Методические указания по оценке рисков земляного полотна
(утв. Распоряжением ОАО «РЖД» от 09.04.2018 № 712р)
от 9 апреля 2018 г. № 712р
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОЦЕНКЕ РИСКОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
1. Общие положения
1.1. Настоящие Методические указания разработаны с целью нормативно-технологического обеспечения оценки рисков земляного полотна, для обеспечения безопасного перевозочного процесса с оптимальными (приемлемыми для ОАО «РЖД») затратами на содержание и ремонт земляного полотна.
1.2. При разработке настоящих Методических указаний учтены положения законодательства Российской Федерации, а также ведомственных нормативов и инструкций ОАО «РЖД», перечень которых приведен в разделе 2 настоящих Методических указаний.
1.3 Применение положений настоящих Методических указаний позволяет:
сформировать модель надежности земляного полотна участка железнодорожного пути, с определением численных значений критериев оценки надежности объектов земляного полотна;
провести оценку рисков из-за отказов земляного полотна, с разработкой сценариев по управлению надежностью земляного полотна по результатам этой оценки;
дать оценку вариантов проведения работ по экономическим критериям, с выбором оптимального решения;
провести оптимизацию планов содержания и ремонтов земляного полотна.
1.4. Настоящие Методические указания разработаны на кафедре «Путь и путевое хозяйство» Российского университета транспорта (РУТ (МНИТ), д.т.н. Ашпизом Е.С. и к.т.н. Савиным А.Н.
1.5. Настоящие методические указания предназначены для использования в производственной деятельности подразделениями ОАО «РЖД», осуществляющими надзор, текущее содержание, диагностику и мониторинг, а также планирование ремонтных работ земляного полотна железнодорожного пути.
2. Нормативные документы и стандарты
В настоящих Методических указаниях использованы ссылки на следующие нормативные документы и стандарты:
Технический регламент Таможенного союза «О безопасности инфраструктуры железнодорожного транспорта» (ТР ТС 003/2011), утвержденный решением Комиссии Таможенного союза от 15 июля 2011 г. № 710;
Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»;
Федеральный закон от 10 января 2003 г. № 17-ФЗ «О железнодорожном транспорте в Российской Федерации»;
ГОСТ 33433-2015. Безопасность функциональная. Управление рисками на железнодорожном транспорте (далее — ГОСТ 33433-2015);
ГОСТ Р 51897-2011 Менеджмент риска. Термины и определения (далее — ГОСТ Р 51897-2011);
ГОСТ Р 27.302-2009. Надежность в технике. Анализ дерева неисправностей (далее — ГОСТ Р 27.302-2009);
ГОСТ Р 51901.1-2002. Менеджмент риска. Анализ риска технологических систем (далее — ГОСТ Р 51901.1-2002);
ГОСТ Р 51901.11-2005. Менеджмент риска. Исследование опасности и работоспособности. Прикладное руководство (далее — ГОСТ Р 51901.11-2005);
ГОСТ Р 51901.12-2007. Менеджмент риска. Метод анализа видов и последствий отказов (далее — ГОСТ Р 51901.12-2007);
ГОСТ Р 51901.14-2007. Менеджмент риска. Структурная схема надежности и булевы методы (далее — ГОСТ Р 51901.14-2007);
ГОСТ Р 51901.15-2005. Менеджмент риска. Применение Марковских методов (далее — ГОСТ Р 51901.15-2005);
Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного пути, утвержденная МПС России 30 марта 1998 г. № ЦП-544;
Классификатор и нормы пороговых значений критических параметров, характеризующих предотказное состояние земляного полотна, утвержденный распоряжением ОАО «РЖД» от 14 апреля 2016 г. № 660р;
Методика определения критериев оценки надежности участков железнодорожного пути, расположенных в сложных инженерно-геологических условиях (карст, оползни, обвалы), утвержденная распоряжением ОАО «РЖД» от 6 февраля 2017 г. № 237р (далее — Методика определения критериев оценки надежности).
Примечание. При пользовании настоящим документом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и сводов правил в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт или свод правил заменен (изменен), то при пользовании настоящим сводом правил следует руководствоваться заменяющим (измененным) сводом правил. Если ссылочный стандарт или свод правил отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3. Термины и определения
В настоящих Методических указаниях применяются следующие термины с соответствующими определениями.
3.1. Безопасность земляного полотна: свойство земляного полотна, обеспечивать безопасное движение железнодорожного подвижного состава с наибольшими скоростями в пределах допустимых значений в течение заданного периода времени.
3.2. Бровка земляного полотна: линия сопряжения основной площадки земляного полотна с откосом.
3.3 Вероятность: мера того, что событие может произойти.
3.4. Водоотводные сооружения: устройства для сбора и отвода от земляного полотна и прилегающей к нему местности поверхностных вод; отвод воды осуществляется в низовую сторону от земляного полотна через водопропускное сооружение либо в пониженные места на местности вдали от земляного полотна.
3.5. Выемка: конструкция земляного полотна, при которой обе его бровки заглублены относительно земной поверхности.
3.6. Долговечность земляного полотна: его способность сохранять свои эксплуатационные свойства в течение как можно большего времени.
3.7. Допустимый уровень риска: уровень риска, который приемлем при данных обстоятельствах на основании существующих в текущий период времени ценностей в обществе.
3.8. Дренажи: устройства для перехвата и отведения от земляного полотна подземных грунтовых вод или понижения их уровня до определенных отметок.
3.9. Дефект земляного полотна: отступление геометрических размеров земляного полотна от современных технических норм.
3.10. Деформации земляного полотна: остаточные и сезонные осадки, поднятия и смещения, повреждения или разрушения земляного полотна или его элементов от природных и (или) техногенных воздействий, включая поездную нагрузку.
3.11. Железнодорожный путь: подсистема инфраструктуры железнодорожного транспорта, включающая в себя верхнее строение пути, земляное полотно, водоотводные, водопропускные, противодеформационные, защитные и укрепительные сооружения земляного полотна, расположенные в полосе отвода, а также искусственные сооружения.
3.12. Загромождения земляного полотна: возникновение на земляном полотне инородных тел, предметов или грунта в результате внешних природных или техногенных воздействий, препятствующее его нормальному функционированию.
3.13. Защитные сооружения земляного полотна: сооружения, построенные для защиты земляного полотна от разрушения, повреждений и загромождения в результате действия неблагоприятных природных явлений и процессов.
3.14. Земляное полотно: инженерное грунтовое сооружение в виде насыпей, выемок, нулевых мест, полунасыпей, полувыемок и полунасыпей-полувыемок, служащее основанием для верхнего строения железнодорожного пути и воспринимающее нагрузку от верхнего строения пути и железнодорожного подвижного состава.
3.15. Исправное состояние земляного полотна: состояние земляного полотна, при котором оно соответствует всем требованиям нормативной или технической документации.
3.16. Критические параметры: параметры, определяющие надежность и функциональную безопасность железнодорожного пути.
3.17. Надежность земляного полотна: свойство земляного полотна находиться в течение заданного срока эксплуатации без отказов.
3.18. Насыпь: конструкция земляного полотна, при которой обе его бровки возвышаются над земной поверхностью.
3.19. Неисправное состояние земляного полотна: состояние земляного полотна с отступлениями от норм и допусков его устройства и содержания, но при котором значения всех его параметров соответствуют требованиям безопасного пропуска поездов с установленными скоростями.
3.20. Неработоспособное состояние земляного полотна: состояние земляного полотна с отступлениями от норм и допусков его устройства и содержания, требующими остановки движения поездов до восстановления работоспособного состояния.
3.21. Обработка риска: процесс выбора и выполнения мероприятий для изменения риска.
3.22. Опасный геологический процесс: изменение состояния приповерхностной части литосферы (геологической среды), обусловленное естественными или техногенными причинами, которое может привести к негативным последствиям для человека, объектов хозяйства и окружающей среды.
3.23. Основание насыпи: часть геологической среды под насыпью, на которую распространяется нагрузка от веса верхнего строения пути и насыпи, а также воздействие от подвижного состава.
3.24. Основная площадка: верхняя поверхность земляного полотна, на которой располагается верхнее строение пути, через которую передаются воздействия подвижного состава.
3.25. Откосы: искусственно созданные боковые наклонные поверхности земляного полотна, формирующие поперечный профиль.
