большая протяженность трассы БАМа обусловливает большое разнообразие географических условий. Согласно физико-географическому районированию Николая Гвоздецкого, только восточный участок проходит в 13 различных зонах, то есть различных природных условиях. Это способствует возникновению большого количества разных физико-геологических явлений, вызывающих такое же количество деформаций.
Южная зона вечной мерзлоты, где расположен БАМ, – это зона повышенной активности деформации. Вечномерзлые грунты здесь имеют в основном сплошное распространение: от Хани до Герби и Джамку – островная мерзлота, а от Джамку и далее – зона глубокого сезонного промерзания, до станции Горин – с перелетками. Даже в одинаковых условиях мерзлота может меняться не через километр, а через полметра.
– С течением времени мерзлота изменяется?
– Из-за высокой теплопроводности грунтов земполотна сразу после строительства оно становится мощным растепляющим источником для мерзлоты, кроме того, оно является препятствием или барьерным участком, ограничивающим поверхностный или грунтовый сток. Интенсивные процессы деградации мерзлоты происходят из-за нарушения водно-теплового режима в системе «земляное полотно – основание».
В первые же годы срабатывает реакция природной среды на деформации. Где-то до 25 %, где-то до 40 % на всем протяжении дистанции. Со временем интенсивность деформации уменьшается. В основании насыпи начинает образовываться непромерзающая в годовом цикле талая зона, которая является заживляющим фактором природно-техногенной среды, несмотря на то что мы говорим, вода – враг земполотна. В настоящее время практически по всему БАМу в основании земляного полотна мерзлота деградировала. Однако она продолжает существовать почти в том же режиме, при тех же температурах в полосе отвода, а чаша протаивания в основании является своего рода аккумулятором проблем, связанных с мерзлотными процессами.
– Как это проявляется?
– Надмерзлотные воды остались и имеют право на существование. А куда им деваться? Естественно, в протаявшую зону, которая под земляным полотном не промерзает в течение зимнего периода, но, опять же, на ее пути возникают преграды: водоотводы, подошвы откоса. Грунтовый поток под напором из-за уменьшения живого сечения выливается или перед сооружением, или образуется наледный лед в грунтах основания земполотна. А иногда мелкодисперсные частицы грунтов вымываются из слабого основания земполотна. Могут образовываться гидролокалиты. Это такие наледные бугры в теле земляного полотна, но я только четыре раза сталкивалась с таким опасным явлением.
– Как с этим бороться?
– Природа сама себя заживляет, иначе на земле все бы разрушилось. Нам нужно этим природным силам способствовать. Хаотичный необоснованный подход без установления причинно-следственных связей может нарушить принцип «не навреди», это противоречит законам природы и законам диалектики.
– Спустя 40 лет инженеры, строившие БАМ, видят нарушение этих принципов?
– Наиболее деформативными являются участки пересечения с лагами, в которых не запроектированы искусственные сооружения. На подходах к искусственным сооружениям, а таких набирается не менее тысячи на восточном участке Байкало-Амурской магистрали, где в свое время экономили и отводили русло, вода вернулась, и, вероятно, она имеет на это право, она хозяйка.
Соорудив земполотно, мы создали барьер для природной среды. Прошло 40 лет, и вода, которая стоит перед земполотном, сама указывает нам: здесь вовремя не поставили искусственное сооружение, необходимо поспособствовать, выпустить воду. Но все не так плохо, плохие были бы мы специалисты, если бы не умели решать эти задачи.
– Возможно ли их решать в согласии с природой?
– Это довольно несложно, если способствовать естественным процессам. Решения нами уже были опробованы. Например, на 25-м км АК «Железные дороги Якутии» успешно введена конструкция контрбанкета переменного сечения. Это просто конструкция дву¬стороннего контрбанкета по форме для армирования и одновременно перепуска воды из пониженных мест к искусственным сооружениям.
Есть еще немало запатентованных конструктивно-технологических решений. Несмотря на большой перечень деформирующихся мест, различных видов противодеформационных конструкций потребуется не так много. Это пока не те проблемы, которые могут возрасти в результате роста грузонапряженности.
– Как увеличение грузопотока сказывается на состоянии мерзлоты?
– Мы проводили исследования на БАМе и Транссибе, которые доказывают повышение деформативности земляного полотна с увеличением вибрационного воздействия. Причем деформации имеют остаточный характер и продолжаются не один сезон. Что интересно, при пониженной скорости и увеличении длины состава интенсивность осадка также возрастает из-за нарушения температурно-влажностного режима в системе «земполотно – основание».
С оптимизмом можно сказать, что мы уже сегодня можем отслеживать причины деформации с помощью автоматизированных систем мониторинга. В настоящее время выполняем эту работу благодаря инициативе главного инженера Дальневосточной железной дороги Владимира Крапивного.
Екатерина Крюкова