Slugin Anton YUr'evich 2016 (1198826), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Применение эффективного метода при обследовании земляного полотна позволит своевременно и достоверно оценить его техническое состояние. На сегодняшний день, эта задача решается как традиционными, так и геофизическими методами.

К числу традиционных методов можно отнести метод эксплуатационных наблюдений, инженерно-геодезические и инженерно-геологические методы. В свою очередь, среди геофизических методов диагностики земляного полотна можно выделить следующие: сейсмические, электрометрические, георадиолакационные, вибрационные.

1.3.1 Традиционные методы

Самым простым традиционным методом обследования является метод эксплуатационных наблюдений (визуальный осмотр). Эксплуатационные наблюдения входят в состав текущего содержания земляного полотна, которое состоит из надзора за его состоянием, изучения причин появления неисправностей, что устанавливается на основе его осмотров. Данные наблюдения просты в использовании, не является трудоемким и не предполагает квалифицированной обработки. Его применение предполагает использование простых приборов и приспособлений, таких как: линейки, рулетки, рейки, отвесы, уровни и т.д. Эксплуатационные наблюдения выполняют в соответствии с [2]. Недостатком использования данного метода обследования является то, что он не является информативным, т.к. дает только поверхностное представление об исследуемом объекте.

Инженерно-геодезические методы способствуют получению высокоточных результатов проводимых измерений. Данные методы позволяют снимать поперечные профили в характерных сечениях земляного полотна, создавая тем самым набор данных, необходимых при расчетах устойчивости откосов насыпей и проектировании противодеформационных мероприятий.

Огромное положительное значение для железных дорог России оказывает специальная реперная система (СРС) [3]. СРС – это система геодезических пунктов с известными координатами в плане в принятой для данной железнодорожной линии системе координат. Несравненным достоинством данной системы является то, что постановка пути в проектное положение осуществляется один раз; в последующем исправляют только отступления от первоначального положения.

Инженерно-геологические методы являются весьма трудоемкими методами обследования. Обследование деформирующихся мест земляно­го полотна заключается в комплексном анализе всех имеющихся сведений, к числу которых можно отнести: топографическую и инже­нерно-геологическую съемку, бурение скважин, опре­деление физико-механических свойств грунтов, на­блюдения за состоянием деформирующихся мест и камеральную обработку полученных данных.

Наиболее трудоёмкими является буровые работы. Бурение позволяет определить глубину залегания, мощность слоев грунта, а также его физико-механические свойства. Буровые работы обычно ведутся ручными ударно-вращательными буровыми комплексами с помощью змеевиков, буровых ложек, желонок и различного вида долот.

Ручное бурение имеет ряд недостатков. К их числу следует отнести тяжелый утомительный и малопроизводительный физический труд. При проведении бурения приходится сталкиваться с некоторыми трудностями, возникающими при заклинивании змеевиков и буровых ложек в грунтах, что требует приложения больших усилий и специальных приспособлений для извлечения бурового инструмента из скважин. В случае, когда работы ведутся в габарите подвижного состава, конструкция бурового инструмента не позволяет быстро подготовить участок для пропуска поездов. Поэтому место работ необходимо ограждать сигналами остановки.

К тому же, ударно-вращательное бурение существенно нарушает структуру грунта в отбираемых образцах. При взятии проб грунта змеевиком или буровой ложкой происходит его перемешивание или послойное нарезание.

При всех этих недостатках, становится очевидным, что существующие способы бурения скважин при инженерно-геологическом обследовании земляного полотна являются весьма несовершенными. Зачастую, механизированные буровые станки нельзя использовать для бурения скважин в габарите подвижного состава и в стесненных условиях на насыпях и выемках. Они имеют большой вес и не могут быть быстро убраны с пути, а также переноситься по насыпям и выемкам.

1.3.2 Сейсмические методы

Сейсмический метод диагностики основан на изучении закономерностей распространения упругих волн (продольных и поперечных) в грунтах насыпей от искусственно создаваемых ударных воздействий. Данный метод обследования проводится квалифицированными специалистами – геофизиками или геологами, с применением специальной аппаратуры и программных комплексов.

При распространении упругих колебаний в геологических средах образуется большое число вол. В разведочных целях используются в основном три вида: обусловленные различными физическими явлениями на границах: отраженные, преломленные и преломленные проходящие. В связи с этим выделяют три основных сейсмических метода: метод отраженных волн (МОВ), метод преломленных волн (МПВ) и метод прямых волн – сейсмическая томография (СТ).

Применение данного метода в обследовании оснований железнодорожного земляного полотна весьма затруднительно в силу наличия следующих особенностей [4]:

• малые глубины исследования (от десятков сантиметров до 15-20 м) и наибольшая мощность изучаемых слоев грунта;

• сейсмические работы проводятся при наличии рельсов, шпал, щебеночного материала балластной призмы;

• сложные очертания границ между слоями грунтов в деформирующих насыпях в виде балластных лож, мешков, гнезд, а также шлейфах на откосах;

• наличие помех, связанных с переменными токами сигнализации и СЦБ, протекающих в рельсовых цепях, и высокочастотной рельсовой волны.

Достоинством применения данного метода является то, что он позволяет обследовать грунтовую модель на достаточно большую глубину. В зависимости от модификации исследуемого прибора, позволяет определить литологию слоев грунта. Кроме того, данный метода обследования позволяет узнать распределение физико-механических и прочностных свойств грунтов. Но в то же время, является сравнительно дорогим методом и весьма трудоемким.

