Методика определения критериев оценки надежности участков железнодорожного пути, расположенных в сложных инженерно-геологических условиях (карст, оползни, обвалы)

(утв. Распоряжением ОАО «РЖД» от 06.02.2017 № 237р)

Утверждена Распоряжением ОАО «РЖД» от 6 февраля 2017 г. № 237р

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ УЧАСТКОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ, РАСПОЛОЖЕННЫХ В СЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ (КАРСТ, ОПОЛЗНИ, ОБВАЛЫ)

Введение

В соответствии с требованиями Технического регламента Таможенного союза «О безопасности инфраструктуры железнодорожного транспорта» (ТР ТС 003/2011, утвержденного решением Комиссии Таможенного союза от 15 июля 2011 г. № 710) все составные части железнодорожного пути (земляное полотно, верхнее строение пути и другие) по прочности, несущей способности и устойчивости должны обеспечивать безопасное движение железнодорожного подвижного состава с наибольшими скоростями в пределах допустимых значений.

При этом безопасность инфраструктуры железнодорожного транспорта определяется, как состояние инфраструктуры, при котором отсутствует недопустимый риск, связанный с причинением вреда жизни или здоровью граждан, имуществу физических или юридических лиц, государственному или муниципальному имуществу, а также окружающей среде, жизни или здоровью животных и растений.

В свою очередь положения Федерального закона от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» (далее — Технический регламент о безопасности зданий и сооружений) к земляному полотну как к грунтовому сооружению, включая его основание, требуют обеспечения его безопасности при возникновении и развитии опасных природных процессов и явлений.

Соблюдение требований указанных технических регламентов предопределяет необходимость определения критериев надежности участков железнодорожного пути, расположенных в сложных инженерно-геологических условиях, в том числе на территориях развития карста и склоновых процессов в виде оползней и скально-обвальных явлений. При этом для целей методического обеспечения определения степени риска должны быть определены численные значения критериев оценки надежности.

Согласно современной классификации деформации земляного полотна, вызванные развитием карста, оползней и скально-обвальных явлений, относятся к деформациям, повреждениям и загромождениям, которые обусловлены возникновением природных чрезвычайных ситуаций из-за развития этих процессов, и могут быть напрямую не связаны с техническим состоянием и содержанием железнодорожного пути. Кроме того, необходимо учитывать, что площадь зоны влияния этих природных процессов может быть значительно больше площади полосы отвода железной дороги.

Карстово-суффозионные процессы относятся к наиболее опасным природным процессам и явлениям. Опасность развития карстового процесса для железнодорожного пути обусловлена возможностью образования в его основании различных проявлений карста в виде провалов, воронок, оседаний, которые, в свою очередь, могут являться причинами образования деформаций земляного полотна и, как следствие, приводить к резкому искажению геометрии рельсовой колеи. Кроме того, возможно формирование в основании и зонах расположения инженерных сооружений подземных проявлений карста в виде полостей, обводненных сильно трещиноватых и разуплотненных зон грунтов.

Суммарная протяженность участков пути сети дорог ОАО «РЖД», подверженных карстовым деформациям составляет 224,1 км или 13,1% от общего протяжения деформирующихся участков пути, расположенных в сложных инженерно-геологических условиях.

Наибольшее распространение карстовые деформации имеют место на Горьковской, Свердловской и Куйбышевской железных дорогах.

Опасность проявления оползневых и скально-обвальных процессов для железнодорожного пути обусловлена, прежде всего, возможностью повреждения и загромождения верхнего строения пути, земляного полотна и его защитных и укрепительных устройств. Активизация оползней может являться причиной образования деформаций основной площадки и откосов земляного полотна и, как следствие, приводить к резкому искажению геометрии рельсовой колеи. Кроме того, возможно загромождение отверстий искусственных сооружений и деформации их конструкций.

По данным анализа Центра обследования и диагностики инженерных сооружений — филиала ОАО «РЖД» (далее — Центр ИССО) суммарная протяженность скально-обвальных участков пути сети дорог ОАО «РЖД» составляет 8,8%, а участков с оползнями около 1% от общего протяжения всех деформирующихся мест земляного полотна. Несмотря на относительно небольшое протяжение, данные участки следует отнести к наиболее опасным деформирующимся участкам, которые требуют повышенных затрат на их текущее содержание и ремонт.

Наибольшее распространение оползни имеют на Северо-Кавказской и Куйбышевской железных дорогах, на которых отмечается около 80% протяжения всех оползневых деформаций.

Наибольшая протяженность скально-обвальных участков пути приходится на Северо-Кавказскую, Дальневосточную, Забайкальскую, Восточно-Сибирскую и Красноярскую железные дороги.

В составе настоящей Методики определения критериев надежности участков железнодорожного пути, расположенных в сложных инженерно-геологических условиях (карст, оползни, обвалы) (далее — Методика) разработаны конкретные примеры определения численных показателей надежности объектов земляного полотна, которые приведены в приложениях А, Б и В. Данные примеры составлены с использованием результатов многолетних наблюдений за деформациями земляного полотна, проведенных Дзержинской, Туапсинской и Новокузнецкой дистанциями пути.

Настоящая Методика разработана на кафедре Путь и путевое хозяйство Московского государственного университета путей сообщения Императора Николая II (МГУПС (МНИТ), д.т.н. Ашпизом Е.С. и к.т.н. Савиным А.Н.

1. Общие положения

1.1. Настоящая Методика регламентирует порядок определения численных значений критериев оценки надежности участков железнодорожного пути, расположенных на территориях развития карста, оползней и скально-обвальных явлений, в виде обвалов, вывалов и осыпей.

1.2. При разработке настоящей Методики учтены положения действующего законодательства Российской Федерации, в том числе Технического регламента о безопасности инфраструктуры железнодорожного транспорта, а порядок разработки критериев оценки надежности участков железнодорожного пути принят в соответствии с положениями СТО РЖД 1.02.033-2010 «Управление ресурсами на этапах жизненного цикла, рисками и анализом надежности (УРРАН). Порядок идентификации опасностей и рисков», утвержденного распоряжением ОАО «РЖД» от 13 декабря 2010 г. № 2570р и СТО РЖД 02.041-2011 «Управление ресурсами, рисками и надежностью на этапах жизненного цикла (УРРАН). Системы, устройства и оборудование путевого хозяйства. Требования надежности и функциональной безопасности», утвержденного распоряжением ОАО «РЖД» от 22 марта 2012 г. № 560р.

1.3. Настоящая Методика базируется на результатах паспортизации, обследовательских работ и комплексных инженерных изысканий, которые должны проводиться на карстоопасных, оползневых и скально-обвальных участках пути, в том числе в пределах территорий установленных охранных зон, где определяется специальный режим ведения хозяйственной деятельности.

1.4. Состав и порядок проведения работ при паспортизации, обследовании и инженерных изысканиях определен положениями раздела 7 настоящей методики.

1.5. Определение численных значений показателей надежности карстоопасных, оползневых и скально-обвальных участков железнодорожного пути должно проводиться в соответствии с положениями раздела 8 настоящей методики.

1.6. Настоящая Методика предназначена для использования в производственной деятельности подразделениями ОАО «РЖД», осуществляющими надзор, текущее содержание, диагностику и мониторинг земляного полотна железнодорожного пути.

2. Нормативные документы и стандарты

В настоящей Методике 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»;

Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации, утвержденные приказом Минтранса России от 21 декабря 2010 г. № 286;

Инструкция по расшифровке лент и оценке состояния рельсовой колеи по показаниям путеизмерительного вагона ЦНИИ-2 и мерам по обеспечению безопасности движения поездов, утвержденная МПС России от 14 октября 1997 г. № ЦП-515;

Инструкция по содержанию искусственных сооружений, утвержденная МПС России от 28 декабря 1998 г. № ЦП-628;

ГОСТ 9238-2013. Габариты железнодорожного подвижного состава и приближения строений, введенный в действие приказом Росстандарта от 22 ноября 2013 г. № 1608-ст;

ГОСТ 32192-2013. Надежность в железнодорожной технике. Основные понятия. Термины и определения, введенный в действие приказом Росстандарта от 30 декабря 2013 г. № 2420-ст;

ГОСТ Р 55443-2013. Железнодорожный путь. Номенклатура показателей надежности и функциональной безопасности, утвержденный приказом Росстандарта от 25 июня 2013 г. № 186-ст;

ГОСТ 33433-2015. Безопасность функциональная. Управление рисками на железнодорожном транспорте, введенный в действие приказом Росстандарта от 4 декабря 2015 г. № 2108-ст;

СП 47.13330.2012. Свод правил. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96, утвержденный приказом Госстроя России от 10 декабря 2012 г. № 83/ГС;

СНиП 22-01-95. Геофизика опасных природных воздействий, принятые постановлением Минстроя России от 27 ноября 1995 г. № 18-100;

СП 116.13330.2012. Свод правил. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 22-02-2003, утвержденный приказом Минрегиона России от 30 июня 2012 г. № 274;

СП 238.1326000.2015. Свод правил. «Железнодорожный путь», утвержденным приказом Минтранса России от 6 июля 2015 г. № 209;

СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Части I — III, одобренный письмом Госстроя России от 17 февраля 2004 г.;

СТО РЖД 1.02.033-2010 «Управление ресурсами на этапах жизненного цикла, рисками и анализом надежности (УРРАН). Порядок идентификации опасностей и рисков», утвержденный распоряжением ОАО «РЖД» от 13 декабря 2010 г. № 2570р;

СТО РЖД 02.041-2011 «Управление ресурсами, рисками и надежностью на этапах жизненного цикла (УРРАН). Системы, устройства и оборудование путевого хозяйства. Требования надежности и функциональной безопасности», утвержденный распоряжением ОАО «РЖД» от 22 марта 2012 г. № 560р;

Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного пути, утвержденная МПС России 30 марта 1998 г. № ЦП-544;

Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути в карстоопасных районах, утвержденная распоряжением ОАО «РЖД» от 30 ноября 2011 г. № 2576р;

Инструкция по проведению диагностики земляного полотна на железных дорогах ОАО «РЖД», утвержденная распоряжением ОАО «РЖД» от 12 декабря 2011 г. № 2663р;

Технические требования на проведение инженерных обследований и изысканий на участках железнодорожного пути в карстоопасных районах, утвержденные распоряжением ОАО «РЖД» от 8 июня 2011 г. № 1237р;

Инструкция по надзору за состоянием земляного полотна на участках, подверженных оползням, селям и скально-обвальным явлениям на железных дорогах ОАО «РЖД», утвержденная распоряжением ОАО «РЖД» от 30 декабря 2015 г. № 3163р.

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 настоящей Методике применяются следующие термины с соответствующими определениями.

3.1. Активизация оползня: увеличение скорости смещения масс горных пород.

3.2. Активный оползень: оползень, по которому наблюдаемые величины деформаций больше нуля, а также имеются внешние признаки деформаций в виде трещин, уступов оползания и пр.

3.3. Базис оползня: подошва склона (откоса) или отдельный выполаживающийся участок склона, где движение оползневых масс прекращается под влиянием факторов сопротивления и происходит аккумуляция оползневых масс.

3.4. Безопасность земляного полотна: свойство земляного полотна, обеспечивать безопасное движение железнодорожного подвижного состава с наибольшими скоростями в пределах допустимых значений в течение заданного периода времени.

3.5. Бровка земляного полотна: линия сопряжения основной площадки земляного полотна с откосом.

3.6. 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.

3.7. Вывалы: выпадение отдельных обломков с поверхностей склонов или откосов выемок (полувыемок) при сравнительно устойчивых скальных массивах и их падение вниз под влиянием силы тяжести.

3.8. Выемка: конструкция земляного полотна, при которой обе его бровки заглублены относительно земной поверхности.

3.9. Габарит приближения строений: предельное поперечное перпендикулярное оси железнодорожного пути очертание, внутрь которого помимо железнодорожного подвижного состава не должны попадать никакие части сооружений и устройств, а также лежащие около железнодорожного пути материалы, запасные части и оборудование.

3.10. Долговечность земляного полотна: его способность сохранять свои эксплуатационные свойства в течение как можно большего времени.

3.11. Дренажи: устройства для перехвата и отведения от земляного полотна подземных грунтовых вод или понижения их уровня до определенных отметок.

3.12. Дефект земляного полотна: отступление геометрических размеров земляного полотна от современных технических норм.

3.13. 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.

