5 ПЗ (Строительство двухпутной вставки на участке Хани-Тында ДВЖД КМ 1929 - КМ 1937)

ВВЕДЕНИЕ

Проблемы, связанные с проектированием, строительством и эксплуатацией земляного полотна и инженерных сооружений в условиях вечной мерзлоты, несмотря на многочисленные труды отечественных и зарубежных ученых, остаются пока до конца не исследованными.

На территории нашей страны вечномерзлые грунты занимают 65% территории, залегая преимущественно в Сибири и на Дальнем Востоке.

Наиболее сложными в эксплуатации земляного полотна на вечномёрзлых грунтах, являются участки с высокотемпературной многолетней мерзлотой. Самой протяженной по наличию высокотемпературной мерзлоты является Байкало-Амурская железнодорожная магистраль. Земляное полотно восточного участка БАМ от Тынды до ст. Постышево (1100 км) расположено на высокотемпературных вечномерзлых грунтах.

Известно, что основной несущей конструкцией железных дорог является земляное полотно. Проблема обеспечения эксплуатационной надежности земляного полотна в районах вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания - одна из наиболее сложных задач еще сравнительно молодой отрасли науки – мерзлотоведения и, преимущественно, ее раздела – инженерного мерзлотоведения.

Возведение инженерных сооружений и, особенно, линейных: дорожных насыпей, трубопроводов, линий связи на вечномерзлых грунтах связано с различными последствиями, которые приходится устранять в условиях эксплуатации. Нарушение термовлажностного режима грунтов основания в результате деградации мерзлоты и образования ложа протаивания вызывает интенсивные осадки, которые возникают в первые годы эксплуатации, постепенно затухают, но небольшие, до 30-50 мм/год, длятся десятилетиями и полная стабильность не наступает.

Выбор тех или иных противодеформационных мероприятий для стабилизации земляного полотна осложняется тем, что, как правило, это дорогостоящие мероприятия и требующие их технико-экономического обоснования. Проблема усугубляется недостаточной осведомленностью специалистов об особенностях мерзлотно-грунтовых процессов, связанных с техногенным воздействием земляного полотна на слабые при оттаивании вечномерзлые грунты основания и отсутствием в нормативных документах прогноза деформирования земляного полотна в процессе эксплуатации. Последнее не позволяет прогнозировать затраты, связанные с эксплуатацией земляного полотна, на этапе технико–экономического обоснования в период учета применения радикальных мероприятий по обеспечению устойчивости земляного полотна, в результате чего возникают неоправданные потери в период эксплуатации.

Для подготовки земляного полотна к повышению осевых нагрузок и скорости движения поездов необходимо ликвидировать пучины, усилить основную площадку, привести ширину земляного полотна в соответствие с современными требованиями, ликвидировать существующие деформации земляного полотна, осушить тело насыпи и прилегающие территории.

Цель дипломной работы – строительство двухпутной вставки на участке Хани-Тында ДВЖД км 1929-1937 и разработка проектной документации по усилению земляного полотна.

В ВКР рассмотрены и проанализированы основные причины возникновения деформаций земляного полотна, расположенного в районах высокотемпературной вечной мерзлоты. При этом предложена методика выявления причин и характера деформаций для принятия правильных решений по обеспечению стабильности земляного полотна на основе анализа изменения геоморфологических и гидрогеологических условий прилегающей к земляному полотну территории. Разработаны проектные конструктивно-технологические мероприятия по ликвидации деформаций и осушению прилегающей территории.

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА

1. Описание местности

Исследуемый участок расположен на перегоне Олёкма – Рзд. 1945 км, на ПК 19290 – ПК 19370 Дальневосточной железной дороги на участке Хани – Тында. Местонахождение объекта см. на рис. 1.

Рисунок 1.1 – Район участка работ

Тындинский район приравнен к районам Крайнего Севера. Тындинский район – одно из самых крупных муниципальных образований Амурской области, является её форпостом на северных рубежах, занимает пограничное положение с Республикой Саха (Якутия) и Забайкальским краем.