3.26. Охранная зона: территория, прилегающая к полосе отвода, которая устанавливается с целью обеспечения безопасной эксплуатации железнодорожных путей и других объектов железнодорожного транспорта, а также безопасности населения, работников железнодорожного транспорта и пассажиров в местах, подверженных оползням, обвалам, размывам, селям и другим негативным воздействиям, и в местах движения скоростных поездов.
3.27. Повреждения земляного полотна: деформации земляного полотна, вызванные внешними природными или техногенными факторами.
3.28. Полный отказ земляного полотна: потеря работоспособности объекта при интенсивном развитии деформаций земляного полотна или основания, приводящая к перерыву в движении поездов.
3.29. Полоса отвода железных дорог: земельные участки, прилегающие к железнодорожным путям, земельные участки, занятые железнодорожными путями или предназначенные для размещения таких путей, а также земельные участки, занятые или предназначенные для размещения железнодорожных станций, водоотводных и укрепительных устройств, защитных полос лесов вдоль железнодорожных путей, линий связи, устройств электроснабжения, производственных и иных зданий, строений, сооружений, устройств и других объектов железнодорожного транспорта.
3.30. Пороговые значения критических параметров: величины критических параметров, при превышении которых вероятность перехода железнодорожного пути в неработоспособное или частично работоспособное состояние в течение заданной наработки достигает допустимое значение.
3.31. Предотказ земляного полотна: состояние объекта, при котором объект, несмотря на деформации земляного полотна, может эксплуатироваться до очередного капитального ремонта без возникновения полного или частичного отказов, но требует дополнительных расходов на его текущее содержание.
3.32. Предотказное состояние земляного полотна: неисправное состояние земляного полотна, при котором вероятность его перехода в неработоспособное или частично работоспособное состояние в течение заданной наработки не превышает допустимого значения.
3.33. Работоспособное состояние земляного полотна: состояние земляного полотна без отступлений от норм и допусков его устройства и содержания или с отступлениями от указных норм и допусков, но при условии обеспечения безопасного пропуска поездов с установленной скоростью.
3.34 Риск: сочетание вероятности события и его последствий.
3.35. Сложные инженерно-геологические условия: участки, где распространены опасные геологические процессы или в земляном полотне или его основании находятся специфические грунты.
3.36. Стабильность земляного полотна: его способность сохранять прочность, устойчивость и отсутствие накопления остаточных деформаций в течение длительного срока.
3.37. Укрепительные устройства земляного полотна: устройства, предназначенные для защиты поверхностей земляного полотна и его сооружений от процессов водной или ветровой эрозии.
3.38. Частично работоспособное состояние земляного полотна: состояние земляного полотна с отступлениями от норм и допусков его устройства и содержания, вызывающими ограничения движения поездов.
3.39. Частичный отказ земляного полотна: частичная потеря работоспособности объекта при развитии деформаций земляного полотна или основания, требующая введения ограничения скорости движения поездов.
4. Угрозы, которым подвержено земляное полотно
Земляное полотно является инженерным сооружением из грунта, воспринимающее статические нагрузки от верхнего строения пути и динамические от подвижного состава и упруго передающие их на основание.
Земляное полотно рассчитано на длительные сроки службы и является незаменяемым элементом железнодорожного пути.
В соответствии с Инструкцией по содержанию земляного полотна железнодорожного пути, утвержденной МПС России 30 марта 1998 г. № ЦП-544 (далее — Инструкция по содержанию земляного полотна), в состав земляного полотна входит:
собственно земляное полотно (насыпи, выемки, нулевые места и т.д.) с основанием;
устройства для отведения поверхностных и грунтовых вод (канавы, лотки, дренажи и т.д.);
защитные и противодеформационные сооружения для защиты земляного полотна от разрушения, повреждения и загромождения в результате действия опасных природных процессов и явлений (подпорные стены, струенаправляющие дамбы и т.д.);
укрепительные устройства земляного полотна, которые предназначены для защиты поверхностей земляного полотна и его сооружений от их размыва (плитные покрытия, каменные наброски и т.д.).
Земляное полотно является частью технической системы «железнодорожный путь» (ее подсистемой, функциональным узлом) и представляет собой его несущую конструкцию, поэтому его надежность, как и других подсистем железнодорожного пути, определяет механическую безопасность инфраструктуры железнодорожного транспорта. От состояния земляного полотна зависят техническая скорость движения поездов и разрешаемая статическая нагрузка подвижного состава.
Согласно требованиям Технического регламента Таможенного союза «О безопасности инфраструктуры железнодорожного транспорта» (ТР ТС 003/2011), утвержденного решением Комиссии Таможенного союза от 15 июля 2011 г. № 710 (далее — ТР-ТС 003/2011), земляное полотно должно обеспечивать:
по прочности, устойчивости и техническому состоянию на всем протяжении железнодорожного пути безопасное движение поездов с наибольшими скоростями в пределах допустимого уровня риска;
стабильность положения верхнего строения пути в плане и профиле при заданных весах, осевых нагрузках, грузонапряженности и скоростях движения поездов в течение всего назначенного срока службы железнодорожного пути.
В дополнение к указанным требованиям, согласно положениям статей 3 и 9 Федерального закона от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» (далее — Федеральный закон № 384-ФЗ) к земляному полотну как к грунтовому сооружению, включая его основание, в части обеспечения прочности, устойчивости и деформативности (механическая безопасность) добавляется требование обеспечения безопасности при опасных природных процессах и явлениях.
При этом площадь прилегающей к железнодорожному пути территории, где проявляется воздействие опасных природных процессов и явлений, может превышать ширину полосы отвода, а их развитие может привести к возникновению природных чрезвычайных ситуаций, не связанных с содержанием пути.
На протяжении всего жизненного цикла земляное полотно подвержено угрозам, возникновение которых обусловлено воздействием техногенных и природных факторов его деформативности, а также воздействием опасных природных процессов и явлений.
К техногенным факторам, влияющим на деформативность земляного полотна, относятся:
внешние силовые воздействия от верхнего строения пути и подвижного состава;
нарушения, допущенные в ходе проектирования и/или сооружения;
нарушения правил и технологии текущего содержания, ремонтов и реконструкции;
нарушение правил проектирования, строительства и эксплуатации подземных сооружений в основании земляного полотна (устройство горных выработок, трубопроводов, проколов и т.д.).
К природным факторам, влияющим на деформативность земляного полотна, относятся:
географические (например, экспозиция откосов земляного полотна);
климатические (осадки, глубина промерзания, величина снегового покрова и т.д.);
геологические (например, наличие слабых грунтов в основании и т.д.);
К опасным природным процессам и явлениям в основании земляного полотна и на прилегающих территориях, развитие которых может привести к возникновению деформаций, повреждений и загромождения земляного полотна относятся:
размывы и подмывы, связанные с затоплением и переработкой берегов морей, рек и водохранилищ;
эрозия плоскостная и овражная;
карстово-суффозионные процессы;
Техногенные и природные воздействия на земляное полотно, а также развитие опасных природных процессов и явлений в основании и на прилегающих к железнодорожному пути территориях могут приводить к переходу земляного полотна в неисправное, частично работоспособное или неработоспособное состояние. При этом в зависимости от вида дефекта и деформации земляного полотна может возникнуть его предотказное состояние, частичный или полный отказ.
5. Модель надежности земляного полотна
5.1. Структурная схема модели надежности
Предлагаемая структурная схема модели надежности земляного полотна, разработана с учетом основных требований и положений: ГОСТ Р 51901.14-2007, ГОСТ Р 51901.11-2005, ГОСТ Р 51901.12-2007, ГОСТ Р 51901.15-2005 и ГОСТ Р 27.302-2009.
В модели надежности земляное полотно рассматривается как геотехническая система, являющаяся подсистемой в природно-технической системе «железнодорожный путь», которая, взаимодействуя с другими подсистемами и выполняя функцию фундамента в конструкции железнодорожного пути, обеспечивает стабильность положения верхнего строения пути в пространстве в течение заданного срока эксплуатации.
