Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Сентября 2014 в 21:38, реферат
В настоящее время по результатам многочисленных наблюдений, выполненных сотрудниками различных научных и производственных организаций, установлено, что устойчивость сооружений в криолитозоне зависит от геокриологических процессов, которые возникают или активизируются под влиянием строительных работ и собственно сооружений. В связи с этим существует проблема оценки эффективности упреждающих мероприятий, проводимых с целью превращения или ограничения негативного воздействия этих процессов на грунты основания.
При строительстве и эксплуатации трассы БАМ, несмотря на то, что проектной документацией предусматривалось максимально возможное сохранение естественных условий, произошли различные нарушения природной обстановки. Наиболее существенные нарушения, вызвавшие зачастую коренную перестройку геокриологических условий, связаны с разработкой выемок. При сооружении выемок производится выборка грунта на значительную глубину (до 25-30 м) с одновременной его отсыпкой в прибровочной части на поверхности кавальеров. При глубине выемок до 15 м коренные нарушения природных условий отмечаются в полосе шириной 700-900 м. В выемках глубиной до 25 м ширина полосы с сильными нарушениями естественных условий увеличивается до 1000-1300 м.
При сооружении насыпей в полосе примерно от 500 ДО 1000 м производится а) сжатие мохово-торфяного покрова гусеничным транспортом, б) удаление древесного или мохового покрова, в) полное удаление растительного покрова; г) отсыпка притрассовых и подъездных дорог, е) подтопление поверхности слоем воды мощностью до 1,5-2 м. Кроме того, для ТГО со сравнительно сухой поверхностью характерно запыление растительного покрова, сопровождающееся градацией мхов и лишайников. Следствием указанных нарушений является завышение среднегодовой температуры пород и полосе отвода и под основной площадкой дороги. В наибольшей степени оно характерно для подтопленных летков, если мощность слоя воды превышает 0,3 0,5 м. И таких условиях взвиваются гидрогенные сквозные и несквозные талики.
Воздействие всех видов техногенных нарушений приводит к увеличению глубины сезонного оттаивания грунтов. В полосе отвода в результате удаления мохово-торфяного покрова или применения отсыпки глубина СТС увеличивается на 1,2-1,5 м против 0,6-0,8 м в ненарушенных условиях (на заболоченных поверхностях). Особенно существенны изменения глубины СТС под насыпями, при преобладающей широтной ориентации трассы глубина сезонного оттаивания грунтов под насыпью составляет 2-3 м под северным откосом и 4-5 м под южным. Асимметрия в сезонном протаивании приводит к формированию под земляным полотном в кровле ММП желоба, смещенного к южному откосу насыпи. Отмеченные выше нарушения природных условий в период строительства и эксплуатации железной дороги привели к существенному изменению особенностей развития и проявления инженерно-геокриологических процессов но трассе Байкало-Амурской магистрали. Причем наибольшие изменения характерны для участков выемок. Вскрытие напорных подмерзлотных вод привело к наледообразованию на основных площадках. Размеры возникающих техногенных наледей определяются главным образом величиной гидравлического напopa и водообильностью пород и могут достигать мощности нескольких мет ров. Образование наледей приурочено к узлам пересечения выемок с разломами, по которым происходит разгрузка вод подмерзлотного стока. Отличительной особенностью наледей этого типа является то, что они формируются в течение всего одного периода -- с ноября по апрель. В случае если уровень подмерзлотмых располагается ниже основания выемки, но входит в слой сезонного промерзания грунтов, над зонами тектонических нарушений образуются инфекционные бугры пучения. Гидравлические напоры, обусловливающие их формирование, образуются в результате движения фронта зимнего промерзания, Вследствие инъекционные бугры пучения, высота которых может достигать 3 м и более, начинают развиваться преимущественно в конце зимы, когда фронт промерзании достигает уровня подземных вод.
Создание выемок в совокупности с неэффективной работой водоотводных каналов вдоль внешних кромок кавальеров привело в стоку надмерзлотных вод на основную площадку выемок. Вследствие этого значительная часть наледей в выемках образуется при намораживании надмерзлотных вод. Надмерзлотные воды сезонноталого слоя образуют маломощные наледи с мощностью льда не более 0,5 м, формирующиеся в первой половине зимы (до сработки горизонта надмерзлотных вод слоя СТС).
