Распоряжение ОАО «РЖД» от 12.12.2011 № 2663р

«Об утверждении Инструкции по проведению диагностики земляного полотна на железных дорогах ОАО „РЖД“»

ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «РОССИЙСКИЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ»

РАСПОРЯЖЕНИЕ от 12 декабря 2011 г. № 2663р

ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ИНСТРУКЦИИ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ДИАГНОСТИКИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ ОАО «РЖД»

В целях повышения качества диагностики земляного полотна на железных дорогах ОАО «РЖД»:

1. Утвердить и ввести в действие с даты подписания прилагаемую Инструкцию по проведению диагностики земляного полотна на железных дорогах ОАО «РЖД» (далее — Инструкцию).

2. Начальнику Центральной дирекции инфраструктуры Супруну В.Н., директору Центра ИССО Сазонову В.Н. обеспечить:

а) тиражирование Инструкции и изучение ее причастными работниками;

б) проведение работ по диагностике земляного полотна в соответствии с требованиями Инструкции.

Вице-президент ОАО «РЖД» В. Б. Воробьев

Утверждена распоряжением ОАО «РЖД» от 12 декабря 2011 г. № 2663р

ИНСТРУКЦИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ДИАГНОСТИКИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГАХ ОАО «РЖД»

Введение

На сети дорог ОАО «РЖД» ежегодно возникают десятки случаев деформаций земляного полотна, угрожающих безопасности движения и требующих значительного времени и ресурсов на восстановление объектов. При этом деформации возникают, в том числе, и на объектах, которые ранее не числились неустойчивыми и деформирующимися. Поэтому проведение диагностики земляного полотна с целью определения его потенциальной опасности к возникновению деформаций имеет первостепенное значение для обеспечения безопасности движения.

В настоящее время диагностика земляного полотна в подавляющем большинстве случаев производится на основании данных, получаемых при надзоре, выполняемом в соответствии с Инструкцией по содержанию земляного полотна железнодорожного пути ЦП-544.

Основным методом надзора являются наблюдения, которые проводятся визуальным контролем, измерением параметров рельсовой колеи и инженерно-геодезическим методом, а при проявлении признаков деформаций выполняется обследование земляного полотна, основу которого составляют инженерно-геологические методы. Недостатками применения данных «традиционных» методов обследования являются большая трудоемкость и стоимость работ, что не позволяет обеспечить необходимый темп и объем выполнения диагностических работ, приводя к снижению надежности земляного полотна.

Решение данной проблемы заключается в проведении диагностики земляного полотна современными методами и техническими средствами, в том числе геофизическими, и методами, позволяющими диагностировать состояние земляного полотна и прилегающих к нему территорий на больших по протяжению участках пути с целью предупреждения его внезапных деформаций.

Для решения этой проблемы в 2007 г. в МИИТе был разработан «Технологический регламент диагностики и режимных наблюдений объектов земляного полотна для постоянной эксплуатации» (далее — Технологический регламент) для отдельных типов объектов и возникающих на них деформаций, который в настоящее время успешно внедряется на сети железных дорог.

Данная Инструкция направлена на обоснование комплексов и объемов диагностических работ, которые должны выполняться на различных типах деформирующихся и потенциально опасных объектах земляного полотна современными методами и техническими средствами, с учетом видов деформаций, инженерно-геологических и климатических условий, а также эксплуатационных характеристик участков железнодорожного пути.

Инструкция разработана на кафедре «Путь и путевое хозяйство» МИИТа по заказу Центра обследования и диагностики инженерных сооружений — филиала открытого акционерного общества «Российские железные дороги» (далее — Центр ИССО ОАО «РЖД»).

1. Общие положения

1.1. Инструкция разработана для использования в работе структурными подразделениями Центра ИССО ОАО «РЖД».

Настоящая Инструкция может быть использована при паспортизации и диагностике земляного полотна работниками Центров диагностики и мониторинга устройств инфраструктуры железных, дорог, а также другими лицензированными организациями, привлекаемыми к выполнению диагностических работ.

1.2. Инструкция предназначена для определения порядка и состава диагностических работ, выполняемых на деформирующихся и потенциально опасных объектах земляного полотна железнодорожного пути, с целью получения объективной информации о техническом состоянии этих объектов, с разработкой рекомендаций по управлению их надежностью.

1.3. Сферой применения данной Инструкции является оценка состояния объектов земляного полотна, потенциально опасных к возникновению или уже имеющих признаки следующих наиболее распространенных и часто встречающихся видов деформаций, повреждений и загромождений, в том числе возникающих из-за развития опасных природных процессов и явлений:

• потеря устойчивости откосов насыпей и выемок <1>;
• оседания, выпирания и расползания как самого земляного полотна, так и его основания;
• размывы и подмывы;
• оползневые деформации косогоров;
• провалы из-за развития карстово-суффозионных процессов;
• повреждения и загромождения участков пути, вызванные сходом лавин и селей;
• резкие просадки и провалы пути на многолетнемерзлых основаниях.

<1> Порядок, состав и технические средства диагностики основной площадки подробно рассмотрены в «Инструкции по оценке деформаций основной площадки земляного полотна по данным диагностических комплексов», подготовленной МИИТом по заказу Центра ИССО ОАО «РЖД», и в данной Инструкции отдельно не рассматриваются.

1.4 Основными элементами системы диагностики, принятой в настоящей Инструкции, являются:

• объекты земляного полотна;
• диагностические признаки — критерии опознавания деформации;
• методы, способы и технические средства диагностирования;
• подготовленный технический персонал, выполняющий диагностические работы в соответствии с нормами и правилами, установленными в нормативно-методической документации;
• заключение о техническом состоянии объекта земляного полотна с указанием месторасположения, вида и причины деформаций, с выдачей рекомендаций о возможности и порядке дальнейшей эксплуатации объекта или его усилении.

1.5. Выполнение комплекса диагностических работ производится в дополнение к надзору за состоянием земляного полотна, который должен проводиться в соответствии с положениями Инструкции по содержанию земляного полотна железнодорожного пути ЦП-544.

1.6. В настоящей Инструкции отдельно не рассматриваются методы и способы диагностических работ, выполнение которых требует специально разработанных методик и технических средств (например, высокоточная гравиразведка, геофизические исследования скважин и т.п.). Выполнение данных видов работ должно производиться специализированными привлекаемыми организациями.

Модели и марки технических средств, применение которых предусматривается настоящей Инструкцией, даны рекомендательно и могут быть заменены аналогичными с подобными техническими характеристиками.

2. Нормативные ссылки

Требования настоящей Инструкции составлены на основе указаний следующих основных нормативных документов:

• ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения;
• СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения;
• СП 11-104-97. Инженерно-геодезические изыскания для строительства;
• СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства;
• Строительно-технических норм СТН Ц-01-95. Железные дороги колеи 1520 мм;
• Положения о системе ведения путевого хозяйства ОАО «Российские железные дороги», утвержденного распоряжением ОАО «РЖД» от 30.10.2009 № 2211р;
• Положения о проведении реконструкции (модернизации) железнодорожного пути, утвержденного распоряжением ОАО «РЖД» от 01.07.2009 № 1374р;
• Инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути, утвержденной МПС России 01.07.2000 № ЦП-774;
• Инструкции по содержанию земляного полотна железнодорожного пути, утвержденной МПС России 30.03.1998 № ЦП-544;
• Инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути в карстоопасных районах, утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» от 30.10.2011 № 2576р;
• Технических требований на проведение инженерных обследований и изысканий на участках железнодорожного пути в карстоопасных районах, утвержденных распоряжением ОАО «РЖД» от 08.06.2011 № 1237р;
• Инструкции по содержанию земляного полотна и технике безопасности работ на селеопасных участках, 22.05.1987;
• Инструкции по содержанию земляного полотна и технике безопасности при производстве работ на скально-обвальных участках железных дорог, 27.07.1984 ЦПИ № 4222;
• Инструкции по обеспечению безопасности движения поездов и технике безопасности на лавиноопасных участках железных дорог, утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» от 23.07.2009 № 1546р;
• Технологического регламента диагностики и режимных наблюдений объектов земляного полотна для постоянной эксплуатации, 2007 г.;
• Методики диагностики состояния высоких насыпей с прогнозом возможности деформаций, 2007 г.;
• Методики паспортизации и мониторинга состояния земляного полотна в неблагоприятных инженерно-геологических условиях, 2008 г.;
• Инструкций по текущему содержанию железнодорожного пути в карстоопасных районах (первая редакция), 2010 г.;
• Технических указаний по усилению пути на скально-обвальных участках, 2009 г.;
• Технических указаний по инструментальной диагностике земляного полотна, 2000 г.;
• Технических указаний по применению георадиолокационного метода для диагностики земляного полотна, 1996 г.;
• Технических указаний по организации контроля за стабильностью высоких насыпей на прочном основании, 1995 г.;
• СТО РЖД 1.07.002-2010. Инфраструктура железнодорожного транспорта на участках обращения грузовых поездов повышенного веса и длины. Технические требования.

3. Основные термины и определения

В настоящей Инструкции используются (и рекомендуются к применению при выполнении диагностических работ) термины с соответствующими определениями, приведенными в Приложении А.

4. Классификация дефектов и деформаций земляного полотна

4.1. В настоящей Инструкции принята классификация наиболее распространенных и часто встречающихся дефектов и деформаций земляного полотна, приведенная на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1. Классификация дефектов и деформаций земляного полотна

4.2. В классификации выделены дефекты и деформации земляного полотна железнодорожного пути, связанные с его сооружением, строением и эксплуатацией, а также деформации, повреждения и загромождения земляного полотна, которые обусловлены воздействием на путь опасных природных процессов и явлений.

4.3. Такой подход позволяет определить причины возникновения отказов земляного полотна и на их основе назначать комплекс диагностических работ, проведение которых необходимо для выдачи заключения о состоянии земляного полотна и его потенциальной опасности к возникновению деформаций.

5. Классификация методов диагностики земляного полотна

5.1. В настоящей Инструкции принята классификация основных и наиболее часто применяемых методов проведения диагностических работ, приведенная на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1. Классификация методов диагностики земляного полотна

5.2 В классификации все методы диагностики разделены на три группы.

В первую группу включены «традиционные» методы диагностики (визуальный осмотр, инженерно-геодезические, инженерно-геологические и др.), которые длительное время широко применяются на практике.

Вторую группу составляют различные геофизические методы, которые последнее время находят применение в диагностике земляного полотна.

Третью группу составляют методы диагностики земляного полотна, основанные на применении различных мобильных средств, позволяющие проводить непрерывную диагностику протяженных участков.

5.3. В классификацию включены и не рассматриваются в Инструкции методы диагностики, требующие применения специально разработанных для отдельных объектов земляного полотна методик, а также специальных (нередко уникальных) технических средств, которые должны производиться силами привлеченных научных или специализированных производственных организаций. К таким методам диагностики отнесены:

• гидрогеологические с оборудованием постов наблюдений (откачка воды из скважин, расходометрия и т.д.);
• геофизические исследования скважин (метод заряда, гамма-каротаж, кавернометрия и т.д.);
• высокоточная гравиразведка;
• вибрационный метод функциональной диагностики.

6. Порядок составления программ диагностических работ

6.1. Проведение диагностических работ на объектах земляного полотна должно проводиться по специально составленным программам <2>.

<2> Проведение диагностических работ на объектах при внезапном возникновении деформаций земляного полотна может производиться по предписанию.

Программа разрабатывается в отдельности для каждого диагностируемого объекта земляного полотна и утверждается руководителем подразделения.

Программа является основным документом, определяющим состав и порядок проведения диагностических работ.

6.2 Программа проведения диагностических работ должна содержать:

• наименование подразделения (привлеченного предприятия);
• реквизиты документа, на основании которого проводятся диагностические работы;
• месторасположение объекта земляного полотна, наименование дороги и дистанции пути;
• эксплуатационные характеристики участка железнодорожного пути;
• краткую географическую и климатическую характеристику района проведения диагностических работ <3>;
• перечень диагностических работ с указанием методов, способов и технических средств их проведения.

<3> Для объектов в сложных инженерно-геологических условиях.