1.3.3 Электрометрические методы

Электрометрический метод является первым методом из области геофизики, который был применен еще в 1950 – 60-х прошлого столетия на эксплуатируемом земляном полотне [5]. Еще тогда было установлено, что наиболее эффективным является метод на основе изучения полей постоянного электрического тока, искусственно создаваемых в грунтовом массиве.

Общеизвестно, что различные грунты оказывают не­ одинаковое сопротивление электрическому току, про­ходящему через них. Электрическое сопротивление твердых минеральных частиц грунтов очень ве­лико. Поэтому главным проводником электрического тока являются растворы солей, содержащиеся в порах грунта. Соответственно, чем больше в грунте активных пор, тем меньше сопротивление электрическому току оказывает грунт. Количественной характеристикой сопротивления грунта выступает удельное электрическое сопротивление. Диапазон значений которого достаточен для того, чтобы обеспечить возможность распознания их с помощью данного геофизического метода.

Для измерения электрического сопротивления грунтов и определения закономерности их распро­странения в грунтах земляного полотна, зачастую, применяют две схемы наблюдений: электропрофилирование (ЭП) и вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ). Для этих схем используется симметричная установка AMNB, показанная на рис.1.1. Она состоит из источника Б, измерительного прибора П, проводов и металлических заземлителей (электродов).

Рис. 1.1. Схемы измерения электрического сопротивления грунтов 4-х электродной симметричной установкой AMNB: a – глубина исследования h1; б – глубина исследования h2; AB и A’B’ – питающие электроды; MN и M’N’ – приемные электроды; Б – источник питания; П – измерительный прибор.

При постоянных значениях расстояний между питающими электродами А и В исследование грунтовой толщи выполняется практически на одинаковую глубину, и эта схема наблюдений называется электро­профилированием (ЭП). При наблюдениях по схеме, когда расстояние между электродами А и В постепен­но увеличивается (что позволяет проводить обследо­вание по глубине грунтового массива), такая схема на­зывается вертикальным электрическим зондированием (ВЭЗ).

В то же время, использование электрометрического метода при проведении работ по схемам ЭП и ВЭЗ несет в себе ряд особенностей, которые не встречаются в инженерной геологии. Применительно к диагностики земляного полотна можно выделить следующие из них:

• конфигурация поперечного сечения земля­ного полотна (насыпь, выемка);

• электрические поля – помехи, создаваемые в теле насыпи установками сигнализации и электри­фикации железных дорог;

• наличие рельсовых нитей̆ и железобетон­ных шпал;

• плохие условия заземления электродов на щебеночной балластной призме.

В виду того, что сопротивление грунта характеризуется некоторыми факторами возможно возникновение ситуации, когда разные грунты будут обладать одинаковым электрическим сопротивлением. К числу таких факторов можно отнести: пористость; водонасыщенность; электрическое сопротивление вод, насыщающих грунт. Такой широкий диапазон значений электрического сопротивления является существенным недостатком применения данного метода обследования земляного полотна.

1.3.4 Георадиолокационный метод

Георадиолокационный метод основан на излучении сверхширокополосных (наносекундных) импульсов метрового и дециметрового диапазона электромагнитных волн и приеме сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства. Такими границами раздела в исследуемых средах являются, например, контакт между сухими и влагонасыщенными грунтами - уровень грунтовых вод, контакты между породами различного литологического состава, между породой и материалом искусственного сооружения, между мерзлыми и талыми грунтами, между коренными и осадочными породами и т.д. [6].

Геофизический прибор, основанный на георадиолокационном методе, предназначенный для определения объектов, в том числе не металлических, называется – георадаром [7].

Общий вид георадара, на примере «ГРОТ 12Е», показан на рис.1.2.

Рис. 1.2. Общий вид георадара «ГРОТ 12Е»

Блок-схема георадара приведена на рис.1.3. Блок излучения и приема осуществляет формирование зондирующего сигнала на излучающей антенне, прием сигнала с приемной антенны, стробоскопическую обработку, запись в память компьютера и визуализацию на экране монитора. Всем процессом осуществления зондирования с необходимыми параметрами управляет компьютер с помощью соответствующей программы сбора и хранения информации.

Рис. 1.3. Блок-схема георадара

При работе георадара передатчик излучает в толщу среды короткий импульс – электромагнитный сигнал. Этот сигнал распространяется в грунтовой среде и в воздухе, где испытывает различные волновые процессы. Отраженный сигнал принимается приемной антенной, усиливается, оцифровывается и сохраняется в памяти компьютера. Таким образом формируется трасса – зависимость амплитуды сигнала от времени [8]. Пример трассы показан на рис 1.4.

Рис. 1.4. Пример трассы

Распространение электромагнитных волн в различных средах характеризуются скоростью распространения волн , диэлектрической проницаемостью среды , удельным затуханием сигнала. Скорость распространения электромагнитных волн может быть определена по формуле (1.1).

(1.1)

где с – скорость света, 0,3 м/нс; - относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Георадарное обследование проводится в виде серии измерений в отдельных точках, расположенных на профиле. Полученные таким образом трассы в совокупности образуют радарограмму. Пример радарограммы показан на рис.1.5.

Характеристики

Список файлов ВКР