Вскрытие выемками скальных пород привело к резкой максимальной активизации процессов выветривания. Усилению выветривания способствовали быстрые изменения напряженного состояния пород и термодинамических условий, а также проходка выемок. Выветривание скальных грунтов в бортах выемок предопределило широкое развитие размыва откосов. Отличительная особенность преобладающего числа выемок -- бороздчатый размыв откосов, сложенных сильно выветрелыми скальными породами. Многочисленные борозды глубиной 0,3-0,5 м прорезают не только рыхлый покров, но и выветрелые до дресвы и щебня гнейсы и кристаллические сланцы. Борозды располагаются настолько часто, что на основной площадке конусы выноса сливаются, образуя шлейфы. Это приводит к заполнению кюветов и выходу из строя дренажной системы в целом.
Вскрытие выемками образований древних кор выветривания (ТГО Б), содержащих в своем составе глинистые прослои и линзы, под воздействием увлажнения атмосферными осадками и надмерзлотными водами приводит к разуплотнению и набуханию пород на большую глубину (до нескольких метров от дневной поверхности). Следствием этого является развитие как мелких оплывин и сплывов, так и крупных оползней. Последние имеют глубину захвата до 5-8 м. Их образованию также способствует заметное увеличение глубин сезонного оттаивания на откосах выемок.
При сооружении насыпей наименьшие изменения динамики и особенностей проявления экзогенных геологических процессов отмечаются для ТГО В и Г, что соответствует незначительному изменению инженерно-геокриологических условии этих территорий под воздействием техногенных нарушений. В верхних и средних частях склонов южных румбов, сложенных непросадочными и дресвяно- щебнистыми отложениями (ТГО В), отмечается возникновение эрозионного размыва полосы отвода. Размываемые участки приходятся на нагорную часть полосы отвода, где концентрируется надмерзлотный и поверхностный сток с прилегающего склона. Развитие эрозии является следствием различного рода нарушений растительного покрова при строительстве, а также пожаров, которым наиболее подвержены сухие ландшафты. Однако благодаря преимущественно грубообломочному составу поверхностных отложений промоины, образующиеся на таких участках, имеют малую глубину вреза до 0,5-0,8 м и сравнительно редкое распространение.
Наиболее существенные изменения в проявлении экзогенных процессов произошли в ТГО Д и Е. На слабосточных участках полосы отвода, благодаря механическим нарушениям растительного покрова и подтоплению территории, произошла резкая активизация термокарстовых процессов. Площади образовавшихся термокарстовых просадок изменяются от нескольких до 1000-2000 м. Наиболее распространенная глубина их составляет 1,5-2 м и контролируется мощностью развитых на данной территории льдистых просадочных грунтов. Как правило, термокарстовые просадки и озера начинают образовываться у кромки верховой бермы, но по мере развития захватывают прилегающую часть полосы отвода и участка бермы и земляного полотна. На этом этапе термокарстовые просадки отчетливо фиксируются осадками земляного полотна и рельсово-шпаловой решетки. Наиболее активно термокарст развивается по системе залежеобразующих льдов (повторно-жильных, инъекционных и миграционных).
В пределах полосы отвода формируются техногенные наледи вод надмерзлотного стока и грунтово-фильтрационных таликов и лишь изредка поверхностных вод, поскольку мелкие водотоки срабатываются к началу наледообразования. Наледи этих типов образуются в результате перехвата подземных вод насыпью. Они имеют обычно мелкие размеры (площадь до 4-5 тыс. м2 и мощность льда до 1 м) и располагаются преимущественно перед водопропускными сооружениями и часто заполняют водоотводные канавы. Формирование наледей начинается в октябре и заканчивается в ноябре-декабре.
Сооружение трассы вызвало активизацию термоэрозии в полосе отвода в пределах ТГО Д и Е. Причиной этого стала нарезка водоотводных канав вдоль земляного полотна. Особенно активно и с образованием крупных промоин и оврагов развивается термоэрозионный размыв на участках распространения повторно-жильных льдов -- в нижних частях делювиально-солифлюкционных склонов и на поверхности первой надпойменной террасы, сложенной биогенными грунтами. В таких условиях термоэрозионные овраги достигают глубины до 4-4,5 м ширины до 5-6 м. Борта оврагов активно подмываются, размываются, свисают карнизами и обваливаются. Часто в промоинах и оврагах, даже если они расположены на подгорной стороне полосы отвода, начинает развиваться пятящаяся эрозия, что представляет непосредственную опасность для земляного полотна.
В притрассовой полосе ТГО Д и Б новый импульс приобрели процессы заболачивания, главным образом вследствие подпруживания поверхностного и над- мерзлотного стока насыпью. В большинстве случаев на первичной поверхности верховых болот начинают формироваться сильнообводненные вторичные низинные и переходные болота -- осоково-разнотравные, пушицевые, осоково- I гипновые. Развитие гидрофильных болот, отличающихся высоким обводнением, обычно предшествует началу термокарста.