6.3. По завершении работ должна быть произведена техническая приемка полевых материалов и их камеральной обработки.

7. Диагностика земляного полотна с деформациями откосов

7.1. Объектами диагностирования являются: насыпи, выемки <4> (полунасыпи-полувыемки).

<4> Деформации откосов выемок, расположенных на скально-обвальных участках, отдельно рассмотрены в разделе 12 настоящей Инструкции.

7.2 К деформациям откосов относятся:

• смывы — поверхностные нарушения откосов насыпей и выемок атмосферными водами;
• сплывы откосов выемок (полувыемок) — смещение верхних слоев грунта толщиной 1 — 2 м с сохранением общей устойчивости откоса;
• сплывы откосов насыпей (низовых откосов полунасыпей) — смещение поверхностного слоя грунта (в том числе балластного шлейфа) без нарушения общей устойчивости откоса <5>;
• оползание откосов выемок (полувыемок) — перемещение масс грунта, слагающих откос к его подошве под влиянием силы тяжести из-за нарушения его общей устойчивости;
• обрушение откосов выемок — падение комьев или крупных массивов лессовых грунтов в сторону пути, на закюветную полку или в кювет с их частичным дроблением;
• оползание откосов насыпей (низовых откосов полунасыпей) — перемещение масс грунта, слагающих откос с захватом основной площадки к его подошве или с захватом грунтов основания;
• суффозионное разрушение откосных частей у их основания — в выемках или насыпях в местах выхода грунтовых вод.

<5> Деформация может протекать с частичным захватом основной площадки.

7.3. Опознавательные признаки деформаций откосов и причины их возникновения приведены в таблице 7.1. Эксплуатационные наблюдения за этими видами деформаций проводятся согласно Инструкции ЦП-544.

Таблица 7.1

ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕФОРМАЦИЙ ОТКОСОВ НАСЫПЕЙ И ВЫЕМОК

7.4. Порядок проведения и состав работ при диагностике состояния насыпей с деформациями их откосных частей принимаются как для детального диагностирования согласно требованиям Технологического регламента с учетом рекомендаций Приложений Б, В - Г настоящей Инструкции.

7.5. Дополнительно для диагностики могут быть использованы материалы обзорного видеонаблюдения и результаты пространственного сканирования проходов диагностических комплексов «ЭРА» и «ИНТЕГРАЛ».

7.6. Критерии выделения нестабильных участков пути по показаниям путеизмерительных вагонов типа КВЛ-П и диагностического комплекса «ЭРА» на участках с высокой грузонапряженностью и обращением поездов повышенного веса и длины принимаются в соответствии с рекомендациями Приложения В настоящей Инструкции.

7.7. Объемы выполнения диагностических работ назначаются в соответствии с рекомендациями Приложений Б, Г - Е настоящей Инструкции.

7.8. При проведении диагностики состояния выемок с деформациями их откосных частей в общем случае выполняются следующие работы:

• обследовательские работы по земляному полотну;
• выделение и оценка деформаций основной площадки земляного полотна в виде пучин и просадок по показаниям диагностических комплексов <6> как косвенного опознавательного признака деформаций откосов в виде их сплывов и оползаний;
• инженерно-геодезические работы: составление плановой схемы или топографическая съемка плана участка работ, съемка поперечных профилей, высотная и плановая привязка геологических выработок, геофизических профилей и точек апробирования;
• инженерно-геологические работы: устройство шурфов и скважин с проведением гидрологических наблюдений и отбором проб грунтов;
• лабораторные исследования грунтов с определением их основных физико-механических характеристик;
• инженерно-геофизические работы методами:

малоглубинной сейсморазведки (или в комплексе с электротомографией) с целью определения литологического строения и уровня подземных вод в откосах выемки и в основании;

электроконтактного динамического зондирования с целью определения и уточнения литологического строения откоса и определения плотности грунтов, слагающих откос.

<6> Работа выполняется в соответствии с положениями «Инструкции по оценке деформаций основной площадки земляного полотна по данным диагностических комплексов», подготовленной МИИТом по заказу Центра ИССО ОАО «РЖД».

Работы должны выполняться в соответствии с требованиями Приложений Б - Е настоящей Инструкции.

При этом объемы выполнения работ назначаются в соответствии с рекомендациями Приложений Б, В - Г.

7.9. При диагностике объектов с деформациями в виде суффозионного разрушения откосных частей у их основания в дополнении выполняются инженерно-гидрогеологические работы по определению проницаемости грунтов основания. Данные работы проводятся по ГОСТ 23278-78 по специально разработанным применительно к объекту программам.

7.10. Заключение о техническом состоянии объектов с деформациями их откосов должно выдаваться на основании результатов всего комплекса проведенных диагностических работ, а при диагностировании объектов с деформациями в виде сплывов и оползаний откосов дополнительно должны быть проведены соответствующие расчеты устойчивости.

7.11. Расчеты устойчивости откосов проводятся в поперечных сечениях насыпей и выемок с известным геометрическим очертанием и геологическим строением, которые были получены в результате проведения инженерно-геодезических и инженерно-геологических работ.

7.12. Расчетами определяется как общая, так и местная устойчивость откосов, в зависимости от их геометрии и литологического строения. Расчеты выполняются методом проф. Г.М. Шахунянца по круглоцилиндрическим и предопределенным поверхностям смещения откосов. При этом предопределенные поверхности смещения назначаются в зависимости от литологического строения откосов.

Проведение расчетов устойчивости балластных шлейфов производится с учетом результатов георадиолокационной съемки по поперечным профилям насыпей. Предопределенная поверхность их смещения назначается по образующей откоса насыпи до образования на нем балластного шлейфа.

7.13. Расчеты выполняются в двух вариантах для существующих и перспективных условий эксплуатации.

В первом варианте в качестве поездной нагрузки принимается динамическое напряжение на основной площадке земляного полотна от обращения грузовых четырехосных полувагонов с нагрузкой на ось 230 кН. Эта нагрузка составляет 60 кПа. Во втором варианте нагрузка принимается равной 90 кПа. Нагрузка от верхнего строения пути принимается в зависимости от его типа по рекомендациям СП 32-104-98.

7.14. Минимально допустимое значение коэффициента устойчивости откосов насыпей и выемок принимается в соответствии с нормами СТН Ц-01-95 в зависимости от категории линии.

7.15. Для участков с высокой грузонапряженностью и обращением поездов повышенного веса и длины поездная нагрузка принимается равной 90 кПа, а минимальный коэффициент устойчивости откосов насыпей 1,25 в соответствии с СТО РЖД 1.07.002-2010.

7.16. При расчетах устойчивости балластных шлейфов в предположении, что смещение шлейфа может произойти по глинистому ядру насыпи, минимально допустимое значение коэффициента устойчивости в соответствии с требованиями Инструкции ЦП-544 следует принимать равным Куст min = 1,5.

7.17. Объекты, имеющие запас устойчивости ниже нормативной величины, следует относить к потенциально опасным объектам.

8. Диагностика земляного полотна с деформациями оседания, выпирания и расползания

8.1. Объектами диагностирования являются: насыпи и выемки с деформациями в виде оседания, выпирания и расползания.

8.2 Оседание насыпей <7> может возникать из-за:

• недостаточной плотности грунтов, слагающих тело насыпи;
• наличия слабых грунтов в основании или расположении насыпи на болоте;
• просадочности грунтов, слагающих насыпь.

<7> Диагностика насыпей, оседание и расползание которых происходит из-за оттаивания многолетнемерзлых грунтов в основании, рассматривается в разделе 15 настоящей Инструкции.

8.3. Оседание насыпей на слабых основаниях часто сопровождается боковым выпором грунта основания у подошв откосов, а при расположении насыпи на болоте оседание может сопровождаться провалом, развивающимся с катастрофической скоростью (несколько часов). Такой вид деформации возможен при расположении насыпи на торфяных болотах или неуплотненных илистых отложениях.

8.4. Опознавательные признаки деформаций оседания насыпей и причины их возникновения приведены в таблице 8.1. Эксплуатационные наблюдения за этими видами деформаций проводятся согласно с Инструкцией ЦП-544.

Таблица 8.1

ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕФОРМАЦИЙ ОСЕДАНИЯ НАСЫПЕЙ

8.5. Деформации выпирания грунтов в выемках связаны с наличием слоя мягкого пластичного грунта, расположенного под вышележащими слоями, под тяжестью которых и происходит его выпирание в сторону основной площадки. Поднятие основной площадки происходит неравномерно по длине и в поперечном сечении. Выпирание может протекать во времени достаточно длительно, но при этом неравномерно.

Опознавательными признаками выпирания являются: искажение геометрии рельсовой колеи в плане и профиле, искривления продольных водоотводов в плане и профиле; искажение очертаний откосов, нередко с образованием трещин и с отколами крупных массивов.

8.6 Деформации в виде расползания насыпи могут быть связаны:

с ее сооружением из переувлажненных глинистых и пылеватых грунтов;

отсыпкой насыпи в зимний период с повышенным содержанием мерзлых комьев грунта, снега и льда, одновременно без достаточного уплотнения грунта;

разжижением тиксотропных грунтов от вибрационного воздействия поездной нагрузки.

Опознавательными признаками расползания насыпи являются: постепенные просадки рельсовых нитей и основной площадки; искажение очертаний обочин и откосов; уменьшение высоты насыпи с одновременным ее уширением у основания.

8.7. Порядок проведения и состав диагностики насыпей, расположенных на болотах, принимается согласно Технологическому регламенту с учетом рекомендаций Приложений Б - Е к настоящей Инструкции.

8.8. При проведении диагностики состояния насыпей с деформациями в виде оседания и расползания, а также выемок с деформациями в виде выпирания грунта в общем случае выполняются следующие работы:

1. Обследовательские работы по земляному полотну в соответствии с рекомендациями Приложения Б к настоящей Инструкции;

2. Выделение нестабильных участков пути по показаниям путеизмерительных вагонов типа КВЛ-П или диагностического комплекса «ЭРА» в соответствии с рекомендациями Приложения В <8>;

3. Инженерно-геодезические работы: составление плановой схемы или топографическая съемка плана участка работ, съемка поперечных профилей, высотная и плановая привязка геологических выработок, геофизических профилей и точек апробирования;

4. Инженерно-геологические работы: устройство шурфов и скважин с проведением гидрологических наблюдений и отбором проб грунтов;

5. Лабораторные исследования грунтов с определением:

• основных физико-механических характеристик;
• характеристик просадочности по ГОСТ 23161-78;
• характеристик прочности и деформируемости по ГОСТ 12248-96;

6. Инженерно-геофизические работы методами:

• георадиолокационной съемки продольных и поперечных профилей с целью оценки состояния рабочей зоны земляного полотна и выделения балластных углублений;
• малоглубинной сейсморазведки (или в комплексе с электротомографией) с целью определения литологического строения и уровня подземных вод;
• сейсмотомографии с целью определения литологического строения тела насыпей с одновременной пространственной оценкой свойств грунтов, их слагающих;
• электроконтактного динамического зондирования с целью определения и уточнения литологического строения и определения плотности грунтов, слагающих насыпи.

<8> Дополнительно могут быть использованы материалы обзорного видеонаблюдения и результаты пространственного сканирования, а также результаты проходов нагрузочных комплексов.

8.9. Работы должны выполняться в соответствии с рекомендациями Приложений Б - Е настоящей Инструкции. Объемы выполнения работ назначаются в соответствии с рекомендациями Приложений Б, В - Г.

8.10. Заключение о техническом состоянии насыпей с деформациями в виде оседания и расползания должно выдаваться на основании результатов всего комплекса проведенных диагностических работ с проведением расчетов устойчивости откосов и стабильности оснований. При этом порядок проведения расчетов устойчивости принимается по разделу 7 настоящей Инструкции, а расчеты стабильности оснований проводятся методом проф. Г.М. Шахунянца с построением изолиний коэффициента стабильности и выделением зон, где стабильность не обеспечивается.

8.11. Объекты, имеющие запас устойчивости или стабильности ниже значений нормативных величин, следует относить к потенциально опасным.

