CC BY
44
УДК 624.131.5:622.02
Н.Ю. Никулин, С.М. Простов, Р.Ю. Зима, Е.О. Тихонов
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ УЧАСТКА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ НА УГОЛЬНОМ РАЗРЕЗЕ “КРАСНОБРОДСКИЙ”
Объектом изучения1 является участок железнодорожного пути, соединяющий станцию Угольная, которая выполняет функции углесборочного пункта, и станцию Тырган. Станция Угольная принимает порожние составы со станции Тырган, расформировывает их и отправляет составы вагонов на угольные склады, а также формирует из них угольные маршруты массовой нормой 6000 т брутто и отправляет их на станцию примыкания Тырган. Объем перевозимой товарной продукции в год составляет 1500 тыс. т рядового угля, 300 тыс. т сортового угля и 1200 тыс. т отсева. При транспортировке используются тяговые агрегаты ОПЭ-1 в составе с 46 думпкарами грузоподъемностью от 64 т до 69 т. Общая протяженность исследуемого участка железнодорожного пути составляет 5,5 км.
Первый этап изыскательских работ подразумевал визуальное обследование, которое позволило выявить 3 потенциально опасных склонных к оползнеобразованию участка, расположение которых можно проследить на рис. 1. Участок №1, протяженностью 210 м, приурочен к естественному логу и является насыпью, пересекающей лог. Характер визуальных проявлений деформаций земной поверхности (рис.
2) свидетельствует о быстро развивающемся нарушении устойчивости в форме провала с частичным смещением по склону лога. На потенциально опасном участке при визуальном обследовании выявлена заиленность водопропускной трубы на входе на 60 % и на выходе на 80 %. Участки № 2 и № 3 расположены на склонах, имеют протяженность соответственно 152 и 184 м. На данных участках прослеживается просадка рельсов, нарушен естественный сток талых и дождевых вод и, как следствие, сверху по склону образовалась заболоченность, что может привести к развитию оползневого процесса. Схема процесса оползнеобразования отображена на рис. 3.
Для изучения геологических условий пробурены 3 скважины, глубиной 5 м каждая. План рас-
1 Работа выполнена в рамках реализации ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы
положения скважин приведен на рис. 1. Скв. №1 вскрыла суглинок субаэральный, светлобурый, твердый, макропористый карбонатизированный. Скв. №2 с поверхности насыпи вскрыла щебенистый грунт делювиальный с суглинистым заполнителем до 40%, бурым, полутвердым, под которым залегает щебенистый грунт делювиальный и суглинок субаэральный, светлобурый, тве-дый, макропористый, карбонатизированный.
Скв. №3 вскрыла насыпной грунт, ниже кото-
рого залегает щебенистый грунт делювиальный с суглинистым заполнителем, бурым, полутвердым. Физико-механические свойства грунтов получены путем отбора монолитов из скважин, по которым был выполнен комплекс лабораторных исследований. Инженерно-геологические колонки и физикомеханические характеристики грунтов приведены на рис. 4.
Для детального изучения грунтового основания ж/д пути выбран участок № 1 (см. рис. 1) с максимально выраженными проявлениями процессов просадки и оползнеобразования. Для выявления основных причин и факторов, определяющих течение процессов нарушения устойчивости грунтовых масс, определения распо-
Рис. 1. Обзорная карта района работ:
1, 2, 3 - потенциально опасные участки; Скв. 1-3 - инженерно-геологические скважины
Рис. 2. Фотография потенциально опасного участка №1:1 - трещины разрыва
ложения и границ потенциально оползнеопасных участков были проведены инструментальные ис-
Рис. 3. Схема процесса оползнеобразования:
1 - насыпь основания ж/д пути; 2 - зоны ослабления и водонасыщения грунтов; 3 - источник
следования этого участка различными методами, куда вошли маркшейдерские измерения, электрофизический контроль и георадиолокация.
Расположение профилей электромагнитного сканирования, точек вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) и точек маркшейдерских измерений приведено на рис. 5.
Маркшейдерские измерения на аварийном участке железнодорожного пути проводились посредствам инструментальных наблюдений за смещениями в плане и по высоте семи наблюдательных точек Я1-7, оборудованных на перегоне «ст. Угольная -ст. Тырган» в районе опоры контактной сети №15 (рис. 6). Наблюдательная станция была расположена на устойчивом участке местности за пределами зоны нарушений поверхности земли. Наблюдения проводились на протяжении пяти недель в период с 20.09.2007 по 24.10.2007 гг.