3.14. 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.

3.15. Загромождения земляного полотна: возникновение на земляном полотне инородных тел, предметов или грунта в результате внешних природных или техногенных воздействий, препятствующее его нормальному функционированию.

3.16. Защитные сооружения земляного полотна: сооружения, построенные для защиты земляного полотна от разрушения, повреждений и загромождения в результате действия неблагоприятных природных явлений и процессов.

3.17. 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.

3.18. Исправное состояние земляного полотна: состояние земляного полотна, при котором оно соответствует всем требованиям нормативной или технической документации.

3.19. Критические параметры: параметры, определяющие надежность и функциональную безопасность железнодорожного пути.

3.20. Карст: комплексный геологический процесс, обусловленный растворением подземными и (или) поверхностными водами горных пород, проявляющийся в их ослаблении, разрушении, образовании пустот и пещер, изменении напряженного состояния пород, динамики, химического состава и режима подземных и поверхностных вод, в развитии суффозии (механической и химической), эрозий, оседаний, обрушений и провалов грунтов и земной поверхности.

3.21. Карстово-суффозионные процессы: взаимосвязанное развитие карстового процесса и суффозии. При изучении и оценке карста включаются в состав карстового процесса.

3.22. Карстовый риск: вероятность возникновения опасной ситуации вследствие негативного влияния карстовых процессов, являющейся причиной нанесения вреда жизни и здоровью граждан, ущерба для железнодорожного транспорта и окружающей среды.

3.23. Карстоопасный участок пути: участок железнодорожного пути, имеющий опасность возникновения деформаций, вызванных проявлениями карста.

3.24. Карстующаяся порода: скальная или полускальная горная порода, подверженная растворению.

3.25. Надежность земляного полотна: свойство земляного полотна находиться в течение заданного срока эксплуатации без отказов.

3.26. Насыпь: конструкция земляного полотна, при которой обе его бровки возвышаются над земной поверхностью.

3.27. 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.

3.28. 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.

3.29. Обвалы: отрыв масс горных пород склонов, бортов и их падение вниз под влиянием силы тяжести с опрокидыванием и перекатыванием без воздействия воды.

3.30. 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.

3.31. Оползни: смещение горных пород со склонов, бортов карьеров, строительных выемок под действием веса грунта и объемных и поверхностных сил;

3.32. Основание насыпи: часть геологической среды под насыпью, на которую распространяется нагрузка от веса верхнего строения пути и насыпи, а также воздействие от подвижного состава.

3.33. Основная площадка: верхняя поверхность земляного полотна, на которой располагается верхнее строение пути, через которую передаются воздействия подвижного состава.

3.34. Осыпи: отделение с последующим падением или (чаще) скатыванием отдельных обломков породы, по размерам соответствующих щебню от мелкого до крупного.

3.35. Откосы: искусственно созданные боковые наклонные поверхности земляного полотна, формирующие поперечный профиль.

3.36. 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.

3.37. Повреждения земляного полотна: деформации земляного полотна, вызванные внешними природными или техногенными факторами.

3.38. Полный отказ земляного полотна: потеря работоспособности объекта при интенсивном развитии деформаций земляного полотна или основания, приводящая к перерыву в движении поездов.

3.39. 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.

3.40. 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.

3.41. 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.

3.42. 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.

3.43. Проявления карста: аномалии в толще карстующихся пород, покрывающих их грунтах или на земной поверхности, образовавшиеся вследствие карстовых или карстово-суффозионных процессов.

3.44. Работоспособное состояние земляного полотна: состояние земляного полотна без отступлений от норм и допусков его устройства и содержания или с отступлениями от указанных норм и допусков, но при условии обеспечения безопасного пропуска поездов с установленной скоростью.

3.45. Склон: естественный наклонный участок поверхности земли, ограничивающий различные формы рельефа.

3.46. Сложные инженерно-геологические условия: участки, где распространены опасные геологические процессы или в земляном полотне или его основании находятся специфические грунты.

3.47. Стабильность земляного полотна: его способность сохранять прочность, устойчивость и отсутствие накопления остаточных деформаций в течение длительного срока.

3.48. Суффозия: разрушение и вынос потоком подземных вод отдельных компонентов и крупных масс дисперсных и сцементированных обломочных пород, в том числе слагающих структурные элементы скальных массивов.

3.49. Укрепительные устройства земляного полотна: устройства, предназначенные для защиты поверхностей земляного полотна и его сооружений от процессов водной или ветровой эрозии.

3.50. Частично работоспособное состояние земляного полотна: состояние земляного полотна с отступлениями от норм и допусков его устройства и содержания, вызывающими ограничения движения поездов.

3.51. Частичный отказ земляного полотна: частичная потеря работоспособности объекта при развитии деформаций земляного полотна или основания, требующая введения ограничения скорости движения поездов.

4. Анализ карстовой опасности для участков железнодорожного пути

4.1 Типизация карста

Разнообразие природных и техногенных условий развития карста предопределяет его возможные воздействия на состояние железнодорожного пути. Выделяют четыре основных критерия типизации карста:

литологический состав карстующихся пород;

особенности залегания карстующихся пород относительно земной поверхности и уровня подземных вод;

проявление карстовых деформаций;

влияние техногенных воздействий на развитие карстового процесса.

По литологическому составу и растворимости карстующихся пород различают три основные типа карста: карбонатный (известняки, доломиты, мел), сульфатный (гипс, ангидрит) и галоидный (каменная соль, калийная соль).

Если карстовым процессом затронуты различные типы горных пород, то различают смешанный карст — карбонатно-сульфатный и т.д.

Развитие карстового процесса напрямую зависит от скорости растворения горных пород. При этом скорость растворения карбонатных пород ничтожно мала (доли миллиметра в год на поверхности растворения), у сульфатных пород она на порядок выше, и еще выше скорость растворения солей.

Растворение карстовых пород, прежде всего, обуславливается величиной градиента концентрации между жидкой фазой и насыщенным пограничным слоем на поверхности карстующихся пород. Учитывая, что основными карстующимися породами являются известняки, доломиты, гипсы, ангидриты, каменная и калийная соль величина максимально возможных градиентов в природных водных системах будет определяться максимальными величинами растворимости этих соединений в водных растворах. Поэтому определение степени минерализации подземных вод CaCO3, CaMgCO3, CaSO4 и NaCl является важным показателем при определении скорости развития карстового процесса на конкретных участках железнодорожного пути. При этом могут быть использованы методики, описание которых приведено, например, в ТСН 11-301-2004. Инженерно-геологические изыскания для строительства на закарстованных территориях Пермской области, введенные 1 января 2005 г.

В зависимости от расположения карстующихся пород относительно земной поверхности карст подразделяется на два типа: открытый карст и покрытый карст. При открытом карсте карстующиеся породы выходят на земную поверхность. При покрытом карсте над карстующимися породами залегают нерастворимые породы (пески, глины, суглинки и т.д.).

Глубина залегания карстующихся пород, при которой карст может проявиться на земной поверхности в виде различных карстовых деформаций (провалов, оседаний и др.) может достигать 100 м и более.

В соответствии с Инструкцией по текущему содержанию железнодорожного пути в карстоопасных районах, утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» от 30 ноября 2011 г. № 2576р (далее — Инструкция по текущему содержанию пути в карстоопасных районах) необходимо учитывать глубину залегания карстующихся пород относительно сжимаемой толщи основания и рабочей зоны земляного полотна, что влияет на методы оценки карстовой опасности и выбор способов противокарстовой защиты.

При этом если карстующиеся породы расположены в пределах сжимаемой толщи и (или) рабочей зоны, карст классифицируется как неглубокий, а за указанными пределами по глубине как глубокий.

В зависимости от степени водопроницаемости грунтов покровной толщи следует различать следующие подтипы покрытого карста:

карстующиеся породы покрыты водонепроницаемыми грунтами;

карстующиеся породы покрыты водопроницаемыми грунтами;

карстующиеся породы покрыты водопроницаемыми и водонепроницаемыми грунтами.

При наличии в покровной толще водопроницаемых грунтов может происходить вынос песчано-глинистых грунтов (суффозия) в нижерасположенные полости и трещиноватые зоны. Такой процесс называется карстово-суффозионным. Отличительной чертой данного процесса является его чувствительность к инфильтрации поверхностной воды, в том числе из водопропускных и водоотводных сооружений, в грунт, а также к вибродинамическим воздействиям от подвижного состава.

Проявления карстовых деформаций следует подразделять на поверхностные проявления, которые затрагивают покровную грунтовую толщу и выходят на поверхность грунта, и подземные, которые не проявляются на поверхности грунта.

К поверхностным проявлениям относятся: провалы, локальные оседания, карстовые воронки (ранее образовавшиеся провалы), общие (медленные) оседания, карстовые (карстово-суффозионные) просадки, неравномерные осадки, коррозионные воронки (в условиях открытого карста).

Механизмы протекания карстовых деформаций приведены в приложении В Инструкции по текущему содержанию пути в карстоопасных районах.

К подземным проявлениям карста в покровной грунтовой толще относятся древние погребенные карстовые воронки, локальные зоны разуплотнения грунтов и полые пространства, или промежуточные полости.

Важно отметить, что зоны разуплотнения и промежуточные полости взаимосвязаны между собой и со временем могут переходить друг в друга. Срок существования промежуточных полостей, как правило, весьма небольшой (до месяца в песчаных породах и до нескольких лет в глинистых породах). При этом над разуплотненными зонами существует повышенная опасность образования локальных оседаний земной поверхности, а над промежуточными полостями — провалов. При расположении этих аномалий в сжимаемой зоне основания или в рабочей зоне земляного полотна очень высока вероятность поражения земляного полотна провалом или локальным оседанием земной поверхности.

Кроме того, к подземным проявлениям в толще карстующихся пород относятся: системы взаимосвязанных полостей (заполненных целиком или частично водой, обрушенными породами или привнесенными грунтами за счет суффозии и подземной эрозии); трещиноватые зоны; породы, разрушенные вследствие карстового процесса до состояния щебня и муки; вертикальные и горизонтальные каналы; коррозионные воронки на поверхности карстующихся пород (в условиях покрытого карста).

По степени влияния естественных и техногенных факторов на развитие карстового процесса и его проявлений в Инструкции по текущему содержанию пути в карстоопасных районах выделены следующие типы:

естественный карст (карст и его проявления развиваются при преобладающем влиянии природных факторов);

техногенный карст (карст и его проявления развиваются при преобладающем влиянии техногенных факторов);

естественно-техногенный карст (карст и его проявления развиваются при существенном воздействии как природных, так и техногенных факторов).

4.2 Основные параметры карстового процесса

Для целей категорирования карста, с точки зрения его опасности для железнодорожного пути, с учетом положений Инструкции по текущему содержанию пути в карстоопасных районах, могут быть выделены следующие основные параметры:

количество карстовых деформаций в виде поверхностных проявлений Nпов, шт. (воронки, оседания земной поверхности, просадки и пр.);

средний dср, м, и максимальный dmax, м, диаметры воронок;

среднее lср, м, и максимальное lmax, м, протяжение оседания земной поверхности и/или просадок вдоль железнодорожного пути;

минимального расстояния L, м, от бровки свежего провала до подошвы земляного полотна;

количество подземных проявлений карста, в виде локальных зон разуплотнения грунтов и промежуточных полостей Nпод, шт.;

глубина расположения, выделенных подземных проявлений карста hпод, м;

минимальное расстояние от обнаруженного подземного проявления карста до подошвы земляного полотна F, м.

При этом зона оценки проявлений карстовых деформаций, согласно Инструкции по текущему содержанию пути в карстоопасных районах принимается по 50 м от бровок земляного полотна в обе стороны. Следует отметить, что в зависимости от местных условий (расположение водоотводов, защитных и укрепительных сооружений земляного полотна) эта зона может быть увеличена.

5. Анализ оползневой опасности для участков железнодорожного пути

5.1 Факторы, определяющие развитие и активизацию оползней

Участки пути, расположенные на оползневых склонах, относятся к наиболее сложным по инженерно-геологическим условиям участкам, на которых существует опасность возникновения внезапных деформаций, напрямую угрожающих безопасности движения поездов, и последствиями которых являются значительные затраты на восстановление и ремонт железнодорожного пути.

При этом опасность для участков железнодорожного пути, зависит от особенностей возможных оползневых смещений, которые характеризуются периодической активизацией в многолетнем цикле и сложностью полной стабилизации склона, которая, как правило, требует больших капитальных вложений.