9. Диагностика земляного полотна с повреждениями в виде размывов и подмывов

9.1. Объектами диагностирования являются участки пути с повреждениями <9> земляного полотна в виде размывов и подмывов.

<9> В настоящей Инструкции не рассматривается диагностика при разрушениях земляного полотна из-за возникновения природных чрезвычайных ситуаций при паводках и наводнениях.

9.2 Размывы и подмывы могут возникать из-за:

• отсутствия или нарушений водоотводов;
• подтопления откосов насыпей;
• подмыва основания насыпи водными потоками;
• переработки берегов морей, больших рек и водохранилищ.

9.3 В первом случае причинами данных повреждений может являться:

• отсутствие на объекте предусмотренных СТН Ц-01-95 водоотводных устройств;
• недостаточность длины водопропускных труб или водоотводных русел малых мостов;
• уменьшение сечений построечных канав и кюветов;
• смещение уровня и положения кюветов в плане и профиле.

9.4. Опознавательные признаки повреждений в виде размывов и подмывов, связанные с отсутствием или нарушением водоотводов, приведены в таблице 9.1, а порядок проведения эксплуатационных наблюдений за объектами земляного полотна с данными видами повреждений выполняется согласно Инструкции ЦП-544.

Таблица 9.1

ОПОЗНАВАТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ ПОВРЕЖДЕНИЙ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В ВИДЕ РАЗМЫВОВ И ПОДМЫВОВ

9.5. Для случаев, приведенных в табл. 9.1, в составе диагностических работ проводят обследование участка пути с проведением оценки повреждений земляного полотна в виде его подмыва или размыва, а также наличия и состояния существующих водоотводных устройств.

Проводят инженерно-геодезические работы путем выполнения топографической съемки, а также съемки поперечных профилей по земляному полотну и продольных профилей по существующим водоотводам.

Работы выполняют по рекомендациям Приложений Б - Е к настоящей Инструкции.

Объемы проведения диагностических работ назначаются исходя из протяженности участка земляного полотна, подлежащего диагностированию и фактической протяженности существующих водоотводов.

При необходимости проверки пропускной способности искусственных сооружений (далее — ИССО) и водоотводов должны быть проведены соответствующие инженерно-гидрологические работы и гидравлические расчеты.

9.6. Заключение о техническом состоянии земляного полотна и водоотводных устройств выдается по результатам работ при их сравнении с нормативами по СТН Ц-01-95.

9.7. Повреждения в виде размывов подтопляемых откосов земляного полотна имеют следующие опознавательные признаки: высокая скорость течения воды на участках временного или постоянного подтопления; наличие в водном потоке поваленных деревьев, пней и т.п.; прохождение ледохода на высоких горизонтах с ударами льдин в откосы или по конструкциям регуляционных и защитных сооружений; образование дефектов защитных конструкций в виде трещин и их изломов.

Данный вид повреждений возникает по следующим причинам: нарушения, допущенные в процессе подготовки проектной документации и на этапе строительства, касающиеся устройства регуляционных и укрепительных конструкций; неудовлетворительное текущее содержание земляного полотна и его обустройство при устранении последствий повреждения откосов и укрепительных конструкций; резкое изменение режима водотока, приводящее к повышению уровня, увеличению скорости течения воды или увеличению площади подтопления (например, из-за обильного снеготаяния, возникновения заторов и пр.).

Порядок проведения эксплуатационных наблюдений за объектами земляного полотна с данным видом повреждений приведен в Инструкции ЦП-544.

9.8. Повреждения из-за подмыва основания насыпи водными потоками имеют следующие опознавательные признаки: размыв берега у основания земляного полотна с отложениями наносов и подмывом нижней части откоса; загромождение русел ручьев и малых рек корчами, валунами, грунтом и т.п.; местные подъемы уровня воды при обильном выпадении осадков и снеготаянии; образование дефектов в конструкциях укрепительных и регуляционных сооружений при их наличии.

Данный вид повреждений возникает по следующим причинам: нарушения, допущенные в процессе подготовки проектной документации и на этапе строительства, касающиеся устройства регуляционных и укрепительных конструкций; неудовлетворительное текущее содержание земляного полотна и его обустройств при устранении последствий повреждения откосов и укрепительных конструкций при их наличии; резкое изменение режима водотока, приводящее к повышению уровня и увеличению скорости течения воды, например, из-за спрямления русел, устройства плотин и запруд и т.п., а также в периоды обильного выпадения осадков и при снеготаянии.

Порядок проведения эксплуатационных наблюдений за объектами земляного полотна с данным видом повреждений приведен в Инструкции ЦП-544.

9.9. Повреждения земляного полотна в виде размывов и подмывов, связанные с переработкой берегов морей, больших рек и водохранилищ, имеют следующие опознавательные признаки: значительное и относительно резкое во времени уменьшение ширины пляжа; образование дефектов волноотбойных стен; образование подмывов приподошвенных частей откосов земляного полотна на участках без берегоукрепительных конструкций; образование ниш на уровне горизонта воды с нависанием грунтовых массивов; большая крутизна берегового склона; наличие обрушений крупных массивов грунта, валунов, поваленных деревьев в зоне прибоя; продольные трещины в береговом массиве, по которым происходит отслоение и обрушение подмытых масс грунта, искажение первоначальной формы берегоукрепительных сооружений.

Данный вид повреждений возникает по следующим причинам: нарушения, допущенные в процессе подготовки проектной документации и на этапе строительства, касающиеся устройства регуляционных и берегоукрепительных сооружений и конструкций; неудовлетворительное текущее содержание земляного полотна и его обустройств при устранении последствий повреждения откосов, регуляционных и берегоукрепительных сооружений и конструкций, резкое изменение режима реки, приводящее к повышению уровня и увеличению скорости течения воды, например, из-за устройства плотин, а также в периоды обильного выпадения осадков и при снеготаянии.

9.10. Для случаев повреждений земляного полотна, характеристика которых приведена в п. п. 9.7 - 9.9, в составе диагностических работ проводят:

1. Обследование участка пути с проведением оценки повреждений земляного полотна в виде его подмыва или размыва;

2. Инженерно-геодезические работы: топографическая съемка территорий и поперечных профилей, длина которых должна соответствовать ширине полосы топографической съемки;

3. Дешифрирование и сопоставительный анализ аэро- и космоснимков с целью выявления участков деградации пляжей, наличия сооружений, изменяющих режим водотоков, выявление участков развития опасных природных процессов и явлений и т.п.

Дополнительно с целью определения геологического строения береговой зоны могут быть проведены инженерно-геологические и инженерно-геофизические работы.

Перечисленные виды работ выполняют по рекомендациям Приложений Б - Е настоящей Инструкции.

Объемы проведения диагностических работ могут быть оценены по рекомендациям Приложений Б, В - Е.

9.11. В зависимости от целей диагностики, а также при необходимости выдачи рекомендаций по устройству укрепительных и защитных сооружений, строительство которых должно быть проведено в аварийном порядке, дополнительно необходимо проведение инженерно-гидрометеорологических, инженерно-гидрологических и инженерно-гидрографических изысканий в соответствии с требованиями СНиП 11-02-96 и СП 11-104-97, а также иных нормативных документов, содержащих требования к проведению данных видов изыскательских работ.

Данные работы проводятся привлеченными организациями.

10. Диагностика участков пути на оползневых косогорах

10.1. Порядок проведения и состав диагностических работ, проводимых на участках пути, расположенных на оползневых косогорах, принимается по Технологическому регламенту с учетом дополнительных рекомендаций Приложений Б, В - Е к настоящей Инструкции.

10.2 В дополнение к положениям Технического регламента настоящей Инструкцией предусматривается:

1. Обследовательские работы могут проводиться с использованием материалов видеонаблюдений и пространственного сканирования проходов диагностических центров «ЭРА» и «ИНТЕГРАЛ».

2. При проведении статистической обработки показаний путеизмерительных вагонов типа КВЛ-П и диагностического комплекса «ЭРА» на участках с высокой грузонапряженностью и обращением поездов повышенной массы и длины должны приниматься критерии выявления нестабильных участков пути, приведенные в табл. В.2 Приложения В к настоящей Инструкции.

3. Проведение съемки топографических планов должно проводиться в М 1:500 с сечением горизонталей 0,5 м при обязательном проведении съемки в местной системе координат и в абсолютных отметках Балтийской системы высот 1976 г.

4. При выделении оползневых участков пути могут быть предварительно установлены охранные зоны, границы которых назначаются на расстоянии 50 м от границ полосы отвода с верховой и низовой сторон соответственно согласно положениям «Методики паспортизации и мониторинга состояния земляного полотна в неблагоприятных инженерно-геологических условиях» (далее — Методика).

5. При проведении дешифрирования и анализа аэрокосмических снимков, кроме рекомендаций Приложения В, следует учитывать рекомендации Приложения Д Методики.

6. При проведении расчетов устойчивости откосов земляного полотна на участках с высокой грузонапряженностью и обращением поездов повышенного веса и длины поездная нагрузка принимается равной 90 кПа, а минимальный коэффициент устойчивости откосов — 1,25 в соответствии с СТО РЖД 1.07.002-2010.

10.3. Заключение о техническом состоянии участка пути на оползневых косогорах выдается на основании результатов всего комплекса проведенных диагностических работ с приложением результатов расчетов устойчивости.

11. Диагностика участков пути в карстоопасных районах

11.1. Обследования и мониторинг участков пути в карстоопасных районах должны осуществляться в соответствии с требованиями:

• Инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути в карстоопасных районах, утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» от 30.10.2011 № 2576р;
• Технических требований на проведение инженерных обследований и изысканий на участках железнодорожного пути в карстоопасных районах, утвержденных распоряжением ОАО «РЖД» от 08.06.2011 № 1237р, в части проведения инженерных обследований.

12. Диагностика земляного полотна на скально-обвальных участках

12.1. Объектом диагностирования является земляное полотно, расположенное на скально-обвальных участках пути.

12.2 К деформациям при скально-обвальных процессах в соответствии с Инструкцией ЦП-544 относятся:

• оползание рыхлых отложений по контакту со скальными породами;
• вывалы;
• обвалы;
• осыпи.

12.3. Опознавательные признаки перечисленных деформаций, имеющих место на скально-обвальных участках пути, приведены в таблице 12.1. Эксплуатационные наблюдения за этими видами деформаций выполняются согласно Инструкции ЦП-544.

Таблица 12.1

ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕФОРМАЦИЙ НА СКАЛЬНО-ОБВАЛЬНЫХ УЧАСТКАХ ПУТИ

12.4. Обследования скально-обвальных участков железнодорожного пути должны осуществляться в соответствии с требованиями Технических указаний по усилению пути на скально-обвальных участках, утвержденных Департаментом пути и сооружений ОАО «РЖД» в 2007 году.

13. Диагностика лавиноопасных участков пути

13.1. Объектом диагностирования являются лавиноопасные участки железнодорожного пути, на которых возможен сход лавин, что в свою очередь может привести к загромождению пути. При этом лавиноопасными являются участки пути, расположенные вблизи или на лавиноопасных склонах.

В подавляющем большинстве случаев лавиноопасные участки известны и на них проводятся наблюдения согласно Инструкциям, в том числе и местным.

13.2. Опознавательные признаки образования многослойной снеговой толщи, которая имеет тенденцию к движению по горному склону в виде лавины или осова, а также диагностируемые параметры на лавиноопасных участках приведены в таблице 13.1.

Таблица 13.1

ОПОЗНАВАТЕЛЬНЫЕ ПРИЗНАКИ ЛАВИН И ОСОВОВ И ДИАГНОСТИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ

13.3. Обследования, наблюдения и осмотры лавиноопасных участков должны осуществляться в соответствии с требованиями Инструкции по обеспечению безопасности движения поездов и технике безопасности на лавиноопасных участках железных дорог, утвержденной распоряжением ОАО «РЖД» от 23 июля 2009 г. № 1546р.

14. Диагностика участков пути в зонах развития селей

14.1. Объектом диагностирования являются участки железнодорожного пути в зонах развития селей, на которых возможен сход селевых потоков, что в свою очередь может привести к загромождению пути и русел водопропускных сооружений.