Наблюдательные точки Я1-Я4 были устроены на расстоянии 21,0-27,5 м от головки рельса ниже по склону от полотна железной дороги. Расстояние между наблюдательными точками составило 8,5-24,0 м.
Кроме того были проведены инструментальные наблюдения непосредственно за смещением полотна железнодорожного пути на этом же участка по трем точкам Я5-Я7.
Результаты измерений смещения наблюдательных точек показали следующее (рис. 6):
- отмечено смещение всех наблюдательных точек относительно первоначального положения;
- амплитуды смещений наблюдательных точек Я1-Я4 в горизонтальной плоскости составили 0,59-2,69 м;
Скв.1 Скв. 2 Скв. 3
V
э
№ Скв. 2 - Б со о. О ¥ О (в X 5 Ю * Физико-механические свойства фунтов
4І ч я* * •> 4 А с х <0 С ав X Б и О X р ч § 1 §£• о ч и X У и из ~ г ^ (0 X Я ь і * = & о. Е ^ * £ £ о Ь. 0 1 О С (І & ч Ї О X X ■в- в 21 * о с ьГ СЛ | к 1 1 • ххг» ■в- 2 < •е* £ г $ ЗІ § X X я «в л г с I2. л и: с; 2 Угол внутреннего трения <р, ° (в Е к и и х X 01 и с V а и - ^ 2 н 0 8 • Н X ч І г3 X я Ц с
2,0 0,22 0,10 -0,10 1,75 0.88 0,67 3,5 іб 21 0,02
4,0 0,18 0,08 -0,25 1,70 0,86 0,56 2.1 18 35 0,02
2,0 - - 2,0 0,54 0,84 7,8 30 63 ■
4,0 0,2 0,1 -0,25 1,7 0,86 0,56 2,1 28 47 -
3 3,0 - - 2,06 0,46 0,75 7,8 21 115 -
а
б
Рис. 4. Инженерно-геологическая колонка (а), физико-механические свойства грунтов (б) на опытном участке: Скв.1—3 - Инженерно-геологические скважины; 1 - суглинок субаэральный, светлобурый, твердый, макропористый, карбонатизированный; 2 - щебенистый грунт делювиальный с суглинистым заполнителем до 40 %, бурым; 3 - щебенистый грунт делювиальный; 4 - насыпной грунт в виде смеси
щебня и суглинка, плотный, слежавшийся
ния:1 - профиль по верховому откосу; 2 - профиль по низовому откосу
+
_ _ *--------------------------------------
ТС І І І і . I . у», Л . , . I . . . I. , ■ , . I . . .. , . ,
Г 99.09
_ ________
________-'
90. 83
Вектор смещения масштаб 1:100
------Вектор смещения масштаб 1:2
Рис. 6. План смещения маркшейдерских наблюдательных точек: Я1-Я7 - маркшейдерские наблюдательные точки (реперы)
- смещение наблюдательных точек в вертикальной плоскости составило первые сантиметры как в сторону повышения, так и в сторону понижения;
- смещение точек Я5-Я7 в плане направлено в юго-восточном направлении, в сторону уменьшения абсолютных отметок рельефа, амплитуды смещения отдельных точек составили 0,01-0,05 м.
Геофизические исследования проводились методом эффективных удельных сопротивлений (УЭС) на постоянном токе с помощью комплекта аппаратуры, включающего штыревые металлические электроды, электроразведочный автокомпенсатор АЭ-72 по методикам вертикального электрического зондирования (ВЭЗ).
Метод эффективного УЭС основан на определении электропроводящих свойствах горных пород на постоянном токе. Он предполагает
контактный метод измерений, т.е. наличие гальванического контакта между электродом и исследуемой средой.
Анализ графиков ВЭЗ (рис. 7) показывает, что резкие отрицательные аномалии наблюдаются на верховом откосе пути (ВЭЗ 1-6) на интервалах АВ = 2-15 м (ВЭЗ-1) и АВ = 3-20 м. (ВЭЗ-6). На остальных точках ВЭЗ этого профиля характерных аномалий не зафиксировано.
На низовом откосе (рис. 8) аномалии наблюдаются на всех графиках и интерпретируются как влагонасыщенная зона в естественном основании насыпи.
По окончанию изыскательских работ на участке проявления оползневых явлений проведено электромагнитное сканирование грунтов основания насыпи для уточнения границ распространения аномальных зон в плане и по глубине.
Георадиолокационный метод изучения геологической среды для нашей страны является все еще технологически новым методом. Непрерывно расширяется аппаратурная база, создаются и уже используются георадары и многоканальные специализированные приборы, для обследования автомобильных дорог и железнодорожных насыпей [1, 2].