Развитие оползней является сложным и многофакторным процессом. Факторы, определяющие развитие и активизацию оползней могут быть разделены на два типа: факторы-условия и факторы-процессы. К первым принято относить факторы, отражающие исходное состояние геологической среды: рельеф, литологию, условия залегания и инженерно-геологические свойства горных пород, положение уровней грунтовых вод и пр. Ко второй группе относятся факторы и процессы, изменяющие исходное состояние склона: речная, морская и овражная эрозия, подрезка и пригрузка склона, тектонические изменения рельефа, сейсмическая активность, нарушение условий поверхностного стока и, как следствие увеличение обводненности пород и пр.

Степень опасности конкретного склона в первую очередь определяется его генетическим типом и возрастом, геологическим строением и крутизной рельефа. В значительной степени на развитие и активизацию оползней влияет литологический состав пород и наклон их слоев. При наличии зон распространения глинистых пород (глин, суглинков, аргиллитов) поверхности смещения оползней, преимущественно, проходят именно по этим зонам.

Средняя крутизна оползневых склонов составляет от 6 град. до 15 град., увеличиваясь до 20 град. — 25 град. в прочных породах, а при наличии рыхлых водонасыщенных делювиально-оползневых накоплений смещения могут происходить и при уклонах рельефа 3 град. — 4 град.

Возрастание оползневой опасности может произойти при наличии эрозионной и абразивной подсечки основания склона, которая приводит к увеличению крутизны склона и снижению его устойчивости. К снижению устойчивости склона могут привести и процессы суффозии.

На процесс развития оползней влияют современные тектонические и неотектонические движения, которые могут приводить к увеличению высоты и крутизны склонов, а в отдельных случаях и к образованию крутых тектонических уступов.

Сейсмические воздействия приводят к снижению устойчивости склонов. При этом степень проявления сейсмической силы зависит от инженерно-геологических условий территории. Обводненные грунты имеют большее приращение балльности по сравнению с фоновой балльностью региона. Поэтому повышение уровня подземных вод, особенно в верхней толще, приводит к повышению балльности в зависимости от видов грунтов ее слагающих.

Существенное влияние на формирование, развитие и активизацию оползней оказывают режимы грунтовых и подземных вод, дренируемые склонами, за счет проявления гидростатического и гидродинамического давления в трещиноватых массивах пород.

Подавляющее количество оползней формируется в приповерхностной зоне (глубиной до 10 м) весьма интенсивного выветривания и разрушения пород. При этом объемы оползней, имеющих одинаковый генетический тип и крутизну падения поверхностей отчленения, зависят от высоты и крутизны склонов.

Активизация оползней, при прочих равных условиях, в наибольшей мере определяется климатическими условиями территории. Подавляющее большинство оползней происходит после затяжных водообильных дождей, оттепелей и снеготаяния.

При этом оползневые процессы характеризуются цикличностью своего развития, инерционностью проявления, эффектом запаздывания во времени воздействия факторов на процессы и их проявления, эффектом совпадения во времени экстремальных параметров факторов и их одновременного воздействия на активизацию оползней.

Отдельно следует отметить негативную роль техногенных воздействий, приводящих к активизации оползней. Устройство различных выемок на оползневых склонах, их пригрузка отвалами грунта, строительство зданий и сооружений, техногенное обводнение массивов грунтов при устройстве искусственных водоемов и утечек воды из водонесущих коммуникаций, распашка склонов и вырубка лесонасаждений могут служить прямой причиной активизации оползней.

5.2 Типизация оползней

Для целей разработки критериев оценки надежности оползневых участков пути принята классификация оползней, приведенная в Технологическом регламенте диагностики и режимных наблюдений объектов земляного полотна для постоянной эксплуатации, утвержденным Департаментом пути и сооружений ОАО «РЖД» 4 декабря 2006 г. (далее — Технологический регламент диагностики), с дополнениями, которая предусматривает типизацию оползней, характерных для районов расположения участков пути, по следующим таксономным признакам.

А) По глубине расположения поверхности смещения различают поверхностные (глубина до 5 м) и глубокие (от 5 м и более) оползни.

Б) По морфологическому типу оползни классифицируются на:

оползни циркообразные (отделение оползневого массива на склоне по дугообразной кривой, образующей полукольцо, при отношении ширины оползня к глубине расположения поверхности смещения более 2);

оползни фронтального типа, вытянутые вдоль склона (ширина оползня значительно превышает длину, измеряемую по направлению движения);

оползни глетчерообразные, вытянутые по склону (длина оползня значительно больше его ширины);

оползни с суженой горловиной (ширина оползня в нижней части значительно меньше ширины в средней части);

оползни ложкообразные с оползневым цирком в верхней части склона и глетчерообразным грунтовым потоком в нижней;

оползни угловатых очертаний (разновидность — лабиринт);

оползни без ясных границ (результат медленного пластического течения оползневых масс пород);

оползни сложные, образовавшиеся в результате разрастания и сочетания более простых форм.

В) По механизму формирования:

блоковые оползни сжатия;

оползни сдвига;

оползни разжижения (вязкопластические);

оползни гидродинамического выноса;

оползни комбинированного (сложного) механизма.

Классификация по механизму формирования оползня является наиболее важной, от нее зависит правильное определение активности оползня, методики организации мониторинга, а также тип противодеформационных мероприятий, с другой стороны определение механизма формирования оползня вызывает наибольшие трудности, поэтому необходимо отметить характерные опознавательные признаки для классификации, известные из инженерной геологии.

Блоковые оползни сжатия (названия по другим классификациям: оползни выдавливания, раздавливания, оседания, выпирания, фронтальные, оползни из-за деформаций в основании склона или деформаций в отдельных слоях) выявляют по следующим основным признакам:

геологические: наличие слоя (слоев) глинистых грунтов в основании или средней части склона;

геомеханические: давление сжатия от веса покрывающих пластов на глинистый грунт соответствующего горизонта превышает структурную прочность этого грунта;

геоморфологические:

а) превышение размера оползня по фронту (по протяжению косогора) над его длиной по падению склона;

б) ступенчатый рельеф оползневого склона;

в) относительно пологая поверхность средней и нижней частей оползневого склона;

г) нередко наличие призмы (клина) проседания и тыловой части блока, примыкающего к стенке срыва (верхней границе) оползня;

д) на активных оползнях нередки фронтальные гребни в основании оползневых блоков и вал сжатия (выпирания) в нижней (языковой) части оползня.

Оползни сдвига (названия по другим классификациям: оползни скольжения, срезания, соскальзывания, покровные) выявляют по следующим основным признакам:

геологические: наличие в массиве зон (поверхностей) ослабления, наклоненных в сторону падения склона;

геомеханические: сдвигающие напряжения по поверхности ослабления превышают структурную прочность грунта на сдвиг;

геоморфологические:

а) преимущественно высокие и крутые склоны;

б) циркообразная или вытянутая форма в плане в сторону падения склона (длина оползня превышает ширину).

При активизации оползней сдвига в горных районах, на последнем этапе их развития, возможно образование обломочно-глыбовых каменных лавин, которые характеризуются очень быстрым перемещением массы обломочно-глыбового материала.

Оползни разжижения (другие названия: оползни течения, потоки, оплывины, пластические, вязкопластические) выявляют по следующим основным признакам:

геологические: наличие дискретных грунтов, обладающих слабым структурным скелетом и малой фильтрационной способностью;

геомеханические: возникновение давления воды в порах грунта, соизмеримое с его прочностью;

геоморфологические: сильно вытянутая форма в виде потока, иногда с оползневым цирком с суженой горловиной; поверхность тела оползня мелкобугристая, трещиноватая.

Кроме того, различают оползни внезапного разжижения, которые характеризуются внезапным разрушением структурных связей и разжижением неуплотненных обводненных грунтов при сейсмических и/или динамических (вибрация, взрывы и пр.) воздействиях.

Оползни гидродинамического выноса характеризуются разрушением структуры обводненного песчаного (супесчаного) грунта под действием фильтрационных сил, смещением этого грунта и вышележащих пород с последующим течением смещающихся масс. При этом выделяются подтипы данных оползней:

оползни суффозионные (образование и развитие суффозионной ниши);

оползни гидродинамического выпора (сдвиг обводненных пород единым массивом с последующим растеканием).

Кроме классификации самих оползней важным является положение трассы железной дороги на оползневом косогоре и наличие вблизи ее активных проявлений оползневого процесса, поэтому по этим признакам оползневые участки пути могут быть классифицированы следующим образом.

А) По расположению пути на склоне косогора:

участки пути, расположенные непосредственно на оползне (трасса железной дороги проходит между головой возможного оползня и его базисом, т.е. поверхность смещения оползня расположена в основании земляного полотна);

участки пути, расположенные у подошвы оползня (базис оползня расположен выше бровки основной площадки земляного полотна);

участки пути, расположенные выше головы оползня (бровка отрыва оползня расположена ниже подошвы земляного полотна).

Б) По протяженности участка пути в пределах оползневого склона: до 100 м, от 100 м до 1 км и более 1 км.

В) По стадии развития оползневого процесса на склоне:

устойчивые — развиты только старые, стабилизировавшиеся оползни;

неустойчивые — имеются свежие проявления активизации оползней в охранной зоне, но отклонений геометрии рельсовой колеи от норм содержания и деформаций земляного полотна не наблюдается;

деформирующиеся — наблюдается активизация оползня, которая вызывает отступления или неисправности геометрии рельсовой колеи и деформации земляного полотна.

5.3 Основные параметры оползневого процесса

Для целей категорирования оползневой опасности для участков железнодорожного пути, с учетом принятой классификации оползней, положений Технологического регламента диагностики, Инструкции по проведению диагностики земляного полотна на железных дорогах ОАО «РЖД», утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» от 12 декабря 2011 г. № 2663р (далее — Инструкция по диагностике земляного полотна), Инструкции по надзору за состоянием земляного полотна на участках, подверженных оползням, селям и скально-обвальным явлениям на железных дорогах ОАО «РЖД», утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» от 30 декабря 2015 г. № 3163р, СП 116.13330.2012. Свод правил. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 22-02-2003, утвержденный приказом Минрегиона России от 30 июня 2012 г. № 274 (далее — СП 116.13330.2012) и СНиП 22-01-95. Геофизика опасных природных воздействий, принятые и введенные в действие постановлением Минстроя России от 27 ноября 1995 г. № 18-100 (далее — СНиП 22-01-95) могут быть выделены следующие основные параметры оползневого процесса:

высота оползневого склона Hскл, м, определенная как разность отметок бровки отрыва и базиса оползня;

угол наклона склона к горизонту Uнскл, град.;

ширина оползня Bопл, м;

длина оползня по образующей склона Lопл, м;

глубина расположения поверхности смещения hпс, м;

глубина расположения уровня(ей) подземных вод hпв, м;

углы наклона слоев пород, по которым проходит поверхность смещения Uнсл, град.;

расчетные характеристики грунтов, слагающих склон (наименование, удельный вес \gamma , кН/м3, удельное сцепление C, кПа, угол внутреннего трения \varphi , град. и пр.);

протяженность участка железнодорожного пути в пределах предполагаемого оползня Lуч, м;

расстояние от оси земляного полотна до бровки срыва lбс, м;

расстояние от оси земляного полотна до базиса оползня lбаз, м;

значения расчетных коэффициентов устойчивости по наиболее вероятным поверхностям смещения Kуст, д.ед.;

количество проявлений активизации оползня, в виде деформаций оползневого склона Nпов, шт. (циркообразные понижения поверхности склона, уступы, трещины, выпоры грунта и пр., выходы подземных вод в виде родников, мочажин, заболоченных участков поверхности);

расстояния от бровки земляного полотна и подошв откосов до мест возникновения деформаций поверхности оползневого склона Lд, м;

количество деформаций в виде повреждений и загромождений верхнего строения пути и земляного полотна и/или образования валов грунта в непосредственной близости от пути с нарушением габарита приближения строений Nрз, шт.;

количество деформаций земляного полотна Nзп, шт. (продольные и поперечные трещины в пределах основной площадки земляного полотна, местные понижения обочин, уступы оползания на откосах, местное взбугривание откосов, бугры выпора грунта у подошв откосов и пр.);

количество зафиксированных отступлений и неисправностей геометрии рельсовой колеи в виде просадок, перекосов и рихтовок Nггр, шт.;

количество и протяженность нестабильных участков пути Nнуч, шт., Lнуч, м (определяется по показаниям вагонов путеизмерителей);

количество деформаций сооружений для отвода поверхностных и перехвата подземных вод, защитных и укрепительных сооружений земляного полотна, а также противодеформационных конструкций и искусственных сооружений Nиссо, шт.