При составлении модели надежности земляного полотна необходимо учитывать следующие его особенности:
земляное полотно является линейным протяженным сооружением, состоящим из последовательно соединенных объектов, конструкция которых характеризуется поперечным профилем (инженерно-геологическим разрезом, перпендикулярным продольной оси железнодорожного пути);
переход любого объекта земляного полотна (для любого поперечного сечения в пределах объекта) из работоспособного состояния в частично работоспособное или неработоспособное влечет за собой частичный или полный отказ участка железнодорожного пути;
земляное полотно, являясь грунтовым сооружением, включая основание, обладает существенной неоднородностью и неопределенностью свойств в пространстве и их изменчивостью во времени, в существенной мере определяемой изменением во времени природных, в первую очередь, климатических условий и развитием инженерно-геологических процессов и явлений;
развитие опасных природных процессов и явлений в пределах территорий, прилегающих к земляному полотну (охранных зон), может вызвать повреждение земляного полотна или загромождение габарита приближения строений, и может быть не связано с его текущим содержанием;
земляное полотно представляет собой единую многокомпонентную систему, включающую в себя несколько отдельных сооружений: земляное полотно, водоотводы, защитные сооружения и укрепительные устройства.
Неисправное и/или неработоспособное состояние земляного полотна определяется наличием дефектных и деформирующихся участков, а также неисправностями его сооружений и обустройств — степенью их износа и потребностью в ремонте.
В настоящих Методических указаниях принят статистический метод прогнозирования моментов отказов какого-либо объекта земляного полотна, основанный на сборе и обработке результатов наблюдений за состоянием, как отдельных частей, так и объекта в целом. При этом, учитывая, что возникновение отказов событие статистически редкое, показатели надежности отдельного объекта земляного полотна имеют малую достоверность и должны оцениваться через осредненный показатель надежности, определяемый для однородной группы объектов.
Анализ земляного полотна как геотехнической системы и рассмотрение ее особенностей, а также положения ГОСТ 33433-2015 предопределяют следующий порядок составления модели надежности земляного полотна:
выделение объектов земляного полотна на протяжении участка (направления, линии) железнодорожного пути;
формирование однородных групп объектов, с определением условий их эксплуатации, в том числе при наличии сложных инженерно-геологических условий;
определение критериев оценки надежности;
определение численных значений критериев оценки надежности;
проведение анализа видов и последствий отказов.
5.2. Выделение объектов земляного полотна и их классификация
Выделение объектов на участке земляного полотна представляет собой процесс его разделения по протяженности на отдельные однородные единицы.
При этом «объект» земляного полотна представляет собой участок земляного полотна с однородной конструкцией самого земляного полотна, в характеристику которого дополнительно добавляют описание и характеристики других сооружений, а оценка состояния объекта, с точки зрения появления отказов, выполняется для всего комплекса сооружений в целом.
Учитывая, что выход земляного полотна в неработоспособное состояние является результатом сложного многофакторного процесса, определяемого условиями взаимодействия геотехнической системы земляное полотно с другими подсистемами железнодорожного пути, окружающей и геологической средой, а также меняющимися в результате этого взаимодействия свойствами самого земляного полотна, оценку состояния объекта в целом необходимо проводить с учетом следующих правил:
собственно «земляное полотно» является определяющим в системе сооружением, а остальные сооружения (водоотводные, защитные, противодеформационные, укрепительные) играют вспомогательную роль;
переход «земляного полотна» хотя бы в одном поперечном сечении в неработоспособное состояние приводит к неработоспособности «объекта» в целом;
переход любого вспомогательного сооружения земляного полотна в неработоспособное состояние еще не означает переход «объекта» в неработоспособное состояние;
оценка последствий на состояние «объекта» состояния вспомогательных сооружений земляного полотна должна выполняться через оценку влияния этого состояния на состояние собственно «земляного полотна».
Предусматривается следующие разделение функциональной системы земляное полотно на «объекты» и сооружения:
защитные и противодеформационные сооружения (индекс ЗС);
В качестве однородной выделяется конструкция земляного полотна по типу (насыпи, выемки и т.д.) при определенных инженерно-геологических условиях расположения участка, определяющих возможный тип деформаций. Классификация конструкций земляного полотна в сочетании с определенными инженерно-геологическими условиями и типом основания приведена в таблице 5.1.
| Инженерно-геологические условия и тип основания | Индекс конструкции при типе поперечного профиля земляного полотна | ||||
| Насыпь высотой до 6 м | Насыпь высотой более 6 м | Выемка глубиной до 6 м и нулевое место | Выемка глубиной более 6 м | Переходные типы <1> | |
| Обычные условия и прочные основания | ЗП01 | ЗП02 | ЗП03 | ЗП04 | ЗП05 |
| Слабые основания и болота | ЗП11 | ЗП12 | ЗП13 | ЗП14 | ЗП15 |
| Оползневые косогоры | ЗП21 | ЗП22 | ЗП23 | ЗП24 | ЗП25 |
| Обвалы и осыпи | - | - | ЗП33 | ЗП34 | ЗП35 |
| Карстово-суффозионные процессы | ЗП41 | ЗП42 | ЗП43 | ЗП44 | ЗП45 |
| Склоновая и овражная эрозия, сели | ЗП51 | ЗП52 | ЗП53 | ЗП54 | ЗП55 |
| Подмывы в зоне подтопления рек и водохранилищ | ЗП61 | ЗП62 | - | - | ЗП65 |
| Наличие многолетнемерзлых грунтов в основании | ЗП71 | ЗП72 | ЗП73 | ЗП74 | ЗП75 |
| Возможность образования наледей | ЗП81 | ЗП82 | ЗП83 | ЗП84 | ЗП85 |
| Возможность схода снежных лавин | ЗП91 | ЗП92 | ЗП93 | ЗП94 | ЗП95 |
| Примечание: 1. К переходным типам отнесены: полунасыпь, полувыемка и полунасыпь-полувыемка. | |||||
Классификация для сооружений земляного полотна приведена в таблице 5.2.
Классификация типов сооружений земляного полотна
5.3. Формирование однородных групп объектов
Процесс формирования однородных групп объектов является наиболее сложным, и занимает центральное положение в модели надежности земляного полотна. Данный процесс выполняется в несколько этапов. Структурная схема процесса формирования групп приведена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 — Схема формирования однородных групп объектов
Формирование однородных групп должно проводиться с учетом следующих положений.
На первом этапе выделяются подмножества (классы) объектов земляного полотна однородные по типу конструкций, с учетом инженерно-геологических условий и типов основания. При этом в классы включаются объекты, на которых имеется потенциальная возможность образования определенного типа деформаций — логический анализ на уровне основных моделей процессов деформирования.
Первый этап характерен тем, что по каждому возможному виду деформации на основе логического анализа из общего множества объектов, исключая те объекты, где развитие данной деформации теоретически или практически невозможно, выделяется подмножество объектов, среди которых происходит поиск объектов потенциально опасных к данному виду деформации.
Так, например, деформации земляного полотна в виде оседания из-за оттаивания многолетнемерзлых грунтов возможны только при наличии в основании мерзлоты, поэтому все участки, где известно, что мерзлых грунтов нет, априори могут быть исключены из перечня потенциально опасных участков на возникновение таких деформаций.
Кроме того, из полученных подмножеств должны быть исключены, и выделены в отдельную группу объекты, на которых проведены работы по их усилению. Например, насыпи, на протяжении которых произведена отсыпка контрбанкетов.
Напротив, в подмножества дополнительно могут быть включены объекты, где в результате развития опасных природных процессов и явлений произошло повреждение защитных сооружений или укрепительных устройств, или где в результате техногенного воздействия создались условия для их активизации.
На данном этапе, кроме анализа технической и паспортной документации, рационально применение метода экспертной оценки.
На втором этапе производится дальнейшее разделение выделенных множеств на группы объектов, однородные относительно вероятности появления на них деформации выбранного типа — метод природных аналогий.
При этом деление на группы производится по примерному равенству наиболее значимых параметров, выбранных с использованием моделей деформирования земляного полотна и метода природных аналогий.
На третьем этапе производится определение показателей надежности группы, с одновременной проверкой группы на однородность — метод статистических испытаний.
На четвертом этапе производится ранжирование групп по степени надежности, определение потенциально опасных объектов и выбор объектов для мониторинга, включая потенциально опасные и деформирующиеся объекты.
На пятом этапе проводится мониторинг объектов земляного полотна и корректировка по его результатам показателей надежности — инструментальный и математический методы.
Таким образом, результаты работ по этапам с третьего по пятый являются основой для анализа рисков земляного полотна.
При условии расположения участков земляного полотна в сложных инженерно-геологических условиях формирование однородных групп объектов должно проводиться на основе результатов паспортизации. Подробно процессы проведения паспортизации и формирования однородных групп объектов приведены в Методике определения критериев оценки надежности. .