Ранее проведенные работы ООО ”НО-ОЦЕНТР-Д” [3, 4] по изучению состояния грунтов, показали эффективность применения метода подповерхностного электромагнитного сканирования при выявлении аномальных зон. Георадиолокация, так же как и сейсморазведка, является волновым методом, поэтому методические приемы, которые используются при геологической интерпретации сейсмических данных, стали применяться и при анализе материалов георадиолокации. Разработанная методика интерпретации георадиолокационных данных, приведенная в ра-
боте [3], хорошо себя зарекомендовала и была повторно опробована при изучении строения грунтов в данных условиях.
Сканирование грунтов проведено системой продольных профилей вдоль оси железнодорожной ветки и в непосредственной близости к очагу проявления процессов оседания. Схема расположения профилей представлена на рис. 5.
Результатами проведенных исследований являются комплексы радарограмм. Наиболее характерные радарограммы, полученные по профилям №№ 231, 236, 238, представлены на рис. 9. Они позволили установить границы распространения аномальных зон (зона пучения и зона разуплотнения грунтов, склонная к проявлению карстово-суффозионных процессов).
Вынесение данных зон на карту проведения работ позволило проследить распространение ослабленных грунтов на глубине 1, 2 и 3 м (рис. 10).
д
Рис. 7. Графики изменения УЭС на участках верхового откоса:
ВЭЗ-1 (а); ВЭЗ-2 (б); ВЭЗ-З (в); ВЭЗ-4 (г); ВЭЗ-5 (д); ВЭЗ-6 (е): ■ - зона аномально низких значений УЭС
б в г д
10______20_____30 0 10 20 30 40 50 0 20 40600_____10____20___30
50 О 10 20 30 40 0 20 40 60 80
Рис. 8. Графики изменения УЭС на участках низового откоса:
ВЭЗ-12 (а); ВЭЗ-11 (б); ВЭЗ-10 (в); ВЭЗ-9 (г); ВЭЗ-7 (д); ВЭЗ-8 (е): ■ - зона аномально низких значений УЭС
б
а
в
г
а
е
Рис. 9. Характерныерадарограммы по профилям №231 (а), №236 (б), №238 (в): 1-3 - инженерно-геологические элементы
Характер распространения аномальных зон позволил установить, что одной из основных причин влагонасыщения и оползнеобразования грунтов естественного основания насыпи является несовершенство водоотводных мероприятий, что привело к образованию заболоченностей вдоль лога выше насыпи.
В соответствии с результатами исследований дана рекомендация разработать проект по организации дренажных траншей для отведения талых и родниковых вод и понижения отметки основания водопропускной трубы для недопущения скапливания атмосферных осадков.
а
Рис. 10. Карта распространения аномальных зон на глубине 1 м (а), 2 м (б), 3 м (в):
1 - зона распространения разуплотненных грунтов; 2 - зона распространения грунтов, подверженных пучению; 235 - профиль электромагнитного сканирования и его номер
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
i. Старовойтов, А. В. Интерпретация георадиолокационных данных. - М. : Изд - МГУ, 2008. - !92
с.
2. Простов, С. М. Электромагнитный геоконтроль процессов укрепления грунтов/ С. М. Простов, О. В. Герасимов, Е. А. Мальцев; РАЕН. - Томск: Изд-во ТГУ, 2007. - 211 с.
3. Никулин, Н. Ю. Геолого-электромагнитный мониторинг при ликвидации аварии тоннеля глубокого заложения / Н. Ю. Никулин, С. М. Простов, О. В. Герасимов / Управление механическими процессами дезинтеграции иньекционного уплотннения и переработки горных пород // Мат-лы науч.-практ. конф. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2009. - С. 167-175.
4. Простов, С. М. Геолого-электромагнитный мониторинг грунтового основания сооружения / С. М. Простов, О. В. Герасимов, Н. Ю. Никулин, Д. А. Зубов // ГИАБ. - 2009. - № 5. - С. 266-269.
□ Авторы статьи:
Простов Сергей Михайлович
- докт.техн.наук, проф. теоретической и геотехнической механики Куз-ГТУ. Тел (3842) 39-63-36, е - mail raen@kuzstu.ru.
Никулин Николай Юрьевич
- инженер геодезической группы ООО "НООЦЕНТР -Д", т. 69-15-91 e-mail n.y. nikulin@mail.ru.
Зима
Родион Юрьевич
- студ. КузГТУ ( гр. ФП-051), т. б0-54^ e-mail luck niggazz@.ru.
Тихонов Евгений Олегович
- студ.КузГТУ (гр. ФП-051), т. 53-5i-3i e-mail shutenббб@,.ru.