Инженерно-геокриологические процессы, развитые в полосе отвода Байкало-Амурской железной дороги, характеризуются различной степенью воздействия на устойчивость земляного полотна. Причем степень деформирования пути под действием различных видов инженерно-геокриологических процессов не находится в прямой зависимости от пораженности полосы отвода тем или иным процессом. Видно, что чрезвычайно высокая степень деформирования пути характерна для ТГО А, где под основными площадками выемок на водоразделах вскрываются горизонты напорных подмерзлотных вод, формирующих зимой наледи и крупные инъекционные бугры пучения. Следствием этих явлений являются сходы составов с рельсов и перерывы в движении, связанные с проведением ремонтных работ (скалывание льда, подъем пути на балласт и др.). Опасность инъекционного пучения усугубляется тем, что рост бугров происходит очень быстро, часто менее чем за сутки. Чрезвычайно большие деформации земляного полотна отмечаются также в пределах ТГО Е, где развиваются быстрые термокарстовые просадки в днищах речных долин, сложенных сильнопросадочными биогенными грунтами.
Оценивая особенности развития опасных инженерно-геокриологических процессов на БАМ, можно сделать следующие выводы.
1. Виды экзогенных геологических процессов в ненарушенных условиях особенности их развития и масштабы проявления тесно связаны с типами существующих геокриологических обстановок.
2. В предпостроечный период притрассовая территория характсричокалось * целом слабым проявлением процессов, из которых преобладали заболачивание плоскостной смыв, неглубокие и небольшие в плане термокарстовые образования.
3. Строительство железной дороги вызвало активизацию и полоса отвода целого ряда инженерно-геокриологических процессов (термокарста, термоэрозии, наледообразования и др.) и возникновение ЭГПЯ в пределах ТГО, где они прежде отсутствовали (наледи, инъекционные бугры пучения, оползни и др.
4. Инженерно-геокриологические процессы в полосе отвода дорого характеризуются различным воздействием на устойчивость земляного полотна. Наиболее опасны процессы наледообразования и инъекционного пучения в выемках, термокарста в днищах речных долин, сложенных сильно просадочными аллювиальными и биогенными грунтами.
Анализ результатов комплексного инженерно-геологического обследовании центрального участка БАМ, включавшего в себя обобщение опыта строительства и эксплуатации дороги, материалов инженерно-геокриологического картирования полосы отвода в масштабах 1:10 000 и 1:2000 (на «больные» участки), попикетное описание земляного полотна и прогноз изменения инженерно-геокриологических условий, позволил провести типизацию природно-технических систем по основным компонентам.
На рассматриваемом участке железная дорога проложена либо в выемках, либо на насыпи, что обусловило выделение двух соответствующих типов сооружения. По конструктивным особенностям земляное полотно представлено восьмью видами, каждый из которых соответствует определенным типам инженерно-геокриологической среды. Последние характеризуются конкретным элементом рельефа, типом мерзлой грунтовой толщи и типом подземных вод. Разнообразие компонентов среды на участке, различаемом по их количественным и качественным показателям, градации которых при типизации природно-территориальных комплексов приняты в соответствии со спецификой сооружения, представлено ниже.
Так, среди элементов рельефа, пересекаемых трассой железной дороги, выделяются: 1) плоские водоразделы с абсолютными высотными отметками 500-650 м; 2) плоские водоразделы с абсолютными отметками 400-500 м; 3) склоны крутизной 8-10°; 4) склоны крутизной 3-8°; 5) днища речных долин и межгорных впадин.
Типы подземных вод в грунтах основания земляного полотна и в полосе отвода: а) надмерзлотные воды слоя сезонного оттаивании пород; б) надмерзлотные воды несквозных таликов; в) подземные воды сквозных таликов.
Индексация видов земляного полотна и компонентов инженерно-геокриологической среды позволяет составить двучленный индекс природно- технической системы. Первый член индекса представляет сооружение, второй - среду, в которой оно работает. Как видно, на исследуемом участке выделяется восемь видов природно-технических систем.
Материалы натурных наблюдений на трассе свидетельствует о веском повсеместном смягчении геокриологических условий. Оно выражается: а) в повышении среднегодовой температуры грунта в отрицательном спектре температур и увеличении глубины сезонного оттаивания; 6) периодическом переходе среднегодовой температуры пород в область положительных значений и формировании несливающейся мерзлоты и иесквозиых таликов; в) в стабильном переходе среднегодовой температуры пород в область положительных температур и формировании сквозных таликов. Приуроченность этих изменений к конкретным природно-техническим системам.
«Г,
97
Геология, № 4
П
делювиальный
заболачивание обломочными СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
грунтов//Оползни, сели, термокарст в Восточной Сибири и их инженерно-геологическое значение. М.: Наука, 1969. С. 96--126.