14.2. Основной причиной возникновения селевого потока является воздействие интенсивного стока (ливневого, вызванного таянием ледников или сезонным снеготаянием) на продукте разрушения горных пород, расположенных в бассейнах небольших горных рек. Захват водой значительных масс твердого материала и включение его в движение характеризует сель.

Воздействие селевых потоков на железнодорожный путь и водопропускные сооружения заключается в стремительно быстром загромождении наносным материалом подходных русел к водопропускным сооружениям и завалам железнодорожного пути при сходе селей в виде грязекаменных или водокаменных потоков.

Классификация селеопасных участков железных дорог, разработанная в составе Методики паспортизации, приведена в таблице 14.1, а классификация селей по степени их возможного воздействия на железнодорожный путь приведена в таблице 14.2.

Таблица 14.1

КЛАССИФИКАЦИЯ СЕЛЕОПАСНЫХ УЧАСТКОВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

<*> Принято по Атласу природных и техногенных опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций в Российской Федерации.

Таблица 14.2

КЛАССИФИКАЦИЯ СЕЛЕЙ ПО СТЕПЕНИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПУТЬ

14.3 В зависимости от состава горных пород (твердой фазы селевых потоков) сели подразделяются на:

• грязекаменные со значительным содержанием мелкозема и крупнообломочного материала;
• водокаменные с преобладанием обломочного материала и незначительным содержанием мелкозема.

14.4. Основными опознавательными признаками, характеризующими возможность схода селей, являются: наличие селеопасных логов и завалы и загромождения рыхлообломочным материалом отдельных участков горных русел.

К факторам, вызывающим или активизирующим селевые процессы, следует отнести: уничтожение растительности на горных склонах и в руслах, выпас скота на горных склонах, ведущий к образованию дополнительных путей эрозионного стока, продольная (по образующей) распашка склона, приводящая к образованию новых русел. Общий перечень опознавательных признаков селей и параметров, подлежащих диагностированию, приведен в таблице 14.3.

Таблица 14.3

ПЕРЕЧЕНЬ ОПОЗНАВАТЕЛЬНЫХ ПРИЗНАКОВ СЕЛЕЙ И ДИАГНОСТИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ

14.5. Наблюдения селеопасных участков железнодорожного пути должны осуществляться в соответствии с Инструкцией по содержанию земляного полотна и технике безопасности работ на селеопасных участках, утвержденной Главным управлением пути и сооружений МПС СССР от 22.05.1987.

15. Диагностика земляного полотна на многолетнемерзлых основаниях <10>

<10> В данном разделе рассмотрена диагностика земляного полотна, деформации которого вызваны деградацией мерзлоты в основании.

15.1. Объектами диагностирования является земляное полотно, расположенное на многолетнемерзлых основаниях. Потенциально опасными объектами, на которых возможно развитие деформаций при деградации мерзлоты, являются насыпи, расположенные на просадочных при оттаивании основаниях, и выемки, прорезающие четвертичные отложения из глинистых грунтов или торфа.

15.2. Степень потенциальной опасности земляного полотна определяется величиной вероятной деформации основания в течение года, которая зависит от категории просадочности мерзлых грунтов основания при оттаивании и темпа их оттаивания. В соответствии с ВСН 61-89 грунты подразделяются на четыре категории просадочности:

I категория — основание прочное; относительная осадка меньше или равна 0,03;

II категория — основание недостаточно прочное; относительная осадка больше 0,03 и меньше или равна 0,10;

III категория — основание слабое; относительная осадка больше 0,10 и меньше или равна 0,40;

IV категория — основание посадочное; относительная осадка больше 0,40.

К потенциально опасным из-за деградации мерзлоты следует относить участки, в основании которых имеются грунты III и IV категорий просадочности при оттаивании.

Поэтому очень важным при диагностике является определение наличия просадочных грунтов, их литологии, температуры и величины относительной осадки при оттаивании.

15.3. Основным видом деформаций земляного полотна на железных дорогах, расположенных на мерзлоте, является оседание насыпей вследствие оттаивания многолетнемерзлых, льдистых грунтов основания.

Причиной данной деформации является нарушение естественного температурного режима многолетнемерзлого основания, сложенного льдистыми грунтами, вызванное сооружением насыпи. Повышение температур основания происходит вследствие:

• изменения условий поверхностного теплообмена на границе насыпи с воздухом (в сравнении с аналогичными условиями на контакте с естественными поверхностями);
• замены сильно влажного грунта (как правило, торфа или суглинка) в слое сезонного оттаивания в естественных условиях на слабовлажный грунт насыпи;
• отепляющего влияния застойной поверхности воды у подошвы насыпей, скапливающейся при необеспеченном водоотводе;
• нарушения в период строительства или эксплуатации мохового покрова на прилегающей к насыпи территории.

Внешними признаками проявления деградации мерзлоты и деформаций оснований являются просадки пути, большая высота балластной призмы, осадки берм, трещины и оседания по бермам и откосов насыпей.

15.4. Порядок проведения и состав диагностических работ, проводимых на насыпях, расположенных на многолетнемерзлых основаниях, принимается как для детального диагностирования по Технологическому регламенту с учетом дополнительных рекомендаций Приложений Б - Ж.

15.5. В выемках деформации, связанные с деградацией мерзлоты, более редки, чем на насыпях и, как правило, относятся к откосам, что определяется расположением выемок в повышенных элементах рельефа, для которых характерно расположение льдистых грунтов в верхних слоях грунтов. Деформации проявляются в основном в первоначальный период после строительства.

Внешними признаками проявления деградации мерзлоты являются сплывы и оплывины откосов, деформации нагорной канавы.

15.6. Водопропускные трубы являются одними из наиболее потенциально опасных сооружений, чувствительных на деградацию мерзлоты в основании. Трубы расположены в понижениях рельефа, где, как правило, встречаются наиболее льдистые грунты, в этих местах также более вероятны затрудненные условия стока, а также сами конструкции труб, имеющие в большинстве в отличие от малых мостов фундаменты мелкого заложения, более подвержены деформациям при оттаивании основания.

Дополнительно при деградации мерзлоты в зоне водопропускных труб положение усугубляется взаимодействием трубы и подходной насыпи, заключающееся в том, что:

деформации примыкающих к трубе участков насыпи влекут за собой деформации труб, что в свою очередь приводит к нарушению нормального пропуска воды, вызывая резкое дополнительное нарушение температурного режима основания, активизирующее деградацию мерзлоты и соответственно нарастание деформаций.

Кроме того, прилегающая территория в зоне труб также зачастую имеет существенные нарушения естественного мохово-растительного покрова, возникшие в период их строительства.

Характерными признаками дополнительного отепления основания труб и прилегающих насыпей служат:

протекание воды по затрубному пространству — за стенками, под лотком, под креплением русел и между открылками оголовков;

застои воды в отверстии, в районе оголовков и на прилегающей территории.

Основными деформациями водопропускных труб при деградации мерзлоты в основании являются повышенные и неравномерные осадки звеньев трубы, продольные растяжки звеньев, приводящие к раскрытию швов, расстройство оголовков трубы.

15.7. Малые мосты, расположенные на основаниях из льдистых грунтов, также могут относиться к группе потенциально опасных сооружений. Хотя мосты являются сооружениями более устойчивыми к деградации мерзлоты, ввиду наличия более глубоких фундаментов, но и эти сооружения, как правило, расположены в более неблагоприятных инженерно-геологических условиях и при их строительстве также в большинстве случаев прилегающая территория получила существенные повреждения естественного мохово-растительного покрова.

С другой стороны, последствия из-за деградации мерзлоты в основании малых мостов могут быть более серьезными, приводя не только к возникновению предельных состояний по второй группе (деформации), но и по первой группе предельных состояний, поэтому данные сооружения должны иметь более высокую надежность.

При анализе потенциальной опасности при деградации мерзлоты в основаниях мостов должны проверяться несущая способность, в том числе при пропуске расчетной нагрузки C 14.

Деформации, характеризующие деградацию мерзлоты, на мостах могут проявляться в виде неравномерных осадок и кренов опор, закрытия температурных зазоров и заклинивания пролетных балок.

15.8. Диагностика потенциально опасного к деградации мерзлоты земляного полотна включает в себя: осмотр, инженерно-геологические, инженерно-геофизические, геокриологические, гидрогеологические и инженерно-геодезические работы.

15.9. Осмотр земляного полотна проводится при проходе всего участка пешком с записями, схемами, обмерами, фотографированием. Рекомендуется при осмотре вычерчивать в полевом журнале непрерывную план-схему участка с фиксированием натурного состояния полосы отвода, водоотводных, искусственных и других сооружений. На него наносятся короткие просадки пути, участки с дегрессиями большой протяженности, в том числе между искусственными сооружениями. Фиксируются изменения продольного профиля пути в местах примыкания насыпи к устоям мостов и изменения в этих местах ширины балластной призмы, верхней части земляного полотна и обочин, а также крутизны откосов. Делаются отметки о ландшафте и его особенностях на прилегающей к насыпи территории.

В выемках, кроме зоны основной площадки, оценивается состояние откосов, нагорных канав и территории за бровками откосов.

В искусственных сооружениях осмотру подлежат как сами сооружения, так и подмостовое русло, вход и выход потока, прилегающая территория, при этом отмечаются все имеющие место понижения поверхности и нарушения естественного покрова.

Внешними признаками деградации мерзлоты и происходящих осадок земляного полотна являются следующие. Продольный профиль пути искажается, возникают местные понижения уровня обочин, толщина балластной призмы увеличивается. Концы шпал оголяются. Балластная призма не умещается на основной площадке и ее откос переходит в откос насыпи. В ходе осадки бермы частично или полностью погружаются в основание. В этом месте часто отмечается понижение поверхности мари. Наблюдаются термокарстовые образования (понижения) в прилегающей к насыпи зоне, заполненные водой. В отдельных местах бермы погружаются под воду, непосредственно около насыпи возникают термокарстовые озера. На прилегающих участках мари за счет технологических факторов (проезда машин, срезки и досыпки грунта, вырубки деревьев и др.) происходит вытаивание ледяных тел в грунте вблизи поверхности, и она оседает. В отдельных местах после вытаивания жильного льда на поверхности мари остаются траншеи, заполненные водой. Вода застаивается также по следу проезжавших машин, в западинах у подошвы откосов, между близко расположенной автодорогой и насыпью, у поперечных подъездов к насыпи.

Дается оценка надежности отвода воды по всему комплексу конструкций, обеспечивающих этот отвод, водоотводным канавам вдоль насыпи, подмостовому (околотрубному) пространству, водоотводным канавам от искусственного сооружения в низовую сторону, водопропускным сооружениям через автодорогу. Также следует оценивать роль автодороги в задержке стока.

В выемках признаками деградации является нарушение одерновки откосов, появление на откосах и в первую очередь на бровках оплывин, высачивание воды, деформации нагорной канавы.

Признаками деградации мерзлоты в основаниях искусственных сооружений являются деформация звеньев труб или опор мостов, наличие термокарстовых понижений на прилегающей поверхности земли.

На составляемой при осмотре план-схеме рекомендуется наносить по результатам глазомерной съемки следующие места в пределах деформирующихся участков:

пониженные участки, в которых застаивается вода;

участки с просевшими до уровня мари и ниже ее бермами;

полки между подошвой откоса насыпи (бермы) и водоотводной канавой, имеющие понижения в сторону этого откоса;

участки водоотводных канав, выпуск воды из которых невозможно осуществить;

зоны поперечной фильтрации воды через тело насыпи и основания;

участки проявления неблагоприятных экзогенных геологических процессов и явлений на прилегающей к насыпи территории (бугров пучения, термоэрозии, провалов термокарстовых озер и старицы);

подмостовое пространство и проходы к водопропускным трубам, где не обеспечивается сток воды.

При глазомерной съемке термокарстовых образований устанавливают их характер, размеры в плане, глубину и объем.

По результатам осмотра и изучения документации намечается объем и программа работ по дальнейшему обследованию и режимным наблюдениям. При этом выбираются конкретные места для проведения инженерно-геологических работ и поперечники для термометрических наблюдений и измерений деформаций.