При этом перечисленные параметры определяются в ходе проведения паспортизации, обследовательских работ и изысканий (подробно см. раздел 7 настоящей методики), и периодически уточняются в ходе проведения надзора и мониторинга за состоянием оползневого участка пути.

Зона оценки проявлений оползневой опасности (охранная зона) предварительно может быть принята в границах, которые назначаются на расстоянии 50 м от границ полосы отвода с верховой и низовой сторон соответственно. Границы охранных зон отдельных участков пути, могут быть уточнены по результатам выполнения на них обследовательских работ и изысканий. В этом случае в качестве охранной, может быть назначена территория вдоль пути, ограниченная линиями, проходящими на расстоянии 50 м от точек выхода на дневную поверхность кривых оползания склона, для которых коэффициент устойчивости Kуст <= [Kуст] (определяется в соответствии с рекомендациями СП 238.1326000.2015 Свод правил. «Железнодорожный путь», утвержденного приказом Минтранса России от 6 июля 2015 г. № 209) с учетом следующих положений:

для участков пути, расположенных непосредственно на активном оползне, в охранную зону включают всю площадь поверхности оползня;

для участков пути, расположенных у подошвы активного оползня, в охранную зону включают всю площадь поверхности оползня, если базис оползня расположен ближе 10 м от бровки основной площадки земляного полотна для поверхностных и 30 — 50 м — для глубоких оползней;

для участков пути, расположенных выше головы активного оползня, в охранную зону включают всю площадь поверхности оползня, если бровка срыва оползня находится ближе 10 м от подошвы площадки земляного полотна для поверхностных и 30 — 50 м — для глубоких оползней.

6. Анализ опасности скально-обвальных явлений для участков железнодорожного пути

6.1 Типизация скально-обвальных явлений

В соответствии с Инструкцией по содержанию земляного полотна железнодорожного пути, утвержденной МПС России от 30 марта 1998 г. № ЦП-544 (далее — Инструкция по содержанию земляного полотна) к деформациям при скально-обвальных процессах относятся:

оползание рыхлых отложений по контакту со скальными породами;

вывалы;

обвалы;

осыпи.

Обвально-осыпные явления имеют одинаковый механизм развития и отличаются только по размеру движущейся массы пород. Во всех случаях они представляют собой отчленение массы горной породы (блоки, глыбы, отдельные камни и частицы) с последующим падением или скатыванием по поверхности склона или откоса (часто, от ударов, отдельные камни подскакивают над поверхностью земли).

К обвалам принято относить очень быстрые (до скорости свободного падения) смещения значительных объемов горной массы, а к вывалам столь же быстрое смещение отдельных камней (скальных обломков и глыб) объемом до 0,5 м3 — 1 м3.

Осыпи представляют собой скатывание отдельных обломков породы, по размерам соответствующих щебню от мелкого до крупного. Крутизна поверхности осыпи 32 — 33 град. для песчаных осыпей, 32 — 36 град. для мелко щебнистых и 38 — 40 град. для крупно щебнистых.

При развитии скально-обвальных явлений основная опасность для участков железнодорожного пути заключается в возможности повреждения и загромождения земляного полотна и/или попадания отдельных крупных скальных обломков в габарит приближения строений. Кроме того, существует опасность повреждения опор контактной сети, устройств связи и СЦБ, а также перекрытия сечений продольных водоотводных устройств скоплениями горной массы.

Активизации скально-обвальных явлений способствуют сейсмические воздействия.

Основные характеристики деформаций при развитии скально-обвальных явлений приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Характеристика деформаций на скально-обвальных участках пути

Вид деформации	Опознавательные признаки	Причины возникновения	Характерные особенности участков пути
Оползание рыхлых отложений по контакту со скальными породами	Взбугривание естественной поверхности склона с образованием продольных трещин в грунтовой толще; выше бровки откоса наблюдается наклон деревьев в низовую сторону; выходы взвесей мелкозема в понижениях рельефа и отложения песчано-глинистого материала у основания скального откоса; накопление на закюветной полке продуктов выветривания пород, слагающих склон	Подрезка склона при сооружении выемок (полувыемок) без принятия мер по закреплению неустойчивых массивов склона; отсутствие или неудовлетворительная организация поверхностного стока и отвода грунтовых вод с контакта рыхлых отложений с подстилающим скальным грунтом; завышенная крутизна склона	Выемки и полувыемки на скально-обвальных участках
Вывалы одиночных скальных обломков	Наличие массивов и обломков у основания склона или откоса; раздробление пород скальных массивов на отдельные блоки; переслоение легковыветривающихся пород с более устойчивыми к выветриванию литологическими разностями, образующими карнизы	Воздействие природных факторов деформируемости: промерзания-оттаивания, увлажнения-высыхания, ветровая эрозия и т.п., влияние грунтовых вод; последствия сооружения выемок методом взрыва, действие сейсмических сил	Выемки и полувыемки на скально-обвальных участках
Обвалы	Нависающие массивы пород на крутых откоса и склонах; появление расширяющихся трещин; неблагоприятное по отношению к пути направление поверхностей ослабления (трещин и слоистости); наличие обрушившихся около подошвы откоса или загромождающих путь масс пород	Нарушение общей устойчивости из-за завышенной крутизны склона или откоса в результате выветривания пород, нарушений их целостности при производстве работ взрывным способом	Выемки и полувыемки на скально-обвальных участках
Осыпи	Перемещение под действием силы тяжести дресвяно-щебенистых продуктов выветривания горных пород с поверхности откосов или склонов к их подошве. Навалы материала осыпи у подошвы склона или откоса	Выветривание поверхностных слоев слабых пород под воздействием природных факторов (промерзание-оттаивание и пр.); завышенная крутизна склона или его части, превышающая угол естественного откоса материала осыпи; отсутствие или нарушения водоотводов	Выемки и полувыемки на скально-обвальных участках

6.2 Основные параметры скально-обвальных явлений

Для целей категорирования опасности развития скально-обвальных явлений на участках железнодорожного пути, с учетом положений Инструкции по диагностике земляного полотна, Инструкции по содержанию земляного полотна, СП 116.13330.2012 и СНиП 22-01-95 могут быть выделены следующие основные параметры:

высота склона Hскл, м, определенная как разность отметок его бровки и подошвы;

угол наклона склона к горизонту Uнскл, град.;

ширина склона Bск, м;

длина склона по образующей Lск, м;

углы наклона слоев выветрелых горных пород, образующих обвалы, вывалы и осыпи Uнсл, град.;

мощность слоев выветрелых горных пород, образующих обвалы, вывалы и осыпи hнсл, град.;

протяженность участка железнодорожного пути в пределах зон развития скально-обвальных явлений Lуч, м;

расстояние от оси земляного полотна до козырьков скального грунта и крупных массивов или обломков, свободно расположенных на склоне, обрушение или падение которых может создать угрозу для безопасности движения поездов Lкам, м;

предполагаемые объемы возможных обвалов Qоб, м3;

размеры и масса скальных обломков (камней) свободно расположенных на склоне Dкам, м, Mкам, т;

предполагаемые объемы возможных осыпей Qос, м3;

расчетные характеристики скальных и крупнообломочных грунтов, слагающих склон (наименование, удельный вес \gamma , кН/м3, прочность на сжатие, удельное сцепление C, кПа, угол внутреннего трения \varphi , град. и пр.);

значения расчетных коэффициентов устойчивости скальных массивов Kуст, д.ед.;

расчетная дальность падения скальных обломков (камней) Lmax, м;

количество деформаций в виде повреждений и загромождений верхнего строения пути и земляного полотна при обвалах и/или падений крупных скальных обломков (камней) в непосредственной близости от пути с нарушением габарита приближения строений Nрз, шт.;

количество случаев повреждения опор контактной сети, устройств связи и СЦБ, защитных и укрепительных сооружений земляного полотна, а также противодеформационных конструкций, улавливающих и искусственных сооружений при смещении по склону масс горных пород Nиссо, шт.;

количество случаев возникновения обвалов, падения скальных обломков (камней) и схода осыпей, за пределами габарита приближения строений и/или перекрытия массами горных пород водоотводных сооружений, улавливающих пазух противообвальных сооружений, путевых полок и траншей Nоб, шт.

При этом, как и для оползневых участков пути, перечисленные параметры определяются в ходе проведения паспортизации, обследовательских работ и изысканий (подробно см. раздел 7 методики), и периодически уточняются в ходе проведения надзора и мониторинга за состоянием участка.

В качестве охранной зоны для скально-обвальных участков пути может быть назначена территория, граница которой с верховой стороны проходит по бровке склона, а с низовой стороны ограничивается полосой отвода.

7. Паспортизация карстоопасных, оползневых и скально-обвальных участков

7.1. Определение показателей надежности, функциональной и конструктивной безопасности участков железнодорожного пути, расположенных в сложных инженерно-геологических условиях (карст, оползни, обвалы), производится вероятностно-статистическими методами, использование которых предусмотрено:

СТО РЖД 1.02.033-2010 «Управление ресурсами на этапах жизненного цикла, рисками и анализом надежности (УРРАН). Порядок идентификации опасностей и рисков», утвержденным распоряжением ОАО «РЖД» от 13 декабря 2010 № 2570р (далее — СТО РЖД 1.02.033-2010);

СТО РЖД 02.041-2011 «Управление ресурсами, рисками и надежностью на этапах жизненного цикла (УРРАН). Системы, устройства и оборудование путевого хозяйства. Требования надежности и функциональной безопасности», утвержденным распоряжением ОАО «РЖД» от 22 марта 2012 № 560р (далее — СТО РЖД 02.041-2011);

ГОСТ 32192-2013. Надежность в железнодорожной технике. Основные понятия. Термины и определения, введенным в действие приказом Росстандарта от 30 декабря 2013 № 2420-ст (далее — ГОСТ 32192-2013);

ГОСТ Р 55443-2013. Железнодорожный путь. Номенклатура показателей надежности и функциональной безопасности, утвержденным и введенным в действие приказом Росстандарта от 25 июня 2013 г. № 186-ст (далее — ГОСТ Р 55443-2013);

ГОСТ 33433-2015. Безопасность функциональная. Управление рисками на железнодорожном транспорте, введенным в действие приказом Росстандарта от 4 декабря 2015 г. № 2108-ст (далее — ГОСТ 33433-2015).

Поэтому определение численных значений параметров, характеризующих указанные природные процессы, должно производиться для однородных групп участков железнодорожного пути.

7.2. В общем случае паспортизация земляного полотна карстоопасных, оползневых и скально-обвальных участков пути включает в себя: районирование территории в пределах дороги, проведение обследовательских работ и комплекса инженерных изысканий на участках железнодорожного пути, и прилегающих к ним охранных зонах в выделенных районах проявления и развития опасных природных процессов.

7.3. Последовательность проведения паспортизации регламентирована положениями Методики паспортизации и мониторинга состояния земляного полотна в неблагоприятных инженерно-геологических условиях, утвержденной Департаментом пути и сооружений ОАО «РЖД» 30 ноября 2008 г.

7.4. Районирование территории в пределах дороги производится по материалам карт распространения и степени опасности природных процессов территории Российской Федерации.

При этом предусматривается использование материалов «Атласа природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций в Российской Федерации» (далее — Атлас) и различных карт распространения перечисленных геологических опасностей. Районирование может быть уточнено по материалам других источников, например региональных геологических фондов, материалов геологических и геологоразведочных партий, фондов проектных институтов (материалы изысканий прошлых лет, рабочие проекты усиления и капитального ремонта земляного полотна), топографические карты, инженерно-геологические карты четвертичных отложений и другие материалы.

В выделенных при районировании зонах производится типизация (классификация) карстовых, оползневых и скально-обвальных процессов по степени опасности их проявления и развития для железнодорожного пути.

Полная классификация природных опасностей может быть произведена только на основе проведения обследовательских работ и комплексных инженерных изысканий, выполненных на конкретных участках пути, и прилегающих к ним охранных зонах. Поэтому на данном этапе она выполняется приближенно с уточнением впоследствии отсутствующих характеристик и параметров, и может быть предварительно определена по материалам Атласа.