Тындинский район расположен в северо-западной части Амурской области. На западе граничит с Забайкальским краем, на севере и северо-западе – с Якутией, на востоке – с Зейским, на юго-востоке – с Магдагачинским, на юге – со Сковородинским районами области. Площадь территории – 83,3 тыс. км². Тындинский район давно называют северной жемчужиной Амурской области. Район богат природными ресурсами. На протяжении 142 лет здесь добывается золото, ведётся освоение месторождений титаномагнетитовых руд, заготовка леса. В районе находятся огромные запасы апатитов, анортозитов, мраморов, каменного угля и других полезных ископаемых.

Посёлок Олёкма расположен в 417 км к западу от районного центра города Тында. Посёлок стоит на правом берегу реки Хани.

Таблица 1.1 – Численность населения.

1. Природно-климатические условия

Климат района резко континентальный, с муссонными чертами. Лето короткое, но тёплое, зима морозная и сухая.

Климат района характеризуется низкими зимними температурами воздуха. Отопительный сезон длится 254 дня. Это требует дополнительные затраты на одежду, обогрев жилья и рабочих помещений.

Туманы затрудняют движение и воздушные полеты. В среднем количество дней с туманами в районе колеблется от 31 до 38 дней (максимум – 64 дня). Чаще всего туманы бывают летом. Средняя продолжительность туманов –6 часов, хотя в отдельных случаях они могут продержаться до 10 –13 часов.

Дней с градом в Тындинском районе мало, в среднем 1 – 2 в году, максимально 6 – 8 дней (Усть– Нюкжа).

В июне продолжительность светового дня – 16–16,5 час, солнце поднимается над горизонтом до 56 градусов, и поверхность получает много солнечного тепла.

В декабре день уменьшается до 7–8 часов, высота солнца–10–12 , поэтому зимой тепла намного меньше.

Почти весь год на территории района бывает маловетреная погода.

Скорость ветра возрастает только весной и осенью, когда устанавливается циклоническая деятельность.

Роза ветров (среднемноголетняя) приведена на рис. 1.2.

Рисунок 1.2 – Среднемноголетняя роза ветров

Суточные амплитуды температуры воздуха велики в течение всего года и при ясном небе достигают 20. Годовая амплитуда температуры воздуха – 47 –51.Средняя температура воздуха в июле изменяется от 17,1 до 18. Раз в десять лет в июле могут наблюдаться заморозки.

В температурном режиме района преобладают отрицательные температуры. Температура воздуха ниже минус 30 в среднем наблюдается 70 дней в году. Минимальная температура минус 40 наблюдается 8 –10 дней в году.

Даты начала безморозного периода сильно варьируют от года к году, от 21 мая до 3 июля. Заморозки обычно начинаются в конце августа –начале сентября.

Температурные показатели приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2 – Средняя месячная и годовая, абсолютная максимльная и минимальная температура воздуха, °С

Продолжительность холодного периода составляет 204 дня.

В течение года распределение осадков неравномерно. На теплый период приходится 90,7% годовой суммы осадков. За холодный период выпадает 54 мм. Месячные суммы осадков незначительны, минимальное их количество приходится на январь, с апреля идет увеличение количества осадков, достигая максимум в июле.

Таблица 1.3 – Суточный максимум осадков, мм.

Наибольшее число дней с осадками приходится на лето: вторая половина июля – первая половина августа. Летние дожди зачастую сопровождаются грозами.

Снежный покров лежит 210 дней. Первый снег обычно появляется в первой декаде сентября или первых числах октября. Устойчивый снежный покров образуется только через неделю или две. С момента образования снежного покрова его высота постепенно увеличивается. Наиболее интенсивный рост происходит в конце октября – начале ноября.

В дальнейшем высота снежного покрова практически не изменяется. Это объясняется незначительным количеством осадков в последующие месяцы, уплотнением снежного покрова и испарением снега с поверхности. Мощность снежного покрова от 17 см. Уменьшение высоты снежного покрова начинается во второй половине марта и уже к концу марта начинается его разрушение.

Иногда снег выпадает даже в мае, но лежит недолго, не более одного-двух дней, а иногда всего несколько часов. В нашем районе хорошо выражены все времена года.