15.10 В ходе инженерно-геологических работ выявляют:

литологическое строение земляного полотна и основания в пределах деятельного слоя и толщи многолетнемерзлых грунтов;

положение верхней границы мерзлоты под различными элементами земляного полотна и на прилегающей территории, в том числе под имеющимися на ней мелководными водоемами;

наличие и положение таликов подземных льдов и сильнольдистых грунтов;

наличие, мощность прослоев сезонной мерзлоты, перелетков;

необходимые расчетные характеристики грунтов;

наличие, положение и режим грунтовых вод.

Инженерно-геологические работы включают: бурение скважин, полевые или лабораторные испытания грунтов.

15.11. Бурение скважин производят для установления литологического строения, интерпретирования данных геофизики, отбора образцов грунта для определения необходимых характеристик и проведения температурных замеров.

Скважины устраивают на основной площадке, бермах и прилегающей территории. Количество скважин на участке определяется конкретными условиями. Глубина скважин определяется условиями нахождения температуры на глубине нулевых амплитуд и исследованием грунтов ниже верхней границы мерзлоты не менее чем на 3 м.

15.12 В комплекте геофизических методов применяются:

сейсморазведка методом преломленных волн для выявления по поперечному профилю насыпи положения верхней границы мерзлоты, кровли подземных льдов и скальных пород, уровня грунтовых вод и литологических границ рыхлых пород;

динамическое и электродинамическое зондирование (ЭДЗ) для определения контакта насыпи и основания, наличия толщины слабых прослоев, оценки толщины деятельного слоя и положения верхней границы мерзлоты, а также границ литологических слоев;

георадиолокационная съемка для определения литологического строения, нахождения верхней границы мерзлых грунтов, а также наличия и положения ледяных включений, в том числе оконтуривания подземных льдов;

электромагнитное (радиоволновое) профилирование для оконтуривания под насыпью участков сильнольдистых грунтов, таликов и зон поперечной фильтрации воды;

электропрофилирование и вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) для оконтуривания на прилегающей к насыпи территории и частично на бермах положения островов вечномерзлых грунтов, таликов и участков подземных льдов, оценки толщины деятельного слоя и глубины залегания мерзлоты.

Выбор геофизических методов и их комплексирование осуществляется в зависимости от конкретных условий участка. Наибольшее применение для диагностики мерзлоты в основании железнодорожного полотна имеют георадиолокационный, сейсмический и радиоволновой методы.

15.13. Наиболее достоверным методом диагностики деградации мерзлоты является контроль температуры грунтов в термометрических скважинах. Вместе с тем данный метод является наиболее дорогостоящим, поэтому скважинами могут быть оборудованы только отдельные участки или сооружения.

Оборудование термометрических скважин и измерение температур проводится в соответствии с методикой ВСН 61-89.

15.14 Инженерно-геодезические работы при диагностике включают работы, в результате которых составляется:

топографический план масштаба 1:500 или 1:1000;

продольные профили пути по головкам рельсов с интервалом через 25 м;

поперечные профили земляного полотна в характерных сечениях масштаба 1:100 или 1:200;

продольные профили по дну водоотводных канав масштаба 1:500 или 1:1000.

15.15. При диагностике земляного полотна на мерзлоте также используются материалы аэрокосмической съемки. При этом выполняются следующие требования:

• Получение космофотоматериалов и их дешифровка проводится для участков пути с многолетнемерзлыми основаниями. Результаты представляются в виде карт космосъемки с дешифрированием и масштабированием их, а также выделением характерных ландшафтов и объектов.
• Для наиболее объективной информации необходимо, по возможности, использовать весь комплекс космофотоматериалов, включая съемки в видимой и ближней инфракрасной части спектра (многозональная съемка) и инфракрасных лучах (тепловая съемка), имеющихся на данную территорию с применением космофотоснимков и космофотопланов масштабов 1:1000000 — 1:50000.
• Полоса космической съемки по направлению железной дороги должна по ширине охватывать зону возможного влияния природной и инженерно-геологической среды, а также техногенных факторов на устойчивость и деформации объектов инфраструктуры дороги.
• Дешифрирование материалов съемки должно быть выполнено в привязке к эксплуатационному пикетажу железной дороги. Точность привязки должна быть не ниже +/- 5 м.
• На материалах съемки должны четко и однозначно дешифрироваться следующие основные объекты и проявления процессов:

железнодорожное полотно;

искусственные сооружения;

водоотводные сооружения;

защитные и укрепительные сооружения земляного полотна;

здания и постройки;

естественные и искусственные водоемы;

реки и ручьи;

места повышенного увлажнения почвы и выхода на поверхность подземных вод;

рельеф местности с возможностью определения размеров местных понижений и возвышений;

места повреждений поверхности марей, оголенные от растительности грунтовые поверхности и зоны проявления эрозионных процессов.

• Точность определения размеров объектов съемки и проявлений процессов в плане должна быть не менее 1 м, а по высоте до 0,5 м.

15.16. Температурные наблюдения в скважинах проводятся по методике, приведенной в Приложении Ж.

15.17. Заключение о техническом состоянии насыпей на многолетнемерзлых грунтах выдается на основании результатов всего комплекса проведенных диагностических работ с приложением к нему результатов теплотехнических расчетов, а также расчетов устойчивости и стабильности.

Приложение А (обязательное)

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Активный оползень — оползень, по которому наблюдаемые величины деформаций больше нуля, а также имеются внешние признаки деформаций в виде трещин, оплывин и пр.

Активизация оползня — увеличение скорости смещения масс горных пород.

Активность карста — количество вновь образующихся провалов (шт./км2 x год), среднегодовой прирост их объемов (м3/км2 x год).

Балластные углубления — углубления в недренирующих (в основном в глинистых) грунтах, слагающих основную площадку, заполненные балластным материалом.

Вывалы — выпадение отдельных скальных обломков (глыб из откосов выемок, полувыемок объемом преимущественно не более 1 м3) или с поверхностей склонов при сравнительно устойчивых скальных массивах при средней скорости падения скального обломка 20 м/с.

Высокая насыпь — участок насыпи протяжением не менее 25 м и рабочими отметками более 6 м.

Движение снежной лавины — перемещение потерявших устойчивость масс снежного покрова со скоростью, превышающей 1 м/с.

Детальное диагностирование объектов земляного полотна — выполнение комплекса диагностических работ с целью получения объективной информации о техническом состоянии объектов с разработкой рекомендаций по управлению их надежностью.

Деформация земляного полотна железнодорожного пути — изменения во времени первоначальной формы, размеров и литологического строения земляного полотна, вызываемые неблагоприятными воздействиями природных и антропогенных факторов.

Зона зарождения лавины (лавинный очаг) — верхняя часть лавиносбора, чаще всего воронкообразное расширение на склоне, где начинается движение снега в виде лавины.

Зона транзита лавины (лавинный лоток) — средняя часть лавиносбора — отрицательная форма рельефа в виде желоба на склоне, по которой сходит лотковая лавина; в общем случае не обязательно канализирована в определенном четко выраженном ложе или русле, но может располагаться и на сравнительно ровном крутом склоне между лавинным очагом и конусом выноса лавины.

Карст — геологическое явление (процесс), связанное с повышенной растворимостью горных пород (преимущественно карбонатных, сульфатных, галогенных) в условиях активной циркуляции подземных вод, выраженное процессами химического и механического преобразований пород с образованием подземных полостей, поверхностных воронок, провалов, оседаний (по ГОСТ Р 22.0.03-95).

Лавинная опасность территории — возможность схода лавин на местности, отличающейся характерными признаками лавинной опасности и условиями снегонакопления, благоприятными для образования лавин.

Лавиноопасный склон — горный склон, с которого возможен сход лавин.

Лавина снежная — пришедшие в движение на склоне скользящие и низвергающиеся снежные массы, потерявшие устойчивость под действием силы тяжести.

Лавина из рыхлого снега — лавина, образующаяся из сухого снега, не обладающего способностью к скоплению.

Лавина из снежной доски — лавина, образующаяся из слоя снега, обладающего сцеплением и способностью сопротивляться разрыву; смещение подвижного сухого снежного массива с поверхности скального откоса.

Лавина из сухого снега — лавина, образующаяся обычно при отрицательной температуре воздуха. Отличается значительными скоростями движения, часто сопровождается снежным пылевым облаком и воздушной волной.

Лавина из мокрого снега — сход снежных масс со склона в период резкого потепления.

Лавиносбор — участок горного склона и дна долины, на котором образуется, движется и останавливается снежная лавина.

Обвал — отрыв и падение больших масс горных пород на крутых и обрывистых склонах гор, речных долин и морских побережий, происходящие главным образом за счет ослабления связности горных пород под влиянием процессов выветривания, деятельности поверхностных и подземных вод (по ГОСТ Р 22.0.03-95).

Опасное геологическое явление — событие геологического происхождения или результат деятельности геологических процессов, возникающих в земной коре под действием различных природных или геодинамических факторов или их сочетаний, оказывающих или могущих оказать поражающие воздействия на людей, объекты экономики и окружающую природную среду (по ГОСТ Р 22.0.03-95).

Опасный природный процесс — изменение состояния, состава и свойств окружающей среды и (или) ее компонентов, которое по своей интенсивности, масштабу и продолжительности приводит или потенциально может привести к ухудшению состояния окружающей среды, условий обитания человека, а также развитию чрезвычайной ситуации и нанести ущерб его хозяйственной деятельности (по ГОСТ Р 22.1.02-95).

Опасное природное явление — событие природного происхождения или результат деятельности природных процессов, которые по своей интенсивности, масштабу распространения и продолжительности могут вызвать поражающее воздействие на людей, объекты экономики и окружающую природную среду (по ГОСТ Р 22.0.03-95).

Оползень — смещение масс горных пород по склону под воздействием собственного веса и дополнительной нагрузки вследствие подмыва склона, переувлажнения, сейсмических толчков и иных процессов (по ГОСТ Р 22.0.03-95).

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

Осов — снежный оползень, соскальзывающий по всей поверхности слаборасчлененного склона, не имеющего хорошо выраженных эрозионных борозд или врезов.

Осыпи — отделения с последующим падением или (чаще) скатыванием отдельных обломков породы, по размерам соответствующих щебню от мелкого до крупного по [1].

Поезд повышенного веса и длины — грузовой поезд, масса которого превышает 6000 т, а длина более 284 осей (по Стандарту ОАО «РЖД»).

Полный отказ земляного полотна — потеря работоспособности объекта, приводящая к внезапному перерыву в движении поездов при интенсивном развитии деформаций.

Постепенный отказ земляного полотна — состояние объекта, при котором объект может эксплуатироваться до очередного капитального ремонта без возникновения полного или частичного отказов, но требует дополнительных расходов на его текущее содержание.

Природная чрезвычайная ситуация — обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате возникновения источника природной чрезвычайной ситуации, который может повлечь или повлек за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью и (или) окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей (по ГОСТ Р 22.0.03-95).

Предварительное диагностирование объектов земляного полотна — выполнение комплекса диагностических работ с целью определения потенциальной опасности объекта к возникновению деформаций.

Прогноз схода лавин — предсказание периода лавинной опасности, времени и масштабов схода лавин, базирующееся на исследовании физических и статистических закономерностей, определяющих сход лавин. Основывается на анализе метеорологической обстановки, строения и развития снежной толщи и оценки ее механической устойчивости.

Размер блока — геометрические размеры скального блока, зависящие от взаимной ориентировки пересекающихся систем трещин и от расстояния между трещинами в отдельных системах. Отдельные нарушения сплошности могут также влиять на размеры и очертания блоков.

Селевым бассейном называют территорию, охватывающую склоны, где накапливаются продукты разрушения горных пород и влага (зона селеобразования); истоки селя, все его русла (зона перемещения, транзита); затопляемые территории (зона селевых отложений).

Селеопасная территория — территория, характеризуемая интенсивностью развития селевых процессов, представляющих опасность для людей, объектов экономики и окружающей природной среды (по ГОСТ Р 22.0.03-95).