7.5. Далее производится выделение участков пути, в зонах, расположения которых потенциально возможно возникновение природных чрезвычайных ситуаций, связанных с развитием карста, активизацией оползней и скально-обвальных явлений.

Перечни участков составляются отдельно по направлениям дорог и видам природных опасностей. В перечнях должны содержаться пикетажные границы выделенного участка, тип земляного полотна, высота насыпи (глубина выемки), начальные сведения о типизации (классификации) природных процессов, полученные в ходе районирования.

Земляное полотно, проходящее в районах распространения карста, является потенциальным к возникновению на нем деформаций, независимо от типа и размеров данной геологической опасности. Поэтому, в соответствующий перечень участков должны быть включены все участки пути, проходящие по закарстованным территориям.

На каждый участок, включенный в соответствующий перечень, составляется «Паспорт объекта», куда последовательно заносят результаты паспортизации.

7.6. На всем протяжении участков, включенных в соответствующие перечни, проводятся обследовательские работы. Применительно к участкам, расположенным в зонах развития и проявления карста, оползней и скально-обвальных явлений порядок и состав обследовательских работ регламентирован Инструкцией по текущему содержанию пути в карстоопасных районах, Инструкцией по диагностике земляного полотна, Инструкцией по содержанию земляного полотна, Технологическим регламентом и Техническими требованиями на проведение инженерных обследований и изысканий на участках железнодорожного пути в карстоопасных районах, утвержденными распоряжением ОАО «РЖД» от 8 июня 2011 г. № 1237р (далее — Технические требования).

В составе обследовательских работ выполняется:

1. Сбор и анализ материалов, характеризующих предысторию эксплуатации и современное состояние участка пути.

2. Проведение натурного осмотра объекта.

3. Выполнение фото- и видеосъемки характерных мест проявления оползневых и скально-обвальных процессов.

4. Обмерные работы по земляному полотну и искусственным сооружениям с определением наличия их дефектов и деформаций.

5. Осмотр и обмерные работы защитных, укрепительных и противодеформационных сооружений, ранее устроенных на объекте.

6. Определение обводненности земляного полотна с зарисовкой родников и заболоченных участков.

7. Определение состояния водоотводящих и дренажных устройств в пределах объекта и на подходах к нему.

8. Составление плановой схемы участка, с нанесением коммуникаций.

9. Камеральная обработка материалов обследования, с заполнением соответствующих паспортов объектов.

Этап сбора и анализа материалов по объекту является одним из наиболее важных. Источниками сбора материалов 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 Положением о проведении реконструкции (модернизации) железнодорожного пути;

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 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 Диагностических центров 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.

Натурный осмотр участка включает в себя визуальный осмотр всех элементов железнодорожного пути (в том числе водоотводных, защитных и укрепительных устройств и искусственных сооружений), а также местности в пределах охранной зоны.

При проведении натурного осмотра производится:

уточнение пикетажных границ участков;

проверка, корректировка и дополнение собранных данных, с учетом современного состояния земляного полотна, водоотводов, защитных и укрепительных сооружений;

предварительное назначение границ охранных зон;

составление плановых схем и описаний;

составление технического задания с указанием: цели изысканий, характеристики изучаемого объекта (в т.ч. данных наблюдений дистанции пути, выполненных за период наблюдений ремонтов пути и их результатов), перечня выдаваемых характеристик и границ работ.

Особое внимание при проведении натурного осмотра должно обращаться на наличие дефектов и деформаций земляного полотна или их признаков, а также на признаки проявления геологических опасностей в назначенных охранных зонах.

Особо следует выделить необходимость использования материалов аэрокосмической съемки, и/или использования видеосъемки с помощью беспилотных малогабаритных летательных аппаратов, управляемых оператором при помощи пульта, непосредственно с пути.

7.7. На основе анализа результатов районирования, собранного материала и натурного осмотра производится уточнение ранее составленных перечней участков, с одновременным выделением объектов, на которых необходимо проведение инженерных изысканий.

В общем случае в составе инженерных изысканий выполняются:

инженерно-геодезические изыскания;

инженерно-геофизические изыскания;

инженерно-геологические изыскания;

инженерно-гидрометеорологические изыскания (при необходимости);

инженерно-экологические изыскания (при необходимости);

гидрогеологические исследования;

лабораторные работы и экспериментальные исследования по определению свойств грунтов и подземных вод;

микрорайонирование (зонирование) закарстованной территории по характеру и степени карстоопасности.

Проведение изысканий должно проводиться по специально разработанным программам, составленным отдельно по их видам.

Порядок проведения, состав и требования к выполнению инженерных изысканий регламентируются Техническими требованиями, Технологическим регламентом, Инструкцией по текущему содержанию пути в карстоопасных районах, Инструкцией по диагностике земляного полотна, Инструкцией по содержанию земляного полотна, СП 47.13330.2012. Свод правил. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96, утвержденный приказом Госстроя России от 10 декабря 2012 г. № 83/ГС, СП 116.13330.2012 и СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Части I — III, одобренный письмом Госстроя РФ от 17 февраля 2004 г. № 9-20/112. При этом в техническом задании на выполнение инженерно-геологических изысканий по паспортизации участков земляного полотна должно быть предусмотрено разделение работ на этапы.

8. Критерии оценки надежности

8.1 Условия возникновения отказов

Категорирование отказов и их определение принято в соответствии с СТО РЖД 02.041-201 и ГОСТ 32192-2013, а условия и последствия их возникновения приняты в соответствии с положениями Инструкцией по диагностике земляного полотна и Инструкцией по содержанию земляного полотна. На этих основаниях определены условия возникновения отказов железнодорожного пути по вине возникновения карстовых деформаций, активизации оползней и проявления скально-обвальных явлений.

Условия возникновения отказов железнодорожного пути по вине возникновения карстовых деформаций приведены в таблице 8.1.

Таблица 8.1

Условия возникновения отказов железнодорожного пути по вине возникновения карстовых деформаций

Категория отказа	Характеристика карстовой деформации	Последствия возникновения отказа
Полный отказ	Возникновение провала под основной площадкой земляного полотна диаметром более 1 м	Перерыв в движении поездов и/или необходимость восстановления работоспособности с одновременной разработкой и реализаций противокарстовых мероприятий с превышением уровня запланированных затрат <1>. Необходимость проведения мероприятий экологической защиты
	Возникновение провалов под земляным полотном вне основной площадки диаметром более 3 м и на расстоянии 10 м — 30 м <2> от подошвы земляного полотна любого диаметра при наличии угрозы обрушения откосов земляного полотна
	Возникновение локальных оседаний, просадок, неравномерных осадок под основной площадкой земляного полотна на участках скоростного движения
	Нарушения устойчивости кровли карстовых полостей под фундаментами опор мостов
Частичный отказ	Возникновение провала под основной площадкой земляного полотна диаметром до 1 м <2>	Необходимость введения ограничения скоростей движения поездов из-за обнаружения неисправности геометрии рельсовой колеи и/или необходимость проведения дополнительных инженерных изысканий без превышения уровня запланированных затрат
	Возникновение провалов диаметром не более 3 м под земляным полотном и на расстоянии 10 м — 30 м от подошвы земляного полотна любого диаметра без угрозы обрушения откосов земляного полотна
	Наличие подземных проявлений карста в виде полостей и/или разуплотненных зон в рабочей зоне земляного полотна
	Возникновение локальных оседаний, просадок, неравномерных осадок под основной площадкой земляного полотна
	Наличие подземных проявлений карста над подошвой фундамента опор мостов
Предотказ	Возникновение провалов и/или наличие подземных проявлений карста на расстоянии более 30 м от подошвы земляного полотна	Необходимость дополнительных затрат на ликвидацию карстовой деформации без превышения уровня запланированных затрат
	Возникновение локальных оседаний, просадок, неравномерных осадок вне основной площадки земляного полотна
	Наличие повышенного водопритока трещинно-карстовых вод в тоннели
Примечания: 1. Уровни запланированных затрат на восстановление объекта, а также на разработку и реализацию противокарстовых мероприятий должны быть установлены на стадии разработки проекта оценки и управления рисками в отдельном порядке. 2. Кроме участков скоростного движения, где возникновение данной деформации должно квалифицироваться, как полный отказ. 3. Расстояние от подошвы земляного полотна до бровки провала или до обнаруженного подземного проявления карста назначается в зависимости от типа карста, в соответствии с положениями Инструкции по текущему содержанию пути в карстоопасных районах.

Условия возникновения отказов железнодорожного пути при активизации оползней приведены в таблице 8.2.

Таблица 8.2

Условия возникновения отказов железнодорожного пути при активизации оползней

Категория отказа	Характеристика оползневых деформаций	Последствия возникновения отказа
Полный отказ	Повреждение или загромождение верхнего строения пути	Перерыв в движении поездов. Необходимость восстановления работоспособности поврежденных элементов с одновременной разработкой и реализаций противодеформационных мероприятий с превышением уровня запланированных затрат <1>
	Повреждение или загромождение земляного полотна и/или образования валов грунта в непосредственной близости от пути с нарушением габарита приближения строений
	Образование оползня на склоне с низовой стороны, с одновременным оползанием откоса насыпи
	Возникновение отступлений геометрии рельсовой колеи (далее — ГРК) IV степени по просадкам, перекосам, отклонениям по уровню и в плане, требующих закрытия движения поездов <2> по вине активизации оползня <3>
	Повреждения элементов ИССО (мостов, путепроводов, эстакад, водопропускных труб), опор контактной сети, при условии отклонений контактного провода от проектного положения более допустимой величины, устройств связи и СЦБ по вине активизации оползня <4>
Частичный отказ	Возникновение деформаций земляного полотна в виде продольных и/или поперечных трещин в пределах основной площадки, резкая осадка обочин, уступов оползания на откосах с выпором грунта у их подошв и пр. по вине активизации оползня	Необходимость введения ограничений скоростей движения поездов. Проведение дополнительных ремонтных работ по верхнему строению пути, земляному полотну и ИССО
	Возникновение отступлений IV степени по просадкам, перекосам, отклонениям по уровню и в плане и/или сочетаний отступлений в плане и профиле ГРК и/или отступлений по параметрам устройства пути в кривых, требующих введения ограничения скоростей движения поездов <2> по вине активизации оползня <3>	Необходимость проведения дополнительных обследовательских работ (инженерных изысканий) без превышения уровня запланированных затрат <5>
	Возникновение неисправностей (отказов) ИССО (мостов, путепроводов, эстакад, водопропускных труб), требующих введения ограничений скоростей движения поездов <6>
Предотказ	Возникновение отступлений ГРК II — III степени по просадкам, перекосам, отклонениям по уровню и в плане по вине активизации оползня <3>	Необходимость дополнительных затрат без превышения их запланированного уровня <5> на проведение ремонтных работ, ликвидацию последствий деформаций, проведение дополнительных обследовательских работ
	Образование деформаций оползневого склона в виде смещения масс грунтов, оплывин, местных понижений поверхности склона, трещин и пр., выходы подземных вод в виде родников и пр. в пределах территории охранной зоны без угрозы безопасности движению поездов
	Возникновение дефектов и деформаций сооружений для отвода поверхностных и перехвата подземных вод, защитных и укрепительных сооружений земляного полотна, противодеформационных конструкций и ИССО без угрозы безопасности движению поездов по вине активизации оползня
Примечания 1. Уровни запланированных затрат на восстановление объекта, а также на разработку и реализацию противодеформационных мероприятий должны быть установлены на стадии разработки проекта оценки и управления рисками в отдельном порядке. 2. В соответствии с положениями «Инструкции по расшифровке лент и оценке состояния рельсовой колеи по показаниям путеизмерительного вагона ЦНИИ-2 и мерам по обеспечению безопасности движения поездов, утвержденной МПС России от 14 октября 1997 г. № ЦП-515». 3. Определяется в ходе проведения дополнительных обследовательских работ, в том числе с использованием метода статистической обработки записей путеизмерительного вагона, инженерных изысканий и расчетов устойчивости склона. При анализе данных паспортов дистанций пути прошлых лет (формы ПУ-9, ПУ-28) к отказам по вине активизации оползня следует относить только случаи возникновения неисправностей и отступлений ГРК, возникшие в периоды неблагоприятных погодных условий (затяжные дожди, оттепели, снеготаяние). Отнесение к данному виду отказов всех случаев возникновения неисправностей и отступлений ГРК может привести к необоснованному увеличению количества отказов, связанных с активизацией оползней. 4. Решение о закрытии движения поездов должно приниматься в зависимости от характера повреждений в соответствии с требованиями Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации, утвержденных приказом Минтранса России от 21 декабря 2010 г. № 286 (далее — ПТЭ) и соответствующих Инструкций в каждом конкретном случае. 5. При условии превышения уровня запланированных затрат, связанных с проведением ремонтных работ и/или дополнительных обследовательских работ (инженерных изысканий) отказ может классифицироваться, как частичный. 6. Определяется в соответствии с Инструкцией по содержанию искусственных сооружений, утвержденной МПС России от 28 декабря 1998 г. № ЦП-628.