1. Инженерно-геологические изыскания

Комплекс пород, слагающих площадку под строительство, согласно ГОСТ 25100-2011, по инженерно-геологическим изысканиям с учетов выделения слоя сезонного промерзания и вечномерзлой толщи расчленен на 21 инженерно-геологический элемент (ИГЭ).

Существующее полотно железной дороги на исследуемом участке устроено в насыпи и состоит из балласта и земляного полотна.

Геолого-литологический разрез участка изысканий следующий (сверху-вниз):

Балластный слой:

(ИГЭ-1) – Щебень средний, крупный (преобладающий размер – 40-100мм), гранитов, габбро, мигматитов, загрязненный гумусом. Грунт вскрыт верхним слоем. Мощность слоя изменяется от 0,25 м. до 0,72 м. Грунт сезонно-мерзлый, слабо-льдистый, при оттаивании грунт малой степени водонасыщения. Грунт непросадочный, непучинистый.

(ИГЭ-2) – Щебень средний, крупный (преобладающий размер – 40-60мм), гранитов, габбро, мигматитов, загрязненный дресвой, песком, гумусом. Грунт вскрыт вторым от дневной поверхности слоем. Мощность слоя изменяется от 0,21 м. до 0,47 м. Грунт сезонно-мерзлый, слабо-льдистый, малой степени водонасыщения. Грунт непросадочный, непучинистый.

Земляное полотно представлено:

(ИГЭ-3) – Крупнообломочный (глыбовый, валунный) грунт с гравийно-галечниковым заполнителем более 40% (преобладающий размер до 50 мм.). Грунт вскрыт третьим от дневной поверхности слоем на всем участке. Мощность слоя изменяется от 0,14 м. до 0,66 м. Грунт сезонно-мерзлый, слабо-льдистый, малой степени водонасыщения. Грунт непросадочный, непучинистый.

(ИГЭ-4) – Крупнообломочный (глыбовый, валунный) грунт с песчано-гравийной смесью до 40% (преобладающий размер до 30 мм.). Мощность слоя оценивается от 5,0 м. до 8,0 м. Грунт сезонно-мерзлый, слабо-льдистый, малой степени водонасыщения. Грунт непросадочный, непучинистый.

(ИГЭ-5) – Насыпной грунт – щебень гранодиоритов, средний, с супесчаным заполнителем. Грунт сезонно-мерзлый, слабо-льдистый, при оттаивании малой степени водонасыщения. Грунт непросадочный, непучинистый.

(ИГЭ-5а) – Насыпной грунт – валунно-галечниковый грунт с супесчаным заполнителем. Грунт сезонно-мерзлый, слабо-льдистый, при оттаивании малой степени водонасыщения. Грунт непросадочный, непучинистый.

(ИГЭ-6) – Суглинок легкий пылеватый, массивной текстуры, льдистый (льдистость 20-40%), при оттаивании полутвердый. Грунт непросадочный, непучинистый.

(ИГЭ-6а) – Суглинок легкий пылеватый, массивной текстуры, сильно-льдистый (льдистость 40-60%), при оттаивании текучий. В талом состоянии грунт непросадочный, черезмернопучинистый.

(ИГЭ-6б) – Глина массивной текстуры, сильно-льдистый (льдистость 40-60%), при оттаивании текучая. В талом состоянии грунт непросадочный, черезмернопучинистый.

(ИГЭ-7) – Супесь пылеватая, массивной текстуры, льдистая (льдистость 20-40%), при оттаивании текуча, с примесью органического вещества. Грунт непросадочный, черезмернопучинистый.

(ИГЭ-8) – Торф сильноразложившийся, массивной текстуры, льдистый, при оттаивании влажный. Грунт просадочный, сильнопучинистый.

(ИГЭ-9) – Песок мелкий, массивной текстуры, льдистый (льдистость 40-60%), с примесью органического вещества, при оттаивании влажный. Грунт непросадочный, непучинистый.

(ИГЭ-10) – Песок средней крупности, серый, массивной текстуры, льдистый (льдистость 40-60%), при оттаивании водонасыщенный. Грунт непросадочный, непучинистый.