Информационной базой для выполнения работ по формированию однородных групп объектов являются:
подробный продольный профиль участка пути;
материалы технического паспорта, содержащие сведения о характеристиках верхнего строения пути и земляного полотна на объекте и их состоянии;
отчет о техническом состоянии путевого хозяйства (форма АГО-1, части I и II) и технический паспорт дистанции пути (форма АГУ-4, таблицы 2, 2а, 3, 4 и 5);
первичные документы для заполнения таблиц паспорта — формы: ПУ-9 (паспорт неустойчивого и деформирующегося земляного полотна), ПУ-14 (книга противодеформационных сооружений), ПУ-15 (карточка на мосты), ПУ-17 (карточка на трубы), ПУ-18 (книга учета конструкции и состояния балластного слоя), ПУ-28 (книга записи результатов проверки пути, сооружений, путевых устройств и земляного полотна), ПУ-30 (книга записи результатов осмотров искусственных сооружений);
результаты проходов путеизмерительных вагонов и диагностических комплексов, в том числе результаты статистической обработки показаний путеизмерительных вагонов с выделением нестабильных участков пути;
данные геотехнического паспорта участка земляного полотна, который разрабатывается в соответствии с Техническими условиями на работы по реконструкции (модернизации) и ремонту железнодорожного пути, утвержденными распоряжением ОАО «РЖД» от 18 января 2013 г. № 75р;
материалы региональных геологических фондов, в частности топографические карты, карты четвертичных отложений, карты распространения неблагоприятных экзогенных геологических процессов и явлений, результаты аэрокосмических съемок;
архивные материалы службы пути и дистанций пути, содержащие сведения о предыстории строительства и эксплуатации земляного полотна;
материалы изысканий прошлых лет и проектные материалы по усилению, ремонтам или реконструкции (модернизации) объектов, хранящиеся в архивах проектных институтов и Центров диагностики территориальных дирекций инфраструктуры;
общедоступные материалы, содержащие сведения о климате, гидрографической сети района прохождения участка, характере рельефа, геоморфологических особенностях, геологическом строении и т.п.;
сведения, полученные непосредственно от работников дистанции пути, в том числе занимавшихся содержанием земляного полотна в прошлые годы.
Кроме того, может быть проведен внеплановый натурный осмотр участков земляного полотна, а на объектах, выбранных для мониторинга инженерные изыскания, выполняемые по отдельно разработанным программам.
Форма контрольно-оценочной карты, которая может быть использована при проведении натурного осмотра земляного полотна объектов выделенной группы приведена в приложении А к настоящим Методическим указаниям.
5.4. Критерии оценки надежности
Оценка надежности, функциональной и конструктивной безопасности земляного полотна может быть проведена по показателям безотказности (вероятность безотказной работы, вероятность отказа, интенсивность отказов), безопасности (вероятность безопасной работы, вероятность опасного отказа, интенсивность опасных отказов), долговечности (средний срок службы), ремонтопригодности (время восстановления или замены, вероятность восстановления) и готовности (стационарный коэффициент готовности).
Наиболее значимыми показателями для оценки рисков земляного полотна являются показатели безотказности и безопасности, которые приведены ниже.
В соответствии с ГОСТ 33433-2015 в качестве критериев оценки надежности принимаются:
вероятность безотказной работы P(x);
интенсивность отказов \lambda(x) , 1/год.
Критерии функциональной безопасности:
вероятность безопасной работы Pб(x);
вероятность опасного отказа Qоп(x);
интенсивность опасных отказов \lambda_{\text{оп}}(x) , 1/год.
Общие подходы и порядок определения численных значений критериев оценки надежности принимается в соответствии с положениями Методики определения критериев оценки надежности.
С учетом структурной схемы модели надежности земляного полотна, общий порядок определения численных критериев надежности может быть принят по алгоритму, в основу которого положено, пять основных принципов:
показатели надежности объектов земляного полотна и их ранжирование по степени потенциальной опасности определяются отдельно по каждому виду деформаций;
показатель надежности отдельного объекта земляного полотна имеет малую достоверность в виду небольшого статистического ряда наблюдений, поэтому надежность оценивается через осредненный показатель надежности, определяемый для однородной группы объектов;
формирование групп однородных объектов производится по равенству (подобию) выбранных на основе моделей деформирования значимых параметров объектов, в качестве которых принимаются их физические характеристики. При этом формирование группы по признаку наличия или отсутствия на объекте отказов (отнесение в группу только деформирующихся объектов или наоборот) не допускается;
учитывая известную периодичность изменения климатических условий, связанную с солнечной активностью, отрезок времени, по которому оценивается надежность, принимается, как правило, не менее полного солнечного цикла в 22 года при деформациях гравитационной природы, где силы сопротивления связаны с климатическими изменениями (например, количество атмосферных осадков);
за объектами с показателями надежности ниже допустимых значений устанавливается мониторинг, включающий инструментальные наблюдения, по результатам которого показатели надежности постоянно уточняются.
При этом под объектом для деформаций, развитие которых может происходить на площади много большей, чем площадь занятая земляным полотном (например, карст) понимается участок железнодорожного пути протяжением 1 км, а для деформаций, имеющих локальное развитие вдоль участка земляного полотна объект, выделенный при формировании однородной группы.
Математический аппарат для определения численных показателей надежности объектов основывается на выборе вида теоретического распределения вероятностей возникновения отказов. Вид распределения может быть выбран из физических соображений, а также с учетом статистик, полученных по результатам наблюдений на конкретных объектах. В дальнейшем возможно уточнение выбора вида распределения, которое производится известными методами проверки статистических гипотез о согласии статистического распределения с теоретическим. Данная задача может быть решена по результатам проведения режимных наблюдений в составе мониторинга.
Учитывая, что возникновение отказа по вине деформации земляного полотна является событием статистически редким, но последствия, которого могут носить катастрофический характер, из практики оценки и управления природными рисками чаще всего может быть рекомендовано распределение по закону Пуассона
F(N) = P(\xi \leq N) = \sum_{k}^{N} {}_{= 0}P(k) , (5.1)
где P(k) = 1/k![a(\Delta t)]^{k}exp( - a(\Delta t)) — вероятность k реализаций в течение времени \Delta t ; a(\Delta t) = \lambda(\Delta t) — параметр распределения Пуассона (среднее число a(\Delta t) = M[\xi] реализаций в течение времени \Delta t ); \lambda — частота реализаций (интенсивность отказов), 1/год.
При наличии статистических данных, полученных в процессе мониторинга за однородной группой объектов, интенсивность отказов определяется по формуле
\lambda(\Delta t) = n/(N \cdot \Delta T) , (5.2)
где n — число отказов, шт. зафиксированных в однородной группе объектов за интервал времени \Delta T , годы, а N — число объектов в однородной группе участков железнодорожного пути, шт.
При этом под отказом понимается событие, которое приводит к переходу объекта земляного полотна в неработоспособное или в частично неработоспособное состояние.
За интервал времени \Delta T принимается временной период эксплуатации железной дороги данного направления или временной интервал не менее 22 лет (продолжительность цикла солнечной активности).
Для пуассоновского потока время T между событиями подчиняется экспоненциальному закону, т.е. вероятность безотказной работы в течение заданного интервала времени \Delta t , годы вычисляется по формуле:
P(\Delta t) = exp( - \lambda\Delta t) (5.3)
При этом вероятность возникновения отказа вычисляется по формуле:
Q(\Delta t) = 1 - P(\Delta t) , (5.4)
Аналогичным образом, заменив n — число отказов на nоп — число опасных отказов, шт., по формулам (5.2), (5.3) и (5.4), могут быть определены численные значения критериев функциональной безопасности:
вероятность безопасной работы Pб(x);
вероятность опасного отказа Qоп(x);
интенсивность опасных отказов \lambda\text{оп}(x) , 1/год.
При этом за опасные принимаются полные и/или частичные отказы.
Для целей прогнозирования, когда статистические данные отсутствуют, но деформации, приводящие к полным или частичным отказам, могут произойти используется подход, основанный на гипотезе пространственного распределения деформаций (например, карст). Т.е. предполагая, что возникновение деформаций равновероятно по всей площади охранной зоны объекта интенсивность потока отказов определяют по формуле:
\lambda_{\text{оп}(\text{от})} = S\text{оп}(\text{от})/S\text{оз} \cdot \lambda_{\text{оз}} , (5.5)
где \lambda_{\text{оп}(\text{от})} — интенсивность потока опасных отказов, 1/год;
Sоп(от) — площадь территории под основной площадкой и/или откосными частями земляного полотна, м2;
Sоз — площадь территории охранной зоны (или площадь территории на которой были зафиксированы деформации).