Условия возникновения отказов железнодорожного пути при проявлении скально-обвальных явлений приведены в таблице 8.3.

Таблица 8.3

Условия возникновения отказов железнодорожного пути при проявлении скально-обвальных явлений (обвалы, вывалы, осыпи)

Категория отказа	Характеристика проявлений скально-обвальных явлений	Последствия возникновения отказа
Полный отказ	Повреждение или загромождение верхнего строения пути	Перерыв в движении поездов. Необходимость восстановления работоспособности элементов с одновременной разработкой и реализаций противодеформационных мероприятий с превышением уровня запланированных затрат <1>
	Повреждение или загромождение земляного полотна и/или падение крупных скальных обломков (камней) в непосредственной близости от пути с нарушением габарита приближения строений
	Повреждение опор контактной сети, устройств связи и СЦБ и ИССО при обвалах и вывалах
Предотказ	Обнаружение в непосредственной близости от пути на крутых откосах скальных выемок и полувыемок нависающих массивов горных пород, с появлением быстро расширяющихся трещин и/или свободно лежащих на откосах крупных скальных обломков (камней) <2>	Необходимость дополнительных затрат на уборку осыпей, срезку и оборку скальных карнизов, проведение дополнительных обследовательских работ (инженерных изысканий) с одновременной разработкой проектов капитального ремонта и/или устройства противодеформационных сооружений без превышения уровня запланированных затрат <3>
	Перекрытия массами горных пород водоотводных сооружений, улавливающих пазух противообвальных сооружений, путевых полок и траншей
	Повреждение отдельных элементов противодеформационных конструкций (сеток, анкеров, элементов их крепления и пр.)
	Образование обвалов, вывалов и сход осыпей без нарушения габарита приближения строений
Примечания 1. Уровни запланированных затрат на восстановление объекта, а также на разработку и реализацию противодеформационных мероприятий должны быть установлены на стадии разработки проекта оценки и управления рисками в отдельном порядке. 2. При непосредственной угрозе движению поездов и при необходимости закрытия движения или введения ограничений скоростей движения поездов по решению начальника дистанции пути в данном случае отказ должен категорироваться как значимый (полный) или существенный (частичный). 3. При условии превышения уровня запланированных затрат отказ может классифицироваться, как значительный.

8.2 Критерии оценки надежности карстоопасных, оползневых и скально-обвальных участков

В соответствии с СТО РЖД 02.041-2011 в качестве численных критериев оценки надежности принимаются.

а) критерии безотказности:

вероятность безотказной работы P(x);

вероятность отказа Q(x);

интенсивность отказов \lambda(\text{х}) , 1/год.

б) критерии функциональной безопасности:

вероятность безопасной работы Pб(x);

вероятность опасного отказа Qоп(x);

интенсивность опасных отказов \lambda_{\text{оп}}(\text{х}) , 1/год.

8.3 Порядок определения численных критериев надежности

8.3.1. Общий порядок определения численных критериев надежности может быть принят по алгоритму, в основу которого положено, пять основных принципов:

1. Показатели надежности карстоопасных, оползневых и скально-обвальных участков пути (объектов) и их ранжирование по степени потенциальной опасности определяются отдельно по каждому виду опасного геологического процесса.

2. 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.

3. Формирование групп однородных объектов производится по равенству (подобию) выбранных на основе моделей деформирования значимых параметров объектов, в качестве которых принимаются их физические характеристики (см. пункты 4.2, 5.3 и 6.2 настоящей методики). При этом формирование группы по признаку наличия или отсутствия на объекте отказов (отнесение в группу только деформирующихся объектов или наоборот) не допускается.

4. 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).

5. За объектами с показателями надежности ниже допустимых значений устанавливается мониторинг, включающий инструментальные наблюдения, по результатам которого показатели надежности постоянно уточняются.

8.3.2. Учитывая специфику опасности рассматриваемых геологических процессов для участков железнодорожного пути (см. разделы 4, 5 и 6 настоящей методики), а также положений по проведению паспортизации (см. раздел 7 настоящей методики) указанный алгоритм в пределах дороги и/или ее отдельного направления может быть поэтапно реализован в следующей последовательности.

Этап 1. На первом этапе проведения паспортизации, по результатам районирования производится выделение участков пути, и составляются общие перечни с указанием пикетажных значений начала и конца каждого участка, а также предварительно определенной степени опасности геологического процесса.

Этап 2. В дальнейшем, на основе результатов сбора и анализа архивных материалов, а также инженерно-геологических карт выделенные участки разбиваются на однородные классы, с учетом литологического состава карстующихся пород, а также с учетом генетических типов, возраста и геологического строения склонов.

Этап 3. На протяжении всех выделенных участков пути, и прилегающих к ним территориях охранных зон проводятся обследовательские работы. Площади охранных зон предварительно назначаются на основе положений разделов 4 - 6 настоящей методики, и впоследствии уточняются по результатам работ для каждого объекта.

При этом под объектом для карстовых деформаций понимается участок железнодорожного пути протяжением 1 км, а для оползневых и скально-обвальных деформаций участок пути, выделенный как опасный по геоморфологическим признакам, с учетом параметров указанных геологических процессов, которые приведены в пп. 4.2, 5.3 и 6.2 настоящей методики.

На данном этапе для объектов, где определена высокая степень проявления и развития опасных геологических процессов разрабатываются программы проведения инженерных изысканий.

Этап 4. По результатам обследовательских работ и инженерных изысканий производится формирование однородных групп объектов. Формирование однородных групп объектов должно производиться по основным параметрам опасных геологических процессов.

При этом деление на группы производится по примерному равенству наиболее значимых параметров, выбранных с использованием моделей деформирования склонов и основания земляного полотна и метода природных аналогий.

Этап 5. Для каждой однородной группы объектов производится определение численных показателей надежности.

Этап 6. Ранжирование групп по степени надежности, определение потенциально опасных объектов и выбор объектов для мониторинга, а также технико-экономический анализ.

Этап 7. Мониторинг карстоопасных, оползневых и скально-обвальных участков железнодорожного пути и корректировка по его результатам показателей надежности.

8.3.3. Процесс формирования однородных групп объектов носит итерационный характер. Состав этих групп может меняться по результатам проводимых работ, с уточнением степени опасности и численных значений показателей надежности конкретных объектов. Например, общего перечня объектов могут быть исключены участки пути, где в ходе проведения реконструкции (модернизации) проведены противодеформационные мероприятия, и где возникновение отказов, связанных с активизацией оползней и проявлением скально-обвальных явлений, исключено. Напротив, в общие перечни участков могут быть включены объекты, где в результате проявления указанных опасностей произошло повреждение противодеформационных конструкций, или где в результате техногенного воздействия создались условия для их активизации.

8.3.4. При определении численных показателей надежности объекта i-й однородной группы вводятся следующие условия и допущения:

1. Площадь территорий, где типы (подтипы) рассматриваемых геологических опасностей, имеют однородные параметры несоизмеримо больше, чем площадь охранной зоны выделенных объектов (группы объектов, при соблюдении правил ее формирования).

2. На данных территориях параметры и характер развития и проявления геологических процессов не зависит от конструкций земляного полотна железнодорожного пути.

3. Возникновение карстовых деформаций равновероятно по всей площади охранной зоны объекта (группы объектов).

4. Активизация и проявление оползней и скально-обвальных явлений равновероятна на всем протяжении участка железнодорожного пути, включенного в определенный перечень.

8.3.5. 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 в пределах территории охранной зоны объекта 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 = 0}^{N}P(k), (8.1)

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), (8.2)

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 выражается:

в возникновении карстовой деформации любого вида в пределах территории охранной зоны однородной группы объектов, при этом за интервал времени \Delta T принимается временной период эксплуатации железной дороги данного направления;

в повреждениях и загромождениях земляного полотна, расстройствах геометрии рельсовой колеи и деформациях склона при активизации оползней и проявлении скально-обвальных явлений, при этом за интервал времени \Delta T принимается временной период продолжительностью не менее 22 года.

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). (8.3)

При этом вероятность возникновения отказа вычисляется по формуле:

Q(\Delta t) = 1 - P(\Delta t). (8.4)

Аналогичным образом, заменив n — число отказов на nоп — число опасных отказов, шт., по формулам (8.2), (8.3) и (8.4), могут быть определены численные значения критериев функциональной безопасности:

вероятность безопасной работы Pб(x);

вероятность опасного отказа Qоп(x);

интенсивность опасных отказов \lambda_{\text{оп}}(\text{х}) , 1/год.

При этом за опасные принимаются полные и/или частичные отказы (см. пункт 8.1 настоящей методики).

8.3.6. Для целей прогнозирования, когда статистические данные отсутствуют, но карстовые деформации, приводящие к полным или частичным отказам, могут произойти используется подход, основанный на гипотезе пространственного распределения карстовых деформаций. Т.е. предполагая, что возникновение карстовых деформаций равновероятно по всей площади охранной зоны объекта (группы объектов) интенсивность потока отказов определяют по формуле:

\lambda_{\text{оп}(\text{от})} = S_{\text{оп}(\text{от})}/S_{\text{оз}} \cdot \lambda_{\text{оз}}, (8.5)

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 карстовые деформации);

\lambda_{\text{оз}} — интенсивность потока отказов, зафиксированных в однородной группе объектов на площади территории охранной зоны (определяется по формуле 8.2), 1/год.

Для оценки надежности объекта необходимо установление допустимой величины вероятности безотказной работы [P]. Для объектов земляного полотна в сложных инженерно-геологических условиях, на которых возможно возникновение деформаций основания земляного полотна значение величины [P] может быть задано, исходя из условия возникновения не более одного отказа за временной интервал tэкс, тогда при tэкс = 100 лет [P] = 0,99.

Для целей проектирования конструкций противокарстовой защиты важным является вопрос определения размера (диаметра воронки) карстовой деформации из условия не превышения его 1 раз в 100 лет, т.е. при доверительной вероятности Pд = 1 — [Q] = 0,99.

Данный вопрос решается путем определения доверительного интервала среднего значения размера карстовой деформации, в предположении нормального распределения вероятностей значений размеров карстовых деформаций.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Экзогенные геологические опасности. Тематический том / Под. ред. В.М. Кутепова, А.И. Шеко. — М.: Издательская фирма «КРУК», 2002. — 348 с.

2. ТСН 11-301-2004 Пермский край. Инженерно-геологические изыскания для строительства на закарстованных территориях Пермской области.

3. Технологический регламент диагностики и режимных наблюдений объектов земляного полотна для постоянной эксплуатации / ОАО «РЖД». МИИТ. — М.: НИИТКД, 2007. — 92 с.

4. Рекомендации по прогнозу устойчивости обвально-оползневых склонов / ПНИИС. — М.: Стройиздат, 1986. — 120 с.

5. Методика паспортизации и мониторинга состояния земляного полотна в неблагоприятных инженерно-геологических условиях. МИИТ / ОАО «РЖД». 2008.

6. Ашпиз Е.С. Мониторинг земляного полотна при эксплуатации железных дорог. — М.: Путь-пресс, 2002. — 112 с.

7. Атлас природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций в Российской Федерации / Под общей ред. С.К. Шойгу. — М.: ИГЦ «Дизайн. Информация. Картография», 2005. — 271 с.

8. Дублянская Г.Н., Дублянский В.Н. Картографирование, районирование и инженерно-геологическая оценка закарстованных территорий. — Новосибирск: Наука, 1992. — 144 с.

9. Радионов Н.В. Карст европейской части СССР, Урала и Кавказа. — М.: Госгеолтехиздат, 1963. — 171 с.