Сель — стремительный поток большой разрушительной силы, состоящий из смеси воды и рыхлообломочных пород, внезапно возникающий в бассейнах небольших горных рек в результате интенсивных дождей или бурного таяния снега, а также прорыва завалов и морен (по ГОСТ 19179-73).

Трещина — это нарушение любого происхождения в сплошности массива, вдоль которой не было заметного смещения. Группа параллельных трещин называется системой. Системы трещин, пересекаясь, образуют совокупность трещин в массиве. Трещины могут быть открытыми, заполненными или залеченными. Трещины, развитые параллельно плоскостям напластования, сланцеватости или кливажа, могут быть названы соответственно как трещины напластования, трещины сланцеватости и трещины кливажа.

Частичный отказ земляного полотна — частичная потеря работоспособности объекта, требующая введения ограничения скорости движения поездов.

Эрозия (водная) — разрушение горных пород текущей водой. Различают склоновую, овражную и речную эрозии.

Приложение Б (рекомендуемое)

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОБСЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ

Б.1. В составе обследовательских работ по земляному полотну выполняется:

• Сбор и анализ материалов, характеризующих предысторию эксплуатации и современное состояние объекта земляного полотна.
• Проведение натурного осмотра объекта и визуальных наблюдений.
• Выполнение фото- и видеосъемки характерных мест земляного полотна.
• Обмерные работы по земляному полотну и ИССО с определением наличия их дефектов.
• Осмотр и обмерные работы укрепительных и противодеформационных сооружений, ранее устроенных на объекте.
• Определение обводненности земляного полотна с зарисовкой родников и заболоченных участков.
• Определение состояния водоотводящих и дренажных устройств в пределах объекта и на подходах к нему.
• Составление плановой схемы участка с нанесением коммуникаций.
• Камеральная обработка материалов обследования с составлением технического отчета.

Б.2. Обследовательские работы должны проводиться на протяжении всего участка проведения диагностических работ.

Б.3. Этап сбора и анализа материалов по объекту земляного полотна является одним из наиболее важных в системе диагностики. Источниками сбора материалов являются Технологического регламента:

а) 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);

б) данные геотехнического паспорта участка земляного полотна, который разрабатывается в соответствии с Положением о проведении реконструкции (модернизации) железнодорожного пути;

в) материалы региональных геологических фондов, в частности топографические карты, карты четвертичных отложений, карты распространения неблагоприятных экзогенных геологических процессов и явлений, результаты аэрокосмических съемок;

г) архивные материалы Службы и дистанций пути, содержащие сведения о предыстории строительства и эксплуатации земляного полотна;

д) материалы изысканий прошлых лет и проектные материалы по усилению, ремонтам или реконструкции (модернизации) объектов, хранящиеся в архивах проектных институтов и Диагностических центров Дирекций по инфраструктуре дорог;

е) общедоступные материалы, содержащие сведения о климате, гидрографической сети района прохождения участка, характере рельефа, геоморфологических особенностях, геологическом строении и т.п.

Б.4. Натурный осмотр объекта включает в себя визуальный осмотр всех элементов железнодорожного пути (в том числе водоотводных устройств и искусственных сооружений), местности в пределах полосы отвода (охранной зоны).

При проведении осмотра дается описание конструкции верхнего строения пути, отмечаются места расположения стрелочных переводов и стыков. Фиксируются выделяемые визуально участки пути с балластными выплесками и просадками рельсовых нитей.

Составляется описание ранее проведенных мероприятий по усилению и стабилизации земляного полотна с указанием их конструкций и месторасположения.

При проведении натурного осмотра объекта и визуальных наблюдениях прежде всего следует фиксировать опознавательные признаки деформаций, которые приведены в настоящей Инструкции соответственно по разделам.

Б.5. Состав эксплуатационных наблюдений за объектами земляного полотна в зависимости от возникающих на них деформаций приведен в Инструкции ЦП-544.

Б.6. По результатам натурного осмотра объекта составляется описание участка земляного полотна и его плановая схема, намечается порядок проведения последующих диагностических работ с выделением характерных поперечных профилей и участков, подлежащих диагностированию.

Приложение В (рекомендуемое)

МЕТОДИКА ВЫДЕЛЕНИЯ НЕСТАБИЛЬНЫХ УЧАСТКОВ ПУТИ ПО ПОКАЗАНИЯМ ПУТЕИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ВАГОНОВ И НАГРУЗОЧНЫХ ПОЕЗДОВ

В.1. Метод диагностики состояния земляного полотна по показаниям путеизмерительных вагонов основан на оценке стабильности пути по статистическим параметрам и спектральным характеристикам процессов просадок рельсовых нитей, запись которых производится компьютеризированными вагонами — лабораториями путеизмерительными типа КВЛ-П или диагностическим комплексом «ЭРА».

В.2. Применение данного метода позволяет выявлять деформации земляного полотна, которые приводят к искажению геометрии рельсовой колеи, к которым могут быть отнесены:

• балластные углубления основной площадки;
• пучины и весенние пучинные просадки пути;
• осадки, в том числе: верхней рабочей зоны земляного полотна; тела насыпей при расползании насыпей; основания на слабых грунтах и болотах; при протаивании многолетнемерзлых грунтов в основаниях;
• сплывные и оползневые деформации откосов насыпей с захватом основной площадки;
• оползни при расположении земляного полотна непосредственно на оползневом косогоре;
• деформации земляного полотна под рельсошпальной решеткой, вызванные карстовыми процессами.

Данные деформации составляют абсолютное большинство типов деформаций, которые требуют раннего выявления и последствия которых могут привести к полным отказам.

В.3. Статистическая обработка записей процесса просадок выполняется на бортовом компьютере по программе StabWay (ПО Мониторинга земляного полотна), разработанной НПЦ ИНФОТРАНС. Обработка записей процесса просадок производится на всем протяжении диагностируемых участков земляного полотна. При проведении диагностических работ за состоянием высоких насыпей обрабатываются просадки наружной рельсовой нити (ближней к откосу), во всех остальных случаях предусматривается обработка просадок обеих рельсовых нитей.

Период времени года и периодичность проведения обработки по проходам путеизмерительного вагона при выполнении диагностических работ задается в соответствии с требованиями Технологического регламента отдельно по типам деформаций.

В.4. В процессе обработки вычисляются следующие характеристики:

• среднеквадратическое отклонение (СКО) величины просадок для всего протяжения контролируемого участка;
• скользящее среднеквадратическое отклонение (ССКО) величины просадок на всем протяжении контролируемого участка;
• приращение значения ССКО от одного прохода путеизмерительного вагона к другому;
• спектральная плотность длин просадок (только для нестабильных участков пути).

Результаты расчетов величин ССКО и спектральной плотности после обработки исходных записей приводятся в виде графиков и таблиц.

В.5. К нестабильным участкам пути относят участки, имеющие приращение ССКО больше предельных величин (|\Delta\text{ССКО }|) . Учитывая, что при текущем содержании пути периодически производятся исправления отдельных отступлений, в качестве критерия для оценки стабильности подшпального основания принимается сумма всех положительных приращений величины ССКО за рассматриваемый период времени:

\sum_{n} (+ \Delta\text{ССКО }) \leq |\Delta\text{ССКО }|,(\text{В}.1)

где:

( + \Delta\text{ССКО }) — величины положительных приращений ССКО при последующем проходе путеизмерительного вагона к предыдущему на выделенном отрезке пути;

n — количество проходов путеизмерительного вагона в рассматриваемый период;

|\Delta\text{ССКО }| — предельная величина приращения.

Приращения ССКО (|\Delta\text{ССКО }|) в зависимости от скорости движения поездов на диагностируемом участке пути со средними эксплуатационными показателями приведены в табл. В.1.

Таблица В.1

ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ |ССКО| И ПРИРАЩЕНИЯ ССКО (|\Delta\text{ССКО }|) ДЛЯ УЧАСТКОВ СО СРЕДНИМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ

Для участков пути с высокой грузонапряженностью и обращением поездов повышенного веса и длины следует принимать предельные значения |ССКО| и приращения ССКО (|\Delta\text{ССКО }|) в зависимости от скорости движения поездов по данным табл. В.2.

Таблица В.2

ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ВЕЛИЧИН |\Delta\text{ССКО }| И | \sum \Delta\text{ССКО }| ДЛЯ УЧАСТКОВ ПУТИ С ВЫСОКОЙ ГРУЗОНАПРЯЖЕННОСТЬЮ И ОБРАЩЕНИЕМ ПОЕЗДОВ ПОВЫШЕННОГО ВЕСА И ДЛИНЫ

В.6. По результатам обработки, отдельно для каждого диагностируемого участка пути, выдается перечень нестабильных участков.

Для всех участков, где выявлена нестабильность, производится спектральный анализ просадок записанных путеизмерительным вагоном. Для деформаций, связанных с устойчивостью откосов высоких насыпей, характерным является рост отдельных гармоник в диапазоне длин просадок от 6 м до 12 м, а для деформаций оснований насыпей > 25 м. Рост отдельных гармоник в диапазоне длин просадок от 12 м до 25 м может наблюдаться как при деформациях откосов, так и при деформациях оснований.

При обнаружении деформаций земляного полотна на нестабильных участках должны быть проведены диагностические работы, состав и порядок проведения которых в общем случае зависят от типа объекта и характера его деформирования.

В.7. Метод диагностики подшпального основания пути с использованием нагрузочных комплексов предназначен для оценки качества основания пути с помощью диагностических нагрузочных комплексов. В результате проведения испытаний выделяются участки пути с повышенной деформативностью подшпального основания.

Метод используется для диагностирования состояния рабочей зоны земляного полотна глубиной до 3 м, считая от уровня основной площадки.

В.8. Для целей диагностики земляного полотна настоящей Инструкцией предусматривается использование нагрузочных поездов СМ-460 или СПМ-18 конструкции ЗАО НПФ «Спецмаш». При этом нагрузочные поезда СМ-460 или СПМ-18 должны быть оборудованы системами отдельного определения перемещений по рельсу и по шпале.

В.9. Измерения проводятся по всей длине диагностируемых участков при скорости движения комплексов 5 — 10 км/ч.

В.10. Нормативы деформативности и методики оценки нагрузочным поездом принимаются получаемые под нормированной нагрузкой в 30 тс/ось для поезда СМ-460 и 23,3 тс/ось для поезда СПМ-18 величины средних на пикете упругих осадок шпалы (уш), их неоднородность вдоль пути, которая выражается через среднеквадратические отклонения (СКО) этих величин, а также максимальные значения упругих осадок (уш max).

По результатам обработки выделяются участки пути с повышенной деформативностью подшпального основания, превышающей нормы проекта Стандарта, которые приведены в табл. В.3.

Таблица В.3

Приложение Г (рекомендуемое)

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ РАБОТ

Г.1. Выполнение инженерно-геодезических работ должно проводиться в соответствии с положениями следующих основных нормативных документов: СНиП 11-02-96 и СП 11-104-97.

Г.2. При проведении диагностики состояния объектов земляного полотна в общем случае выполняются следующие инженерно-геодезические работы:

• разбивка участков работ с закладкой реперов на объектах;
• съемка элементов земляного полотна и ИССО;
• съемка поперечных профилей земляного полотна;
• высотная и плановая привязка геологических выработок и геофизических профилей;
• съемка продольных профилей пути по головкам рельсов и продольных профилей по водоотводам;
• составление топографических планов участков работ.

Г.3. Геодезической основой при производстве инженерно-геодезических работ служат:

пункты государственных геодезических сетей (плановых и высотных), в том числе пункты спутниковых геодезических определений координат;

пункты опорной геодезической сети;

пункты геодезической разбивочной основы;

точки (пункты) планово-высотной съемочной геодезической сети (постоянного съемочного обоснования).

Г.4. Рекомендуется проводить съемки в местной системе координат и Балтийской системе высот 1976 г. в абсолютных отметках, что позволит в дальнейшем проводить сопоставление результатов изысканий прошлых лет с результатами проводимых диагностических работ. Соблюдение данного условия особо важно при проведении диагностики объектов земляного полотна, расположенных в сложных инженерно-геологических условиях.