\lambda_{\text{оз}} — интенсивность потока отказов, зафиксированных в однородной группе объектов на площади территории охранной зоны (определяется по формуле 5.2), 1/год.
Для оценки надежности объекта необходимо установление допустимой величины вероятности безотказной работы [P]:
для объектов, где возможны деформации основания земляного полотна, связанные с многолетним развитием геологических процессов, а также повреждения и загромождения пути при проявлении опасных инженерно-геологических процессов, в результате которых может произойти нарушение целостности земляного полотна, приводящее к полным отказам [P] = 0,99;
для объектов, где возможны деформации земляного полотна, вызванные потерей устойчивости, развитие которых может привести к полным отказам в результате нарушения целостности земляного полотна либо деформации основания земляного полотна, развитие которых может привести к частичным отказам или к предотказу [P] = 0,96;
для объектов, где возможны деформации основной площадки земляного полотна или верхней рабочей зоны, развитие которых может привести только к частичным отказам и предотказам либо деформации и разрушения вспомогательных сооружений земляного полотна [P] = 0,90.
5.5. Анализ видов и последствий отказов
В соответствии с положениями и в терминах ГОСТ Р 51901.12-2007 процесс анализа видов и последствий отказов должен содержать:
описание структуры геотехнической системы земляное полотно, с определением эксплуатационных характеристик объектов;
определение видов отказов, возникновение которых связано с определенными деформациями земляного полотна;
определение причин возникновения отказов;
определение последствий возникновения отказов для перевозочного процесса отдельно по их видам;
методы и способы обнаружения отказов;
классификацию тяжести последствий отказов;
определение частоты или вероятности появления отказа.
Проведение данного анализа должно быть проведено для каждой сформированной однородной группы объектов, с учетом определенного вида деформаций.
В таблице 5.3 приведена карта угроз, которым подвержено земляное полотно, составленная в соответствии с классификацией его дефектов и деформаций, приведенной в Инструкции по содержанию земляного полотна. Кроме того, в приведенной карте учтены дефекты, деформации, повреждения и разрушения устройств для отведения поверхностных и грунтовых вод, защитных и противодеформационных сооружений, а также укрепительных устройств земляного полотна.
Карта угроз, которым подвержено земляное полотно
| Дефекты, деформации, повреждения и загромождения, в том числе, вызванные развитием опасных природных процессов и явлений | Виды отказов земляного полотна | ||
| Предотказное состояние <1> (предотказ) | Частичный отказ | Полный отказ | |
| Дефекты земляного полотна: | |||
| зауженная ширина основной площадки | + | - | - |
| завышенная крутизна откосов | + | - | - |
| недостаток и дефекты водоотводов | + | - | - |
| Деформации, обусловленные строительством и эксплуатацией | |||
| балластные углубления в основной площадке | + | + | - |
| пучины и весенние просадки | + | + | - |
| оползания и сплывы откосов, в том числе балластных шлейфов | + | + | + |
| обвалы, вывалы и осыпи откосов скальных выемок | - | + | + |
| размывы и подмывы, связанные с отсутствием или дефектами водоотводов | - | + | + |
| оседания из-за: | |||
| недостаточной плотности грунтов земляного полотна | - | + | - |
| просадочности грунтов, слагающих земляное полотно | - | + | - |
| слабых грунтов в основаниях | - | + | - |
| оттаивания многолетнемерзлых грунтов основания | - | + | - |
| эрозия откосных частей земляного полотна из-за отсутствия или неисправности укрепительных сооружений | + | + | - |
| выпирания | - | + | + |
| расползания | - | + | + |
| Деформации, повреждения и загромождения, вызванные развитием опасных природных процессов и явлений в основаниях и на прилегающих территориях | |||
| размывы и подмывы, связанные с затоплением и переработкой берегов морей, рек и водохранилищ | - | + | + |
| оврагообразование | - | + | + |
| оползни | - | + | + |
| обвалы, вывалы и осыпи | - | - | + |
| лавины | - | - | + |
| селевые потоки | - | - | + |
| провалы и оседания земной поверхности, связанные с карстово-суффозионными процессами, из-за горных выработок, из-за | |||
| вытаивания льда | - | + | + |
| землетрясения | - | - | + |
| термокарст | - | - | + |
| наледи | - | + | + |
| Деформации и разрушения нагорных канав, быстротоков и перепадов | - | - | + |
| Деформации и разрушения дренажных сооружений | - | - | + |
| Деформации и разрушения защитных сооружений | - | - | + |
| Примечание: Значения критических параметров приведены в Классификаторе и норм пороговых значений критических параметров, характеризующих предотказное состояние земляного полотна, утвержденном распоряжением ОАО «РЖД» от 14 апреля 2016 г. № 660р. | |||
Причиной предотказного (неисправного) состояния земляного полотна является превышение величин критических параметров, при котором вероятность перехода железнодорожного пути в неработоспособное или частично работоспособное состояние в течение заданной наработки достигает допустимого значения. При этом характер и величины возникших деформаций земляного полотна позволяют эксплуатацию объекта до очередного капитального ремонта без возникновения полного или частичного отказов.
Последствием предотказного состояния является необходимость дополнительных расходов на текущее содержание объекта.
Пороговые значения критических параметров земляного полотна при возникновении его предотказного состояния приведены в Классификаторе и нормах пороговых значений критических параметров, характеризующих предотказное состояние земляного полотна, утвержденном распоряжением ОАО «РЖД» от 14 апреля 2016 г. № 660р.
Причиной возникновения частичного отказа является возникновение и/или развитие деформаций земляного полотна или его основания, требующее введения ограничения скорости движения поездов.
Последствием частичного отказа является переход земляного полотна в частично неработоспособное состояние, при котором уменьшается величина участковой скорости движения поездов, и, как следствие уменьшается пропускная способности направления.
Причиной возникновения полного отказа является интенсивное развитие деформаций (повреждение и/или загромождение) земляного полотна или его основания, при котором происходит потеря работоспособности объекта, приводящая к перерыву в движении поездов.
Расчеты значений потерь, возникающих от наступления предотказного состояния земляного полотна, а также от возникновения частичных и полных его отказов, и значений критериев надежности являются основой для оценки рисков земляного полотна.
При оценке рисков должны быть учтены отказы, зафиксированные в Комплексной автоматизированной системе учета и анализа случаев технологических нарушений (КАСАНТ), а также данные Автоматизированной системы управления безопасностью движения (АС РБ).
Пример формирования модели надежности земляного полотна приведен в приложении Б к настоящим Методическим указаниям.
6. Методика оценки рисков перевозочного процесса, связанных с эксплуатацией земляного полотна
6.1. Оценка рисков из-за отказов земляного полотна
6.1.1. Общие положения
Предлагаемая методика оценки рисков перевозочного процесса, связанных с эксплуатацией земляного полотна, разработана с учетом основных требований и положений: ГОСТ 33433-2015, ГОСТ Р 51897-2011, ГОСТ Р 51901.1-2002.
Оценка риска является частью процесса управления риском, схема которого в соответствии с ГОСТ 33433-2015 представлена на рисунке 6.1.
УР — уровень риска; УРдоп — допустимый уровень риски
Рисунок 6.1 Процесс управления рисками
Целью оценки риска земляного полотна является получение достоверной информации о состоянии этой системы в целом и ее элементов в отдельности для проведения анализа и принятия обоснованных решений по управлению риском. Оценка риска является базовым этапом управления рисками, позволяющим сформировать стратегию управления.
Главной частью этапа оценки риска является процедура анализа риска, занимающая особое место в процессе управления риском и определяющая эффективность снижения риска. Анализ риска состоит из этапов идентификации риска и оценки величины риска.
6.1.2. Идентификация риска
Для земляного полотна идентификация риска выполняется отдельно по однородным группам объектов, формирование которых производится в соответствии с пунктом 5.3 настоящих Методических указаний.