10. Карта распространения оползней на территории европейской части СССР и Кавказа. Масштаб 1:2500000, 1983 г. / ВСЕГИНГЕО. Спец. содержание карты разработали В.В. Кюнтцель, Н.С. Сергеева, Г.С. Тарасава. — М.: ГУГК при Совете министров СССР, 1986 г.

11. Кюнтцель В.В., Сергеева Н.С., Тихвинский И.О. Карта опасности развития оползней на территории Российской Федерации. — 1:5000000. — М.: ИГЦ РАН, 1991.

12. Золотарев Г.С. Инженерная геодинамика. М.: МГУ, 1983, 328 с.

13. Инженерная геология. В 8 томах. — М.: Изд-во МГУ, 1976 — 1978.

14. Толмачев В., Ройтер Ф. Инженерное карстоведение. — М.: Недра, 1985. — 152 с.

15. Риски в природе, техносфере, обществе и экономике / В.А. Акимов, В.В. Лесных, Н.Н. Радаев. МЧС России. — М.: Деловой экспресс. 2004. — 352 с.

Приложение А к Методике определения критериев оценки надежности участков железнодорожного пути, расположенных в сложных инженерно-геологических условиях (карст, оползни, обвалы)

ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛЕННЫХ КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ КАРСТООПАСНОГО УЧАСТКА

А.1. Общая характеристика участка пути

Настоящий пример определения численных критериев оценки надежности 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.

Участок двухпутный, электрифицированный, обслуживается Дзержинской дистанцией пути (ПЧ-4) Горьковской железной дороги.

Согласно данным таблицы 5 формы АГУ-4 класс 1 пути 1/В/1 и класс 2 пути — 1/Г/1. Установленные скорости движения пассажирских поездов 140 км/ч (кроме 395 км — 396 км 2 пути, где установлена скорость 120 км/ч соответственно) и грузовых поездов 90 км/ч. Грузонапряженность по 1 пути 36,1 млн. т брутто/1 км год, а по 2 пути — 23,7 млн. т брутто/1 км год.

Последний капитальный ремонт пути выполнен по 1 пути в 2003 году на 395 — 399 км и в 2001 году на 400 км, а по 2 пути в 1997 году на 395 — 396 км и в 1998 году на остальных километрах.

Протяженность участка пути составляет 6000 м. При этом суммарная протяженность кривых составляет 370 м, или 6,2% от протяжения всего участка. Минимальный радиус одной кривой равен 15400 м, а остальных более 20000 м.

Профиль пути первых трех километров находится на подъеме по ходу километров со средним уклоном 4‰ , с 398 км в пределах станции Жолнино путь находится в профиле на площадке, а со второй половины 400 км начинается слабый спуск.

Верхнее строение пути представлено бесстыковым путем, сваренным в плети из новых объемно-закаленных рельсов Р65, на железобетонных шпалах на скреплениях ЖБР с упругими клеммами и эпюрой 1840 шт./км, балласт щебеночный с толщиной под шпалой 0,40 м и более.

Земляное полотно на участке представлено тремя типами. От начала участка земляное полотно сооружено насыпями высотой 2 — 3 м.

На участке 396 км ПК 4 — ПК 8 высота насыпи возрастает до 6 м.

Участок за переездом от 397 км ПКЗ до 399 км ПК 6 проложен нулевым местом, далее опять насыпь высотой до 4 м и конец участка от 400 км ПК 7 опять нулевое место.

Водоотводные сооружения на участке представлены продольными канавами вдоль подошвы земляного полотна в пределах нулевых мест, других водоотводов и искусственных сооружений на участке не имеется.

А.2. Исходные данные к расчету

Карстологическое обследование участка, а также инженерно-геодезические, инженерно-геологические и инженерно-геофизические изыскания выполнены МИИТ в 2013 г.

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:

1. По типу и параметрам карстового процесса все объекты могут быть отнесены к одной однородной группе.

2. 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.

3. 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.

На основании этих данных категория карстоопасности по характеристикам карстопроявлений была определена для 395 км, 396 км, 398 км и 400 км как весьма опасная, и для 397 км и 399 км как опасная, а уровень карстового риска для пути на всех шести километров как нежелательный.

4. 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.

Исходные данные к расчету приведены в таблице А.1.

Таблица А.1

Исходные данные к расчету определения численных критериев надежности для объекта однородной группы карстоопасных участков пути 396 км — 400 км Сейма — Дзержинск

Наименование показателя	Значение показателя
Количество зафиксированных поверхностных карстовых деформаций n, шт.	50
Суммарное протяжение участка пути N, км	6
Обследованная площадь территории охранной зоны Sоз, м2	672 000
Площадь территории под основной площадкой земляного полотна в плане Sоп, м2	72 000
Площадь территории под откосными частями земляного полотна в плане Sот, м2	45 000
Продолжительность эксплуатации железной дороги данного направления \Delta\text{Т} , годы	153

А.3. Результаты расчета

Результаты расчета сведены в таблицу А.2.

Таблица А.2

Результаты расчета определения численных критериев надежности для объекта однородной группы карстоопасных участков пути 396 км — 400 км Сейма — Дзержинск

Расчетный критерий (формула расчета)	Порядок расчета	Значение критерия, д.ед.
Интенсивность потока отказов, при возникновении карстовых деформаций в охранной зоне \lambda_{\text{оз}} = n/(N \cdot \Delta T) , 1/год	50/(6*153)	0,0545
Вероятность безотказной работы при возникновении карстовых деформаций в охранной зоне в следующем году эксплуатации P_{\text{отк}}(\Delta t) = exp( - \lambda\Delta t) , д.ед.	Exp (-0,0545)	0,9467
Интенсивность потока опасных отказов, при возникновении карстовых деформаций под основной площадкой земляного полотна \lambda_{\text{оп}} = \frac{S_{\text{оп}}}{S_{\text{оз}}} \cdot \lambda_{\text{оз}} , 1/год	(72000/672000)*0,0545	0,0058
Вероятность безопасной работы при возникновении карстовых деформаций под основной площадкой земляного полотна в следующем году эксплуатации P_{\text{боп}}(\Delta t) = exp( - \lambda_{\text{оп}}\Delta t) , д.ед.	Exp (-0,0058)	0,9942
Интенсивность потока опасных отказов, при возникновении карстовых деформаций под откосными частями земляного полотна \lambda_{\text{от}} = \frac{S_{\text{от}}}{S_{\text{оз}}} \cdot \lambda_{\text{оз}} , 1/год	(45000/672000)*0,0545	0,0036
Вероятность безопасной работы при возникновении карстовых деформаций под откосными частями земляного полотна в следующем году эксплуатации P_{\text{бот}}(\Delta t) = exp( - \lambda_{\text{от}}\Delta t) , д.ед.	Exp (-0,0036)	0,9964

Вывод: В целом полученные результаты подтверждаются данными натурных наблюдений. При этом из полученных результатов видно, что вероятность безотказной работы карстоопасного участка пути в охранной зоне ниже допустимой, что подтверждает заключение о протекании на данной территории активного карстового процесса. Однако вероятность безопасной работы, при условии возможного возникновения карстовых деформаций непосредственно под основной площадкой и его откосными частями, выше допустимой.

Приложение Б к Методике определения критериев оценки надежности участков железнодорожного пути, расположенных в сложных инженерно-геологических условиях (карст, оползни, обвалы)

ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛЕННЫХ КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ ОПОЛЗНЕВОГО УЧАСТКА ПУТИ

Б.1. Общая характеристика участка пути

Настоящий пример определения численных критериев оценки надежности составлен для оползневого участка пути, расположенного на 1779 км — 1785 км (суммарное протяжение 5,3 км) линии Армавир — Туапсе Северо-Кавказской дирекции инфраструктуры.

Участок однопутный, проходит по территории Краснодарского края и обслуживается 19-ой Туапсинской дистанцией пути Северо-Кавказской железной дороги. Верхнее строение пути на участке: путь звеньевой, рельсы Р65 длиной 25 м, шпалы деревянные эпюрой 1840 шт./км на прямых и 2000 шт./км в кривых, балласт щебеночный.

Земляное полотно на данном участке представлено насыпями, высотой от 3 м до 5 м и полунасыпями, высотой от 1 м до 3 м по оси земляного полотна.

На учете в Туапсинской дистанции пути в паспорте формы ПУ-9 состоят оползневые участки пути: ПК 17789+70 — ПК 17801+45, ПК 17832+70 — ПК 17835+13 и ПК 17840+00 — ПК 17842+50.

Водоотводная система на участке представлена продольными и поперечными сооружениями, в виде канав и железобетонных лотков и перепадов. Кроме того, имеются поперечные дренажные прорези. Прорези согласно архивным данным выполнены в 1959 году для отвода воды из балластных углублений.

На ПК 17793+71, ПК 17834+66,37 и ПК 17842+23 расположены железобетонная труба отверстием 1,25 м, металлическая гофрированная труба диаметром 2,0 м и железобетонная труба отверстием 1,0 м соответственно.

Согласно климатическому районированию участок расположен в подрайоне IIIБ. Среднегодовая сумма осадков составляет 887 мм. Распределение осадков в году неравномерное. Снежный покров неустойчив. Число дней со снежным покровом 55. Средняя высота снежного покрова за зиму составляет от 4 см до 20 см, максимальная — 67 см.

Фоновая сейсмичность участка согласно картам ОСР-2015-А, В — 8 баллов. Категория грунтов по сейсмическим свойствам — II. Тектонических нарушений на самом участке и вблизи его по имеющимся литературным данным не наблюдается.

Б.2. Результаты паспортизации, обследовательских работ и инженерных изысканий

Районирование территории прохождения линии Армавир — Туапсе выполнено по Атласу. Фрагмент районирования для рассматриваемого участка пути приведен на рисунке Б.1.

В результате сбора и анализа материалов геологических фондов установлено, на данном участке земляное полотно отсыпано на старом оползневом склоне (Гурийский оползневой участок), который существовал еще до строительства железной дороги (более 100 лет назад). При строительстве железной дороги произошла подрезка старого оползневого склона, и грунты насыпей отсыпались на стабилизированные участки ниже по склону, что вызвало его перегрузку и способствовало активизации новых оползней. Базисом оползней служила и служит река Пшиш, на пойму которой выходят их языки.

Рисунок Б.1 Фрагмент районирования территории прохождения линии Армавир — Туапсе

Обследовательские работы (на всем протяжении участка) и инженерные изыскания (на протяжении участков, состоящих на учете в Туапсинской дистанции пути) были проведены в период с 2004 по 2008 год.

В результате выполнения этих работ и расчетов устойчивости установлены следующие классификационные признаки оползней:

по возрасту распространены старые и свежие оползни;

по фазам развития — это остановившиеся и движущиеся оползни;

по размерам — это огромные и средние;

по глубине захвата — очень глубокие и неглубокие;

по форме в плане — фронтальные и циркообразные.

Тип оползней — в основном оползни скольжения, но на отдельных участках имеются оползни выдавливания и срезания, в целом же на территории исследований — это оползни сложного механизма движения.

Оползневые отложения имеют весьма неоднородную мощность, представлены перемятыми грунтами коренного склона, характеризуются разнообразным составом и свойствами. Возраст оползневых отложений от более 100 лет до современных, что обосновывает и свойства пород.

По классификационным показателям — это глины, суглинки, супеси, гравелистые суглинки, гравийный грунт и песок. Грунты зон плоскостей скольжения представлены мягкопластичными обводненными глинами и суглинками. Мощность зон скольжения от 10 см до 70 см. Оползневые отложения не содержат выдержанных водоносных горизонтов.

Гидрогеологические условия исследуемого участка весьма сложные и в настоящее время их формирование происходит под воздействием естественных и антропогенных факторов. Во время проведения изыскательских работ подземные воды вскрыты отдельными скважинами на глубине 8 — 8,5 м. Питание грунтовых вод происходит за счет атмосферных осадков, притока из водоносного горизонта.

Участок расположен в голове оползня и практически сразу после его строительства начали возникать деформации, как в верхней части склона, так и с захватом пути. Примеры деформаций приведены на рисунках Б.2 - Б.8.