Разбивка пикетажа производится от осей искусственных сооружений,

Г.5. При необходимости закладки дополнительных реперов рабочей сети (например, для обоснования плановых съемок, привязки аэрокосмоснимков и т.п.) следует руководствоваться положениями «Правил закладки центров и реперов на пунктах геодезической и нивелировочной сетей СССР», а на объектах, расположенных на основаниях из льдистых грунтов на мерзлоте, необходимо соблюдать требования ВСН 61-89 [27].

Г.6. Временные репера устраиваются на подферменных площадках устоев мостов, на оголовках труб или на опорах контактной сети. При этом репера устраиваются на сооружениях, построенных не менее чем за два года до закладки реперов.

Г.7. Все используемые для привязки реперы должны находиться вне зоны участков предполагаемых деформаций.

Плановое положение реперов определяется построением линейно-угловых сетей. Высотная привязка реперов производится нивелированием IV класса или техническим нивелированием. Кроме того, плановая и высотная привязки реперов могут быть выполнены с использованием спутниковой геодезической аппаратуры (приемники GPS). При этом должны соблюдаться требования приложений В и Ж СП 11-104-97.

Расположение принятых или установленных реперов наносят на план участка с указанием их пикетажного значения, расстояния от оси пути и высотной отметки.

При выполнении работ по разбивке участка и закладке реперов линейные измерения проводятся с точностью до 0,1 м, а точность угловых и высотных измерений должна соответствовать требованиям СП 11-104-97.

Г.8. Обмерные работы по земляному полотну и ИССО выполняются при натурных осмотрах объектов с проведением линейных измерений с точностью до 0,1 м, а также с определением крутизны откосов и склонов. При этом определение крутизны откосов и склонов может выполняться методом ватерпасирования.

Г.9. Съемка поперечных профилей земляного полотна производится в наиболее характерных сечениях по длине диагностируемого объекта (места с дефектами и признаками деформаций, оси ИССО и т.п.), а также в сечениях прокладки геофизических профилей и может производиться:

• техническим нивелированием с одновременными измерениями горизонтальных расстояний (проложений);
• тахеометрической съемкой.

Разбивку поперечников при помощи теодолита или тахеометра производят перпендикулярно к оси пути, а в кривых — к хорде, середина которой проходит через снимаемый поперечник. Сторонность поперечных профилей устанавливается по ходу километров.

Горизонтальные расстояния (приложения) определяются с точностью до 0,1 м, высотные измерения проводят с точностью до 0,01 м.

Г.10. Высотную привязку геологических выработок и геофизических профилей (кроме выработок и профилей, расположенных на снятых поперечных профилях) производят нивелированием, а их плановую привязку — путем замеров расстояний от оси пути и привязкой к пикетажу.

Средняя погрешность определения положения геологических выработок и точек наблюдений по геофизическим профилям приведена в табл. Г.1.

Таблица Г.1

ЗНАЧЕНИЯ ВЕЛИЧИН СРЕДНЕЙ ПОГРЕШНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ВЫРАБОТОК И ТОЧЕК НАБЛЮДЕНИЙ ПО ГЕОФИЗИЧЕСКИМ ПРОФИЛЯМ

Г.11. Съемка продольных профилей пути и водоотводов может производиться нивелированием III класса точности с проведением линейных измерений с точностью до 0,1 м или одновременно с составлением топографических планов участков работ.

Г.12. Составление топографических планов участков работ производится методами тахеометрической съемки, которая производится в М 1:1000 или 1:500 в зависимости от целей проведения диагностических работ, выполняемых на конкретных объектах. Съемка должна проводиться в соответствии с требованиями п. п. 5.93 — 5.98 СП 11-104-97 [25]. Требования к содержанию планов в зависимости от масштаба их съемки даны в приложении Д [25].

Г.13. При выполнении инженерно-геодезических работ предусматривается применение следующих технических средств:

• рулетки, стальные ленты, светодальномеры (типа 2СТ5, СТ10) «Блеск-2» и др.), лазерные дальномеры (типа Disto и др.) при проведении линейных измерений;
• теодолиты типа 3Т2КП или равноточные ему при построении линейно-угловых сетей при закладке опорных реперов;
• нивелиры типов 3Н-5Л, 2Н-10КЛ (или равноточные) при техническом нивелировании;
• нивелиры точные типов Н-3, Н-3К при проведении нивелирования III класса точности;
• тахеометры электронные типов 3TASP (Россия), ТС403 («Leica», Швейцария), SET2030R3 («Sokkia», Япония) при проведении тахеометрических съемок;
• спутниковые геодезические средства глобальной системы позиционирования (GPS), в том числе базовые станции и GPS-приемники типа 4000 SE LAND SURVEYOR («TRIMBLE», США), при определении координат пунктов и точек при проведении съемок.

Г.14. При составлении программ проведения диагностических работ предварительно рекомендуется назначать к выполнению следующие объемы инженерно-геодезических работ:

• закладка временных реперов — не менее 2 на объекте протяжением до 1 км;
• съемка поперечных профилей по земляному полотну — из расчета 1 профиля на пикет, но не реже чем 1 профиль на 300 пм;
• съемка продольных профилей — по длине участка работ и на всем протяжения водоотводов с учетом съемки их выпусков;
• топографическая съемка — площадь съемки назначается в зависимости от типа объекта и вида деформаций при условии включения в полосу съемки водоотводных, защитных и укрепительных сооружений, а также площадей в полосе отвода или охранной зоне, где отмечены признаки возникновения деформаций земляного полотна.

Г.15. Выполнение инженерно-геодезических работ должно проводиться с соблюдением требований Правил по технике безопасности на топографо-геодезических работах.

Приложение Д (рекомендуемое)

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАБОТ

Д.1. Выполнение инженерно-геологических работ должно проводиться в соответствии с положениями: СНиП 11-02-96 и СП 11-105-97.

Д.2. В составе инженерно-геологических работ <11>, выполняемых при диагностировании объектов земляного полотна, производится:

• дешифрирование и сопоставительный анализ аэро- и космоснимков участков линий и прилегающих территорий;
• проходка геологических выработок в виде буровых скважин, шурфов, расчисток и закопуш с отбором проб грунтов;
• лабораторные исследования грунтов, подземных и поверхностных вод;
• стационарные наблюдения (локальный мониторинг) за режимом подземных вод и температурные наблюдения в специально оборудованных скважинах.

<11> Состав работ принят по СП 11-105-97, за исключением инженерно-геофизических работ, рассмотренных в Прил. Е настоящей Инструкции. в общем случае состав инженерно-геологических работ должен быть определен специально разработанной программой проведения диагностических работ.

Д.3. При дешифрировании и сопоставительном анализе аэро- и космоснимков в составе диагностических работ и режимных наблюдений могут быть решены следующие задачи:

• выявление участков развития геологических и инженерно-геологических процессов;
• установление распространения подземных вод, областей их питания, транзита и разгрузки;
• установление видов и границ ландшафтов;
• наблюдения за динамикой изменения инженерно-геологических условий и пр.

Использование аэро- и космоснимков актуально при необходимости диагностирования состояния прилегающих к железнодорожному пути территорий при наличии или возможности возникновения таких деформаций, как карст, оползни, размывы (связанные с переработкой берегов морей, рек и водохранилищ), сели и пр.

Кроме того, использование снимков с целью изучения ландшафтов, а также применение специальных видов съемки (например, радиолокационной и тепловой) может использоваться при диагностике участков насыпей на болотах и многолетнемерзлых основаниях.

Дешифрирование аэро- и космоматериалов должно производиться специализированными предприятиями, имеющими соответствующие лицензии.

Методические рекомендации по проведению аэрокосмического мониторинга за участками земляного полотна, расположенными в неблагоприятных инженерно-геологических условиях, приведены в приложении Д Методики.

Д.4. Проходка геологических выработок производится с целью решения следующих задач:

• определение строения и толщины балластных материалов на основной площадке и откосах объектов земляного полотна;
• определение литологического строения объектов земляного полотна и их оснований;
• установление геологических разрезов, условий залегания грунтов и подземных вод с выявлением ослабленных зон, в том числе с возможными полостями и трещинами по основаниям косогоров и на участках распространения карста;
• определение положения верхней границы вечной мерзлоты под элементами земляного полотна и на прилегающих территориях, наличия таликов, подземных льдов и сильнольдистых грунтов;
• получение опорных разрезов для привязки и корректировки инженерно-геофизических профилей и наблюдений;
• оборудования гидрологических и термометрических скважин для проведения режимных наблюдений;
• отбор проб грунтов и подземных вод.

Д.5. Выбор способа бурения скважин зависит от конкретно решаемых задач, перечисленных выше. Во всех случаях выбранные способы должны обеспечивать высокую эффективность бурения, необходимую точность определения границ между слоями грунтов, возможность отбора проб грунтов и подземных вод. Наиболее точное определение границ между слоями грунтов может быть достигнуто при применении ударно-канатного бурения.

Проведение бурения в пределах основной площадки и на откосах земляного полотна, а также в труднодоступных местах — при отсутствии подъезда, в грунтах I — IV категории буримости — производится или вручную (бур геолога, мотобуры типа М-10, КМ-10), или легкими буровыми установками типа УКБ 12/25, «КОЛИБРИ», «Опенок», «СТЕРХ». Все перечисленные буровые установки обеспечивают проходку скважин шнековым и колонковым способами, а их отдельные модификации, оборудованные мачтами, позволяют осуществлять бурение ударно-канатным способом. Установки «КОЛИБРИ», «Опенок» и «СТЕРХ» гидрофицированы, что позволяет значительно повысить производительность бурения.

Глубина устройства выработок буром геолога и мотобурами в песчаных и глинистых грунтах не превышает 3 м — 10 м, а перечисленные буровые установки позволяют бурить скважины диаметром 58 мм — 200 мм, глубиной до 15 м — 30 м в зависимости от применяемого бурового инструмента и способа производства работ. Кроме того, данные установки позволяют бурить наклонные скважины.

В последние годы серийно выпускаются малогабаритные буровые установки на гусеничном ходу типа УБГ-Л2 «АЛЛИГАТОР» (габарит 3205 x 1000 x 1895 д-ш-в) и ББУ-001 «ОПЕНОК-С» (габарит 2200 x 800 x 1550 д-ш-в). Габаритные размеры данных установок позволяют осуществлять их перевозку в грузовом отсеке вагона-лаборатории инженерно-геологического обследования земляного полотна (ВИГО). Данные установки позволяют производить бурение скважин шнековым способом диаметром до 200 мм и глубиной до 50 м в зависимости от применяемого бурового инструмента и способа производства работ.

Бурение скважин в основании земляного полотна при возможности подъезда может производиться буровыми установками на автомобильном ходу типа УРБ-2А2, а в труднодоступных местах на гусеничном ходу типа УРБ-182 или УРБ-4Т. Основные технические характеристики этих установок даны в табл. Д.1.

Таблица Д.1

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

Д.6. Бурение гидрологических скважин производят под обсадкой, что позволяет достаточно надежно определить глубину появившегося уровня грунтовых вод с точностью до 0,25 м.

Оборудование гидрологических скважин, если программой работ предусмотрено проведение полевых испытаний проницаемости грунтов, следует производить в соответствии с положениями ГОСТ 23278-78.

Д.7. Бурение термометрических скважин может производиться любым способом. Оборудование термометрических скважин производится обсадкой полиэтиленовых или металлических труб с выполнением требований ВСН 61-89 и ГОСТ 25358-82.

Д.8. При производстве диагностических работ на объектах земляного полотна, где в дальнейшем необходима установка контроля осадочных и сдвиговых деформаций грунтовых массивов, в пробуренных скважинах рационально устройство глубинных грунтовых реперов согласно Технологическому регламенту.

Д.9. Отбор, транспортирование и хранение проб грунта должно производиться в соответствии с ГОСТ 12071-2000, а описание грунтов составляется по ГОСТ 25100-95.

Отбор проб грунта из открытых выработок производится вручную шанцевым инструментом или при помощи специальных пробоотборников (например, режущих колец).

Из скважин могут отбираться пробы грунтов нарушенной и ненарушенной (монолиты) структуры. При этом могут использоваться специальные грунтозаборники, одинарные или двойные колонковые трубы, желонки, буровые ложки и пр.