При этом отдельно рассматриваются угрозы, приводящие к разным рискам, среди которых для земляного полотна выделяют следующие риски:
риск транспортного происшествия;
риск нарушения условий жизнедеятельности людей;
риск повреждения железнодорожного пути и других объектов инфраструктуры;
риск повреждения железнодорожного подвижного состава и порчи грузов;
риск ограничения скоростей движения поездов;
6.1.3. Анализ частот возникновения событий
Оценкой величины риска в соответствии с ГОСТ 33433-2015 является определение величины (меры) риска анализируемой опасности для здоровья человека, окружающей среды и материальных ценностей в ситуациях, связанных с реализацией опасности. Оценка величины риска является обязательной частью анализа риска и включает анализ частоты, анализ последствий и их сочетаний, а также определение уровня риска.
Согласно определению ГОСТ 33433-2015, оценка величины риска включает в себя анализ частоты и анализ последствий.
Целью анализа частот является определение частоты возникновения каждого из нежелательных событий, выявленных на стадии идентификации риска. Определение частоты возникновения (или интенсивности) каждого из нежелательных событий — отказов земляного полотна проводится на основе статистических данных по количеству отказов определенного вида за заданный период наблюдения. Для этого в выделенных однородных группах участков необходимо проанализировать все зафиксированные случаи деформаций земляного полотна за период наблюдений.
Период наблюдений для земляного полотна выбирается максимальным из времени эксплуатации участка, за тот период, для которого имеется достоверная информация о деформациях и эксплуатационные условия оставались примерно одинаковыми. При этом минимальный период наблюдений для деформаций земляного полотна, результатом которых чаще всего является полный отказ, принимается 25 лет, а для деформаций, где в основном проявляются частичные отказы или появляется предотказное состояние — 10 лет.
Частоты возникновения деформаций f по каждой группе однородных участков находятся отдельно по каждому виду отказов (см. пунктом 5.5. настоящих Методических указаний). Полученные оценки частот возникновения событий соотносят с заданными уровнями частот, которые для земляного полотна, исходя из продолжительности жизненного цикла в tжц = 100 лет, и с учетом типовых уровней частот (вероятностей) возникновения событий и описания каждого уровня по ГОСТ 33433-2015 принимают согласно таблице 6.1.
Уровни частот возникновения деформаций земляного полотна
6.1.4. Анализ последствий
Для анализа последствий отказов земляного полотна все случаи деформаций земляного полотна по допустимости уровня экономического риска в соответствии с ГОСТ 33433-2015 разбивают по уровню тяжести последствий на 4 подгруппы (таблица 6.2). В таблице уровень риска по влиянию на перевозочный процесс принимается в зависимости от класса линии, определяемого в соответствии с Методикой классификации и специализации железнодорожных линий ОАО «РЖД», утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» от 23 декабря № 3048р.
Уровни тяжести экономических последствий деформаций земляного полотна для ОАО «РЖД»
| Уровень тяжести последствий | Экономические последствия по видам риска | ||||||
| Повреждения инфраструктуры, подвижного состава или перевозимого груза в размере | Ограничения перевозочного процесса в зависимости от класса линии | ||||||
| Перерыв в движении на линии класса, часов | Ограничение скорости или задержки поездов на линии класса | ||||||
| 1,2 | 3 | 4,5 | 1,2 | 3 | 4,5 | ||
| Катастрофический | более 5000 МРОТ <1> | более 10 | более 24 | более 48 | постоянное ограничение скорости | - | - |
| Критичный | от 1500 до 5000 МРОТ | от 4 до 10 | от 10 до 24 | от 24 до 48 | временное ограничение скорости более 1 месяца | постоянное ограничение скорости | - |
| Несущественный | от 500 до 1500 МРОТ | до 4 | от 4 до 10 | от 10 до 24 | временное ограничение скорости до 1 месяца или задержки <2> поездов 1 и 2 категории | временное ограничение скорости более 1 месяца | постоянное ограничение скорости |
| Незначительный | до 500 МРОТ | нет | до 4 | до 10 | задержки поездов 3 кат | временное ограничение скорости до 1 месяца или задержки поездов 1 и 2 категории | временное ограничение скорости более 1 месяца |
| Примечания: 1. МРОТ — минимальный размер оплаты труда. 2. Категория задержки поездов принимается по данным КАСАНТ. | |||||||
Из трех видов последствий для назначения уровня тяжести последствий для перевозочного процесса принимается наихудший уровень, кроме того уровень последствий проверяется по другим видам риска (гибель людей, нанесение вреда здоровью и ущерба окружающей среде), принимаемым для земляного полотна по данным таблицы 2 ГОСТ 33433-2015.
6.1.5. Оценивание риска
Оценивание риска (или сопоставление риска) следует после анализа риска и завершает процедуру оценки риска.
При оценивании риска полученную оценку уровня риска R соотносят с одним (допустимым уровнем Rдоп) или несколькими заданными уровнями риска, которые определяются на основе допустимого уровня риска. Допустимый уровень риска определяется критериями приемлемого риска.
Если R > Rдоп, то такой риск считается неприемлемым.
Для отказов земляного полотна в соответствии с ГОСТ 33433-2015 принимается четыре качественных оценки уровней риска:
Представление результатов оценки риска земляного полотна для перевозочного процесса осуществляют с помощью матрицы рисков, которая представляет собой таблицу с сочетанием частоты возникновения события и тяжести последствий этого события для перевозочного процесса и позволяет в наглядной форме проинформировать лица, принимающие решения, об уровнях рисков для рассматриваемого события.
Форма матрицы рисков перевозочного процесса, связанных с эксплуатацией земляного полотна, в которой шкала последствий имеет четыре деления, а шкала вероятности — шесть делений, приведена в таблице 6.3. Пример заполнения матрицы рисков приведен в приложении В к настоящим Методическим указаниям.
6.2. Принятие решений по результатам оценки риска
По результатам оценивания риска принимается решение о необходимости обработки риска или ее отсутствии, а также о приоритетности обработки риска.
При этом в соответствии с ГОСТ 33433-2015 в зависимости от уровня риска принимают решения о необходимости обработки риска и намечают пути его снижения. В качестве мероприятий снижения рисков земляного полотна применяют следующие:
организация инструментального мониторинга;
установка контрольно-оповестительных систем;
повышение частоты надзора за земляным полотном;
увеличение объема работ по текущему содержанию земляного полотна.
При этом усиление земляного полотна, выполняется по инвестиционным программам, с одновременной разработкой проектов, разработанных по результатам проведения инженерных изысканий.
Выполнение ремонта земляного полотна выполняется с целью снижения риска возникновения и/или развития деформаций, в том числе при необходимости восстановления земляного полотна после возникновения деформаций. Ремонт земляного полотна должен выполняться по индивидуальным проектам, которые разрабатываются по результатам инженерных изысканий.
Организация инструментального мониторинга за состоянием земляного полотна осуществляется по специально разработанным программам.
Установка контрольно-оповестительных систем выполнятся на участках земляного полотна с недопустимым или нежелательным уровнем риска развития опасных природных процессов и явлений, например: карст, оползни, лавины и пр.
Частота надзора за земляным полотном, вплоть до организации постоянных постов наблюдений, увеличивается при высокой вероятности возникновения деформаций.
Основные решения по обработке риска перевозочного процесса, связанного с эксплуатацией земляного полотна приведены в таблице 6.4.
| Уровень риска | Решение | Мероприятия по снижению уровня риска |
| Недопустимый | Риск должен исключаться. Обработка риска необходима | 1. Усиление земляного полотна. 2. Ремонт земляного полотна. 3. Организация инструментального мониторинга. 4. Установка контрольно-оповестительных систем. 5. Повышение частоты надзора за земляным полотном. 6. Увеличение объемов работ по текущему содержанию земляного полотна |
| Нежелательный | Риск должен быть снижен. Обработка риска необходима | 1. Усиление земляного полотна. 2. Ремонт земляного полотна. 3. Организация инструментального мониторинга. 4. Установка контрольно-оповестительных систем. 5. Повышение частоты надзора за земляным полотном. 6. Увеличение объемов работ по текущему содержанию земляного полотна |
| Риск может быть принят при согласовании управления пути и сооружений в случае, когда снижение риска невыполнимо или нецелесообразно. Обработка риска сводится к устранению последствий за счет мероприятий оперативного восстановления земляного полотна | Оперативное восстановление земляного полотна после его отказа | |
| Допустимый | Риск принимается при соответствующем мониторинге и контроле и при согласовании службы пути. Обработка риска не требуется или сводится к устранению последствий | 1. Организация инструментального мониторинга. 2. Повышение частоты надзора за земляным полотном. 3. Оперативное восстановление земляного полотна после его отказа |
| Непринимаемый в расчет | Риск принимается руководством дистанции пути без согласования со службой пути. Обработка риска не требуется | Надзор и содержание осуществляется в обычном порядке, в соответствии с Инструкцией по содержанию земляного полотна железнодорожного пути, утвержденной МПС России 30 марта 1998 г. № ЦП-544. |
6.3. Оценка вариантов проведения работ и оптимизация планов содержания и ремонтов земляного полотна
Имея показатели надежности и уровни риска для отдельных объектов земляного полотна и земляного полотна направлений линий, можно используя теорию исследования операций при принятии решений в условиях риска и на основе методов динамического программирования составить стратегию обоснованного принятия решений по усилению земляного полотна в пределах дороги или направления. При этом показатель эффективности W принятия решений в условиях стохастической неопределенности согласно теории исследования операций записывается в виде
где \alpha — группа заданных известных детерминированных факторов, определяющих состояние системы;
x — элементы принимаемых решений по управлению и изменению состояния системы;
\xi — группа стохастических факторов, определяющих состояние системы.