Рисунок Б.2 Оползание грунта склона с выходом к пути (1780 км ПК 5)

Рисунок Б.3 Оголенный после оползания грунта склон (1780 км ПК 5)

Рисунок Б.4 Неубранный сползший грунт от загромождения основной площадки насыпи (1780 км ПК 5)

Рисунок Б.5 Смещение оползневых масс с верховой стороны полунасыпи (1781 км)

Рисунок Б.6 Деформации железобетонного лотка из-за оползневых подвижек (1780 км)

Рисунок Б.7 Размыв выхода нагорной канавы (1785 км)

Рисунок Б.8 Поднятие ростверка свайной стенки из-за оползневых деформаций (1780 км)

На участке из-за оползневых деформаций постоянно ведутся работы по выправке пути. На всем протяжении 1779 км — 1785 км периодически выделяются нестабильные участки пути, где расстройства геометрии рельсовой колеи связаны с состоянием земляного полотна, а по результатам спектрального анализа выделяются длины просадок рельсовых нитей, характерные для активизации оползневых деформаций.

На участке неоднократно вводились ограничения скоростей движения поездов от 25 км/ч до 40 км/ч.

На участке проводились противодеформационные мероприятия в виде: отсыпки контрбанкетов из щебня, устройства свайных стенок из буронабивных свай, террасирования склона, а также устройства дренажей. Проведение данных мероприятий привели к стабилизации оползней по фронту их реализации.

Б.3. Исходные данные к расчету показателей надежности

Суммарная протяженность участка принята равной 5,3 км.

На основе результатов обследовательских работ и инженерных изысканий, в соответствии с положениями настоящей методики на данном участке пути выделено 5 опасных оползневых объектов, что согласуется с паспортами формы ПУ-9 Туапсинской дистанции пути.

За период времени наблюдений принят временной интервал \Delta\text{Т } = 30\text{годам} .

По архивным данным и паспортам формы ПУ-9 Туапсинской дистанции пути были получены данные об отказах, приведенные в таблице Б.1.

Таблица Б.1

Количество отказов на участке 1779 км — 1785 км

Категория отказа	Характеристика оползневых деформаций	Количество отказов, шт.
Полный отказ nзо, шт.	Повреждение или загромождение верхнего строения пути	1
	Повреждение или загромождение земляного полотна и/или образования валов грунта в непосредственной близости от пути с нарушением габарита приближения строений	2
	Образование оползня на склоне с низовой стороны, с одновременным оползанием откоса насыпи	1
	Закрытие движения поездов из-за возникновения отступлений ГРК по просадкам, перекосам, отклонениям по уровню и в плане по вине активизации оползня <1>	0
	Повреждения элементов ИССО (мостов, путепроводов, эстакад, водопропускных труб), опор контактной сети, при условии отклонений контактного провода от проектного положения величиной более допустимой, устройств связи и СЦБ по вине активизации оползня	0
Частичный отказ nсо, шт.	Возникновение деформаций земляного полотна в виде продольных и/или поперечных трещин в пределах основной площадки, резкая осадка обочин, уступов оползания на откосах с выпором грунта у их подошв и пр. по вине активизации оползня	12
	Введение ограничений скоростей движения поездов из-за возникновения отступлений по просадкам, перекосам, отклонениям по уровню и в плане по вине активизации оползня <1>	15
Предотказ nпо, шт.	Возникновение отступлений ГРК по просадкам, перекосам, отклонениям по уровню и в плане по вине активизации оползня, зафиксированных в формах ПУ-9	21
	Образование деформаций оползневого склона в виде смещения масс грунтов, оплывин, местных понижений поверхности склона, трещин и пр., выходы подземных вод в виде родников и пр. в пределах территории охранной зоны без угрозы безопасности движению поездов	15
	Возникновение дефектов и деформаций сооружений для отвода поверхностных и перехвата подземных вод, защитных и укрепительных сооружений земляного полотна, противодеформационных конструкций и ИССО без угрозы безопасности движению поездов по вине активизации оползня	5
Примечание 1. По данным архивных материалов и паспортов дистанции пути формы ПУ-9 определить степень неисправности не представляется возможным.

Б.4. Результаты расчета

Результаты расчета сведены в таблицу Б.2.

Таблица Б.2

Результаты определения численных критериев надежности для объекта однородной группы оползневых участков пути 1779 км — 1785 км Армавир — Туапсе

Расчетный критерий (формула расчета)	Порядок расчета	Значение критерия, д.ед.
Интенсивность потока значимых отказов \lambda_{\text{зо}} = n_{\text{зо}}/(N \cdot \Delta T) , 1/год	4/(5*30)	0,0267
Вероятность безопасной работы при возникновении значимого (полного) отказа в следующем году эксплуатации P_{\text{зо}}(\Delta t) = exp( - \lambda\Delta t) , д.ед.	Exp (-0,0267)	0,9736
Интенсивность потока существенных отказов \lambda_{\text{со}} = n_{\text{со}}/(N \cdot \Delta T) , 1/год	27/(5*30)	0,1800
Вероятность безотказной работы при возникновении существенного (частичного) отказа в следующем году эксплуатации P_{\text{со}}(\Delta t) = exp( - \lambda\Delta t) , д.ед.	Exp (-0,1800)	0,8353
Интенсивность потока несущественных отказов (предотказов) \lambda_{\text{по}} = n_{\text{по}}/(N \cdot \Delta T) , 1/год	41/(5*30)	0,2733
Вероятность безотказной работы при возникновении несущественного отказа (предотказа) в следующем году эксплуатации P_{\text{по}}(\Delta t) = exp( - \lambda\Delta t) , д.ед.	Exp (-0,2733)	0,7609

Вывод: Результаты расчетов численных показателей надежности характеризуют данные оползневые объекты, как опасные с активным протеканием оползневого процесса. Учитывая, что величины значений всех показателей надежности ниже допустимых, на данных объектах необходимо проведение противодеформационных мероприятий.

Приложение В к Методике определения критериев оценки надежности участков железнодорожного пути, расположенных в сложных инженерно-геологических условиях (карст, оползни, обвалы)

ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛЕННЫХ КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ СКАЛЬНО-ОБВАЛЬНОГО УЧАСТКА ПУТИ

В.1. Общая характеристика участка пути

Настоящий пример определения численных критериев оценки надежности составлен для скально-обвального участка пути, расположенного на 444 км — 463 км (суммарное протяжение 19 км) участка Новосибирск — Таштагол Западно-Сибирской дирекции инфраструктуры.

Участок находится в южной части Кемеровской области. Обслуживается Новокузнецкой дистанцией пути (ПЧ-33).

Верхнее строение пути: рельсы Р65, на деревянных шпалах, балласт щебеночный. Участок электрифицирован.

Земляное полотно участка представлено скальными полувыемками и полунасыпями.

Климат района проектирования резко континентальный. Продолжительность зимнего периода отсчитывается с третей декады октября до апреля.

Максимальное количество выпадающих атмосферных осадков на участке — 900 мм, преобладающее направление ветра восточное и северо-восточное.

В соответствии с климатическим районированием район входит в первый климатический район (подрайон 1В).

В.2. Результаты паспортизации, обследовательских работ и инженерных изысканий

Районирование территории прохождения линии Новокузнецк — Таштагол выполнено по Атласу. В результате сбора и анализа материалов уточнение результатов районирования произведено по архивам и схемам скально-обвальных участков Новокузнецкой дистанции пути.

Обследовательские работы и инженерные изыскания проведены МИИТом на 455 км — 456 км в 2009 году.

В результате обследовательских работ и анализа материалов Новокузнецкой дистанции пути определено, что на данном скально-обвальном участке высота склонов 80 м — 200 м, а крутизна склонов 25 град. — 60 град.

При проведении инженерно-геологических изысканий определено, что в геологическом строении района принимают участие осадочно-метаморфические породы палеозойского возраста и осадочные четвертичные образования.

Осадочно-метаморфические породы палеозойского возраста представлены слабо метаморфизированными терригенными породами (литифицированные аргиллиты-алевролиты-песчаники) франского яруса верхнего девона D3fr с редкими находками мшанок, брахиопод, ругоз, табулят, криноидей, свидетельствующими о том, что содержащие их породы морского происхождения, которые в дальнейшем претерпели ряд метаморфических изменений.

Осадочные четвертичные образования QIV представлены: аллювиальными разнообломочными образованиями и коллювиально-делювиальными образованиями на склонах.

Делювий, как правило, занимает подчиненное значение и представляет собой цемент заполнения материала осыпей.

Перлювий (коренные выходы) в виде скальных выходов в верхней части склонов.

Глыбовые отложения (курум) по притальвеговым и приразломным зонам, сезонно-мерзлотного происхождения. Локализуются породы данной группы на гораздо более пологих местах, чем осыпи.

На рассматриваемом участке наблюдается возникновение обвалов, вывалов и сходы осыпей со склонов и откосов полувыемок и полунасыпей. Примеры скально-обвальных явлений приведены на рисунках В.1 - В.4

Рисунок В.1 Падение крупных скальных обломков на основную площадку земляного полотна

Рисунок В.2 Сход осыпи с откоса полунасыпи

Рисунок В.3 Образование нависающих карнизов на склоне

Рисунок В.4 Кювета скальными обломками

На участке проводились противодеформационные мероприятия в виде устройства улавливающих стен и покровных сеток (рисунки В.5 и В.6)

Рисунок В.5 Улавливающая стена 456 км ПК-7 — ПК-9

Рисунок В.6 Устройство покровной сетки на 444 км

В.3. Исходные данные к расчету показателей надежности

Суммарная протяженность участка принята равной 19 км.

На основе результатов обследовательских работ и инженерных изысканий, в соответствии с положениями настоящей методики на данном участке пути выделено 20 опасных скально-обвальных объектов.

За период времени наблюдений принят временной интервал \Delta\text{Т } = 30\text{годам} .

По архивным данным и паспортам формы ПУ-9 Новокузнецкой дистанции пути были получены данные об отказах, приведенные в таблице В.1.

Таблица В.1

Количество отказов на участке 444 км — 463 км

Категория отказа	Характеристика оползневых деформаций	Количество отказов, шт.
Значительный (полный отказ) nзо, шт.	Повреждение или загромождение верхнего строения пути	0
	Повреждение или загромождение земляного полотна и/или падение крупных скальных обломков (камней) в непосредственной близости от пути с нарушением габарита приближения строений	6
	Повреждение опор контактной сети, устройств связи и СЦБ и ИССО при обвалах и вывалах	0
Несущественный (предотказ) nпо, шт.	Обнаружение в непосредственной близости от пути на крутых откосах скальных выемок и полувыемок нависающих массивов горных пород, с появлением быстро расширяющихся трещин и/или свободно лежащих на откосах крупных скальных обломков (камней)	32
	Перекрытия массами горных пород водоотводных сооружений, улавливающих пазух противообвальных сооружений, путевых полок и траншей	14
	Повреждение отдельных элементов противодеформационных конструкций (сеток, анкеров, элементов их крепления и пр.)	8
	Образование обвалов, вывалов и сход осыпей без нарушения габарита приближения строений	27

В.4. Результаты расчета

Результаты расчета сведены в таблицу В.2.

Таблица В.2

Результаты определения численных критериев надежности для объекта однородной группы скально-обвальных участков пути 444 км — 463 км

Расчетный критерий (формула расчета)	Порядок расчета	Значение критерия, д.ед.
Интенсивность потока значимых отказов \lambda_{\text{зо}} = n_{\text{зо}}/(N \cdot \Delta T) , 1/год	6/(20*30)	0,0100
Вероятность безопасной работы при возникновении значимого (полного) отказа в следующем году эксплуатации P_{\text{зо}}(\Delta t) = exp( - \lambda\Delta t) , д.ед.	Exp (-0,0100)	0,9900
Интенсивность потока несущественных отказов (предотказов) \lambda_{\text{по}} = n_{\text{по}}/(N \cdot \Delta T) , 1/год	81/(20*30)	0,1350
Вероятность безотказной работы при возникновении несущественного отказа (предотказа) в следующем году эксплуатации P_{\text{по}}(\Delta t) = exp( - \lambda\Delta t) , д.ед.	Exp (-0,2733)	0,8737

Вывод: Из результатов расчетов видно, что вероятность безопасной работы на данном скально-обвальном участке пути, равна допустимой. Однако вероятность безотказной работы значительно ниже допустимой, что говорит об активном проявлении скально-оползневых процессов на данном участке. При этом снижение эксплуатационных затрат, связанных с возникновением предотказов, может быть достигнуто путем проведения противодеформационных мероприятий, например установкой металлических сеток.

---