В качестве такого показателя эффективности W принятия решений для системы земляного полотна в пределах дороги или направления принимают минимум затрат на содержание земляного полотна системы в течение заданного срока эксплуатации t, который определяется по формуле
W = \sum_{0}^{t} \alpha^{t} \times (\sum_{i = 1}^{i = n} (\text{ц}_{i} \times (1 - P_{t,i}) + K_{t,i})) \Rightarrow min , (6.2)
где \alpha = \frac{1}{(1 + \chi)} — годовой коэффициент дисконтирования (коэффициент приведения затрат;
\chi — годовая норма процента;
i — номер объекта земляного полотна, входящего в рассматриваемую систему;
n — число объектов земляного полотна, входящих в рассматриваемую систему;
цi — цена возможного отказа на i-ом объекте земляного полотна;
Pt,i — показатель надежности i-ого объекта земляного полотна в год t;
Kt,i — стоимость усиления i-ого объекта земляного полотна в год t, выполняемого для перевода этого объекта из потенциально опасного в разряд стабильного.
Каждый объект рассматриваемой системы в год t может находиться в одном из двух состояний: в потенциально опасном состоянии с показателем надежности Pt,i (без усиления), либо в переведенном в результате усиления в надежное состояние, при котором его показатель надежности выше допустимого значения [P].
Рассматривая возможные решения по усилению объектов системы с переводом их в надежное состояние с применением методов динамического программирования, находят такую цепь решений, при которой показатель W будет обращаться в минимум.
Анализ формулы (6.2) показывает, что решения в первую очередь надо искать в области усиления объектов с минимальными показателями надежности и для объектов, расположенных на линиях более высоких классов. Последнее следует из того, что величины цены отказов пропорционально увеличиваются с ростом грузонапряженности и скорости движения, а затраты на усиление практически не зависят от класса линии, где оно выполняется. Следствием данного анализа является то, что при сравнении показателей надежности различных участков между собой для целей очередности назначения противодеформационных мероприятий необходимо учитывать классность линии на участке. Для линии более высокого класса минимальные показатели надежности должны быть выше.
Приложение А к Методическим указаниям по оценке рисков земляного полотна
ФОРМА КОНТРОЛЬНО-ОЦЕНОЧНОЙ КАРТЫ
В таблице А.1 приведена форма контрольно-оценочной карты, которая может быть использована при проведении осмотров земляного полотна, сформированной однородной группы объектов.
Форма контрольно-оценочной карты
Приложение Б к Методическим указаниям по оценке рисков земляного полотна
ПРИМЕР ФОРМИРОВАНИЯ МОДЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
Б.1. Общие положения
Настоящий пример формирования модели надежности составлен для линии Туапсе — Адлер Северо-Кавказской железной дороги, с использованием архивных материалов Инженерно-геологической базы Северо-Кавказской дирекции инфраструктуры и материалов обследовательских работ, выполненных МИИТом в 2016 году.
Железнодорожная линия Туапсе — Адлер расположена в зоне Черноморского побережья Кавказа и проходит по территории с активным развитием опасных геологических процессов: оползней, скально-обвальных явлений и селей с нагорной стороны, а также негативного воздействия моря с низовой стороны, приводящего к разрушению и переформированию берега под воздействием волн. Данным процессам способствует активные тектонические явления сейсмичностью до 9 баллов.
Наибольшую угрозу безопасности движения поездов на линии представляют оползневые и скально-обвальные процессы, так при общем протяжении участка железной дороги 115 км зафиксировано 36 мест подверженных оползням общей протяженностью 32 км, 48 скально-обвальных мест протяженностью 31 км. При этом в последние годы произошла активизация деформаций, так в предыдущее 10-летие (период 1996 — 2005 годы) из-за склоновых процессов произошло 28 внезапных деформаций, вызвавших перерывы в движении, то в настоящее десятилетие (период 2006 — 2015 годы) таких деформаций было зафиксировано 69 штук, причем 15 из них в 2015 году.
Б.2. Разбивка линии на однородные участки по инженерно-геологическим условиям
Для возможности оценки опасности оползневых и обвальных участков и выбора необходимых противодеформационных мероприятий с целью обеспечения необходимой безопасности на линии принят метод выделения групп типичных участков, где оползневые и обвальные процессы имеют схожий характер и для их стабилизации потребуются примерно одинаковые противодеформационные мероприятия.
Анализ архивной документации и результаты сплошного натурного обследования позволяют, разделить по инженерно-геологическим условиям линии Туапсе — Адлер все ее протяжение на 5 зон, в которых преобладает тот или иной тип склоновой деформации и где деформации имеют схожий характер.
1 зона — от Туапсе до Лазаревской (долина р. Псезуапсе) 1887 км — 1912 км
В зоне коренные породы сложены геолого-литологическими комплексами прочных (устойчивых) пород. Толщина склоновых накоплений довольно незначительна и не превышает 2 м, в среднем 0,5 — 1,0 м. По составу они представлены щебне-дресвяно-глинистыми смесями зачастую с преобладанием обломочного материала над мелкоземом. В этой зоне преобладают срезающие оползни (тип 2) и обвально-осыпные явления.
2 зона — от Лазаревской (долина р. Псезупсе) до Головинки (долина р. Шахе) 1912 км — 1931 км.
В зоне коренные породы в отличие от 1 зоны формируется из комплексов среднепрочных пород. Толщина склоновых накоплений довольно незначительна и не превышает 2 м, в среднем 0,5 — 1,0 м. По составу они представлены щебне-дресвяно-глинистыми смесями зачастую с преобладанием обломочного материала над мелкоземом. В этой зоне преобладают соскальзывающие оползни и обвально-осыпные явления.
3 зона — от Головинки (долина р. Шахе) до Уч-Дере (долина р. Уч-Дере) 1931 км — 1947 км.
В зоне коренные породы покрыты практически повсеместно чехлом рыхлых гравитационных, элювиально-делювиальных, аллювиальных и морских образований, пестрых по составу и мощности. Коренные породы представлены мало прочными комплексами. Склоновые отложения состоят преимущественно из элювиально-делювиальных разновидностей глинистых грунтов, обломочный материал присутствует в виде включений, толщина их возрастает в среднем до 2 — 4 м. В зоне преобладают срезающие оползни (древние) и оползни-потоки (современные).
4 зона — от Уч-Дере (долина р. Уч-Дере) до Мамайки (долина р. Псахе, тектонический разлом, Воронцовский надвиг) 1947 км — 1958 км.
В данной зоне геологическое строение схожее с 3 зоной, но в генетическом отношении в составе склоновых накоплений преобладают делювиально-оползневые грунты. Кроме того, увеличивается толщина чехла рыхлых глинистых пород и уменьшается доля присутствующих в них обломочных материалов, поэтому в зоне преобладают сложные оползни, оползни-потоки и оплывины, а в зоне разлома оползневая толща возрастет до 30 м и более (Мамайский оползень).
5 зона — от Мамайки (долина р. Псахе) до Кудепсты (долина р. Кудепста) 1958 км — 1982 км.
Зона входит в состав Воронцовского покрова области Грузинской глыбы, которая определила особенности геологических условий. Коренные породы покрыты практически повсеместно чехлом рыхлых гравитационных, элювиально-делювиальных, аллювиальных и морских образований, пестрых по составу и толщине. Представлены от грубообломочных глинисто-щебнистых материалов толщиной 0,5 — 5 м до суглинисто-глинистых (с подчиненным содержанием обломков) толщиной до 15 — 20 м и более. В данной зоне преобладают сложные и соскальзывающие оползни и оползни-потоки.
Участок от Кудепсты до Адлера расположен вне склона.
В основу выделения типичных участков положена однородность геологических условий выделенных зон.
Б.3. Определение частот деформаций (событий)
Для определения частот деформаций в выделенных однородных группах типичных участков были проанализированы все зафиксированные случаи оползневых и обвальных деформаций с 1991 года по 2015 год (по данным Инженерно-геологической базы Северо-Кавказской дирекции инфраструктуры).
При этом все случаи деформаций для определения критериев надежности в соответствии с ГОСТ 33433-2015 были разбиты на 4 уровня тяжести последствий (таблица Б.1).
Количество оползневых и обвальных деформаций за принятый 25 летний период по зонам в зависимости от уровня тяжести последствий приведено в таблице Б.2.
Количество деформаций в зонах по уровню тяжести последствий
Анализ таблицы Б.2 показывает, что наибольшее количество деформаций с тяжелыми последствиями приходится на 1, 2 и 4 зоны и поэтому приоритет повышению надежности должен быть принят для этих зон, а наиболее безопасной является 5 зона.
Б.3. Определение интенсивности потока отказов оползневых и обвальных участков линии Туапсе — Адлер
Деформации первых трех уровней тяжести последствий являются недопустимыми или нежелательными, поэтому их появление может быть принято за существенный отказ пути, который должен быть предупрежден.
Величина интенсивности потока существенных отказов \lambda (шт./год на 1 км) для каждой однородной группы может быть найдена на основе статистических данных о деформациях по формуле
где n — число отказов (деформаций первых 3 уровней тяжести последствий), шт. зафиксированных в однородной группе объектов за интервал времени \Delta T = 25\text{лет} ,
L — протяжение пути в однородной группе участков железнодорожного пути, км.
Величина интенсивности потока существенных отказов \lambda , вычисленная по формуле (Б.1) приведена в таблице Б.3.
В данном случае величина интенсивности потока отказов является определяющим критерием оценки надежности, на основании которого может быть проведена оценка риска объектов земляного полотна (см. приложение В к Методическим указаниям по оценке рисков земляного полотна).
Приложение В
к Методическим указаниям
по оценке рисков земляного полотна
ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ОЦЕНКИ РИСКОВ ДЛЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
Настоящий пример выполнения оценки рисков для земляного полотна составлен по исходным данным приложения Б к Методическим указаниям по оценке рисков земляного полотна для линии Туапсе — Адлер Северо-Кавказской железной дороги, с использованием архивных материалов Инженерно-геологической базы Северо-Кавказской дирекции инфраструктуры и материалов обследовательских работ, выполненных МИИТом в 2016 году.
Для определения уровней риска в связи с возникающими склоновыми деформациями в соответствии с требованиями ГОСТ 33433-2015 для них были приняты частоты событий, возникающих в год на 1 км линии, которые представлены в таблице А.1. На основе уровней частот деформаций, имеющих разные уровни последствий была составлена матрица риска возникновения опасных событий для линии Туапсе — Адлер (таблица А.2).
Уровни частот возникновения оползневых
и обвальных деформаций на линии Туапсе — Адлер
Матрица уровня риска возникновения оползневых и обвальных деформаций на линии Туапсе — Адлер
Согласно матрицы риска, частота оползневых и обвальных деформаций на линии Туапсе — Адлер за прошедшие 25 лет показывает, что деформации с выходом грунта в габарит пути, приводящие к повреждениям подвижного состава и инфраструктуры линии, а также к перерывам в движении имеют при первых двух уровнях тяжести последствий (катастрофическом и критическом) недопустимый уровень риска, а при третьем уровне тяжести последствий (несущественном) нежелательный уровень риска, которые должны быть уменьшены за счет выполнения на опасных участках противодеформационных мероприятий.
Приложение Г к Методическим указаниям по оценке рисков земляного полотна
Настоящий пример принятия решений по содержанию и ремонту земляного полотна составлен для карстоопасных участков пути, расположенных на 396 км — 400 км Сейма — Дзержинск Горьковской дирекции инфраструктуры.
Участок работ расположен на 395 км — 400 км (пк 3940 — пк 4000) перегонов Сейма — Жолнино и Жолнино — Дзержинск скоростной железнодорожной линии Москва — Нижний Новгород Горьковской железной дороги в Володарском районе Нижегородской области.
Движение поездов на участке Владимир — Нижний Новгород открыто в 1862 году.
Подробная характеристика участка пути приведена в приложении А Методики определения критериев оценки надежности.
Карстологическое обследование участка, а также инженерно-геодезические, инженерно-геологические и инженерно-геофизические изыскания выполнены МИИТ в 2013 году.
Весь участок, согласно положениям Инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути в карстоопасных районах, утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» от 30 ноября 2011 г. № 2576р, был разбит на 6 объектов протяжением 1 км каждый. Для каждого объекта был составлен паспорт карстоопасного участка железнодорожного пути.
В результате обследовательских работ и инженерных изысканий было определено:
по типу и параметрам карстового процесса все объекты могут быть отнесены к одной однородной группе;
на исследованном участке идет активный карстово-суффозионный процесс. Карстующиеся породы представлены сульфатными породами (гипсы, ангидриды), которые залегают на глубине от 40 м до 60 м. Сверху перекрыты песками разной крупности плотными и прослоями глинистых грунтов. Пески с глубины 12 — 28 м находятся в водонасыщенном состоянии;
карстовые проявления на поверхности земли встречаются в виде карстовых воронок и оседаний. Согласно данным паспортов, составленных ИГБ Горьковской ж.д., на участке протяжением 6 км было за весь период наблюдений зафиксировано 27 воронок и одно оседание поверхности земли. При этом средний диаметр воронок составил 5,8 м, а максимальный диаметр воронки 20 м;
при обследовании в октябре 2013 года из 27 карстовых воронок были обнаружены всего 3 карстовых воронки, что явилось следствием работ по планировке поверхности в полосе отвода;
при обследовании и проведении топографической съемки в полосе 50 м в каждую сторону на всем протяжении участка было обнаружено 23 возможных карстовых воронок, не числящихся в паспортах. При этом средний диаметр воронок составил 4,2 м, а максимальный — 14 м;
подземные проявления карстового-суффозионного процесса фиксировались разведочными скважинами при этом из 209 скважин, пробуренных ранее в 113 было обнаружено поглощение бурового раствора, свидетельствующее о разуплотнении песков и суффозионных процессах, а в 19 скважинах обнаружены карстовые полости в кровле гипсов;
наиболее полную картину поражения участка карстово-суффозионными процессами представляют исследования методами малоглубинной сейсморазведки и гравиметрии. Анализ этих результатов показал, что на участке имеются обширные зоны разупрочнения песков и аномалии в их плотности, что вызвано суффозионными процессами, а также зоны сильнотрещиноватых гипсов.
Комплексная оценка карстовой опасности участка (поверхностных и подземных проявлений карста) проведена по пикетам. При обнаружении на пикете под железнодорожным путем карстово-суффозионных процессов ему присваивалась категория «весьма опасный», при возможности их развития под путь — «опасный». Категории карстовой опасности по пикетам представлены в таблице Г.1.
Уровень риска для всех пикетов, учитывая, категорию опасности, класс линии, тип карста и уровень его залегания от поверхности оказался «нежелательным».
В соответствии с пунктом 6.3 Методических указаний по оценке рисков земляного полотна определенный риск должен быть снижен, а обработка риска необходима.
При этом, учитывая, что везде уровень риска для железнодорожного пути оказался «нежелательным», на всем участке следует установить контрольно-оповестительную сигнализацию, а на участках, где под железнодорожным путем обнаружены карстово-суффозионные процессы выполнить работы по укреплению песчаной части оснований. Участки укрепления представлены в таблице Г.2.
В качестве методов укрепления основания земляного полотна могут быть предложены технологии струйной цементации (ground jet), анкерные (нагельные) конструкции, а также тампонаж карстовых полостей и зон разуплотнения грунтов основания.