Д.10. При бурении скважин мотобурами и легкими буровыми станками с отбором проб грунтов необходимо комбинирование шнекового и колонкового способов бурения. Кроме того, учитывая, что в дальнейшем лабораторные испытания грунтов проводятся по образцам нарушенной структуры, необходимы полевые определения естественной влажности грунтов W, %, и плотности ро, г/см3. Таких определений проводят не менее трех в каждом выделенном инженерно-геологическом элементе (ИГЭ).

Д.11. Лабораторные испытания грунтов должны производиться в соответствии с требованиями ГОСТ 30416-96.

Виды и состав лабораторных исследований грунтов определяются конкретно поставленными задачами диагностирования объектов и должны быть определены в программе работ в соответствии с приложением М СП 11-105-97. При этом все испытания грунтов должны проводиться по методикам и с использованием технических средств, приборов и приспособлений в соответствии с ГОСТами, приведенными в приложении М СП 11-105-97. Обработка результатов испытаний должна быть проведена в соответствии с ГОСТ 20522-96.

При отборе, консервации, хранении и транспортировании отобранных проб воды допускается руководствоваться ГОСТ 4979-49.

Д.12. При выполнении диагностических работ на участках пути, расположенных на закарстованных территориях, должен выполняться полный химический анализ воды. В остальных случаях предусматривается проведение стандартного анализа. Показатели химического состава подземных вод должны проводиться по методикам и с использованием технических средств, приборов и приспособлений, перечень которых приведен в приложении Н СП 11-105-97.

Д.13. Лабораторные исследования свойств грунтов, поверхностных и подземных вод должны выполняться специализированными организациями, имеющими соответствующие лицензии и оборудование.

Д.14. Необходимое количество, месторасположение и глубина проходки геологических выработок должны назначаться программой проведения диагностических работ на конкретных объектах. При составлении программ проведения диагностических работ предварительно рекомендуется назначать к выполнению следующие объемы инженерно-геологических работ:

• рекогносцировочное инженерно-геологическое обследование — на протяжении всего участка работ;
• буровые скважины для определения геологического строения — из расчета устройства 6 буровых скважин на каждом разбуриваемом поперечном профиле, который располагается не реже чем 1 профиль на 300 пм;
• опорные буровые скважины при применении геофизических методов георадиолокации и малоглубинной сейсморазведки — не менее 1 скважины на 100 пм геофизического профиля;
• количество специально оборудованных гидрогеологических и термометрических скважин, а также расчисток и шурфов должно назначаться отдельно по результатам обследовательских работ.

При этом можно рекомендовать устройство не менее 2 термометрических скважин на объекте. Глубина скважин определяется условиями нахождения температуры на глубине нулевых амплитуд и исследованием грунтов ниже верхней границы мерзлоты не менее чем на 3 м.

Д.15. При проведении инженерно-геологических работ необходимо выполнять правила и инструкции, изложенные в следующих нормативных документах:

• Правила технической эксплуатации железных дорог РФ.
• Инструкция по применению габаритов приближения строений ГОСТ 9238-83.
• Инструкция по сигнализации.
• Инструкция по обеспечению безопасности движения поездов при производстве путевых работ.
• Правила по охране труда при производстве железнодорожных изысканий. МТС 02.11.89.
• Правила электробезопасности для работников железнодорожного транспорта на электрифицированных линиях. ЦЭ-346.

Выполнение работ в пределах основной площадки и на расстоянии до 4 м от головки крайнего рельса должно производиться с обязательным выделением сигналистов.

Организация и порядок производства инженерно-геологических работ должны согласовываться с представителями дистанций связи, СЦБ и энергоснабжения. Бурение скважин должно производиться или в присутствии представителей соответствующих служб, или в заранее определенных местах, помеченных вешками.

Для предотвращения попадания воды в тело насыпи все геологические выработки должны быть надежно затампонированы, а шурфы засыпаны до первоначальных очертаний основной площадки и откосов.

Приложение Е (рекомендуемое)

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ РАБОТ

Е.1. Применение геофизических методов и технических средств диагностирования объектов земляного полотна позволяет оптимизировать объемы инженерно-геологических работ, сократив общее количество геологических выработок и суммарную глубину проходки буровых скважин. Разрезы, полученные в результате проведения инженерно-геофизических работ, позволяют получить пространственную характеристику геологических условий, а не точечную, как при проходке выработок.

Особую роль геофизические методы играют при диагностировании объектов земляного полотна, расположенного на закарстованных территориях, в местах развития оползней и термокарста, а также при наличии слабых оснований, когда выделение зон развития деформаций просто недостижимо устройством буровых скважин.

Е.2. Выполнение инженерно-геофизических работ должно проводиться в соответствии с положениями: СНиП 11-02-96 и СП 11-105-97.

Е.3. Метод георадиолокации.

В последние годы метод георадиолокации стал одним из основных методов диагностирования деформаций основной площадки земляного полотна в виде балластных углублений, а установка георадарных комплексов на передвижные средства позволила проводить диагностирование состояния основной площадки на больших по протяжению участках пути (десятки километров). Успешному внедрению георадаров способствует и развитие программных средств расшифровки полученных полевых материалов съемки.

а) Основы метода

Метод основан на явлении отражения электромагнитной волны от границ сред с разными электрическими свойствами — электропроводностью и диэлектрической проницаемостью.

Максимальный контраст в диэлектрических проницаемостях наблюдается между воздухом ( \epsilon = 1) и водой ( \epsilon = 81). Их соотношение в грунтах в основном определяет диэлектрическую проницаемость слоя. Сухие, монолитные, слабо трещиноватые породы имеют низкие значения диэлектрической проницаемости и высокие скорости, а влагонасыщенные породы имеют высокие значения диэлектрической проницаемости и, как следствие, низкие значения скорости распространения электромагнитных волн. Распределение диэлектрической проницаемости для различных видов грунтов представлено в таблице Е.1.

Таблица Е.1

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ПОРОД В МЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ВОЛН

Основной величиной, измеряемой при георадиолокационных исследованиях, является время пробега электромагнитной волны от источника до отражающей границы и обратно к приемнику (рисунок Е.1). Поскольку скорость распространения электромагнитной волны в разных средах различна, измерив времена прихода волн, можно определить геометрию объекта и уточнить его свойства.

Рисунок Е.1. Принцип действия георадара

Большое значение в методе георадиолокации имеет явление дифракции (рисунок Е.2).

Рисунок Е.2. Дифракция на локальном объекте

В случае, когда размеры объекта меньше либо сравнимы с длиной волны, происходит его огибание фронтом волны, что проявляется в виде характерных изменений в волновой картине — возникают, так называемые, гиперболы дифракции. По форме таких гипербол можно определить скорость распространения электромагнитной волны во вмещающей среде.

Результатом георадарной съемки являются радарограммы, отображающие строение по глубине соответствующих разрезов. Георадар фиксирует только конфигурацию границ слоев грунтов без определения их физико-механических свойств, поэтому для получения инженерно-геологических разрезов необходимо устройство опорных буровых скважин.

Обработка и последующая интерпретация результатов проводится по индивидуальным компьютерным программам, которые входят в состав конкретных георадарных комплексов <12>.

<12> Общие методологические основы георадарной съемки рассмотрены в учебном пособии: Владов М.Л., Старовойтов А.В. Георадиолокационные исследования верхней части разреза. М: Издательство МГУ, 1999.

б) Сферы и порядок применения

Метод георадиолокационной съемки позволяет проводить диагностические работы в режиме реального времени и на участках земляного полотна большой протяженности.

Применение метода предусматривается для диагностирования:

1. основной площадки объектов земляного полотна;

2. откосов насыпей с целью определения мощности балластных шлейфов;

3. глубины и очертания болота, а также просадки насыпи ниже его поверхности;

4. откосов скальных выемок с целью выделения в скальных грунтах крупных трещин, трещин отрыва и трещин напластования;

5. верхней границы мерзлых грунтов, а также наличия и положения ледяных включений, в том числе оконтуривания подземных льдов.

Кроме того, путем георадарной съемки может быть определено литологическое строение насыпей, отсыпанных из дисперсных несвязных грунтов. Ограничением применению метода является условие наличия слоев суглинков и глин мощностью более 2 м.

Решение перечисленных задач диагностирования достигается путем съемки продольных и поперечных георадиолокационных профилей.

При диагностировании основной площадки, определении глубины болота и толщины просевшей части насыпи, а также при сплошном определении границы вечной мерзлоты производится съемка продольных профилей на всем протяжении диагностируемых участков.

При съемке продольных профилей, учитывая что протяженность участков съемки может достигать несколько сотен метров, предусматривается установка георадара на путевую тележку или дрезину, что обеспечивает скорость съемки от 5 до 15 км/ч. Антенны георадара размещаются по оси пути и у торцов шпал. При этом одновременно может производиться съемка трех продольных профилей.

При диагностировании откосов насыпей и конфигурации минерального дна болота производится георадиолокационная съемка наиболее характерных поперечных профилей, которая осуществляется вручную путем перемещения антенн по дневной поверхности грунта, а при необходимости по поверхности воды на плоту.

При проведении съемки на откосах скальных выемок георадар поднимается альпинистами при помощи троса по заранее размеченному створу. Направление и количество геофизических профилей в данном случае может быть определено по результатам обследовательских работ.

Постановка указанных задач определяет необходимую глубину зондирования разрезов, которая может быть принята равной 2 — 5 м для высоких насыпей, 5 — 15 м для насыпей на болотах и 5 — 20 м для объектов, расположенных на основаниях из вечномерзлых грунтов.

В настоящее время наиболее широко применяются георадары типа «ОКО-2М», «Зонд-12с» и «Лоза». Следует отметить, что первые два георадарных комплекса близки по своим параметрам и техническим характеристикам. Георадар «Лоза» имеет более мощный источник электромагнитных волн, однако ограничения использования метода при этом сохраняются.

в) Способы съемки

Основными параметрами, определяющими выбор методики георадарной съемки, являются необходимая глубина исследования и размер структурных элементов (слоев или локальных объектов), которые необходимо выявить. В соответствии с этими величинами выбираются антенные блоки с разными центральными частотами, МГц, позволяющими обеспечить изучение разрезов с определенной глубинностью и разрешающей способностью. Предельная глубинность исследования разрезов при использовании антенных блоков с разной центральной частотой георадара «ОКО-2М» приведена в табл. Е.2.

При рассмотрении данных табл. Е.1 следует иметь в виду, что под глубинностью понимается максимальная глубина объекта, отраженная волна от которого может быть выделена на радарограмме. Например, если задача состоит в определении местоположения объекта, расположенного приблизительно на глубине 2 м, обнаружить его возможно только с помощью антенн, глубинность которых превышает заданную глубину. При этом необходимо учитывать факт, что в реальных средах, где затухание довольно существенно, глубинность антенны несколько снижается.

Таблица Е.2

ПРЕДЕЛЬНАЯ ГЛУБИННОСТЬ АНТЕННЫХ БЛОКОВ ГЕОРАДАРА «ОКО-2М», РАССЧИТАННАЯ ДЛЯ СЛАБОПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД

Разрешающей способностью по глубине называют минимальное расстояние по глубине, на котором могут быть различимы два отражающих объекта. То есть при работе с АБ-400 в виде самостоятельных отражений будут проявляться слои, мощность которых превышает 15 см (в реальных условиях этот параметр будет несколько больше, порядка 25 см).

Обработка данных съемки осуществляется с помощью программных средств, входящих в георадарный комплекс. При этом может быть использовано программное обеспечение «GeoScan-32» или RADEXPRO. Последнее разработано на кафедре сейсмометрии и геоакустики геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

В результате обработки данных съемки могут быть получены георадиолокационные профили, примеры которых приведены на рисунке Е.4 «а» и «б».

Рисунок Е.4. Фрагменты георадиолокационных профилей: а — продольного; б — поперечного

Е.4. Методы малоглубинной сейсморазведки

а) Основы метода

Сейсморазведка — геофизический метод изучения геологических объектов с помощью упругих колебаний — сейсмических волн [45]. Основой метода является зависимость скоростей распространения и других характеристик сейсмических волн от свойств геологической среды, в которой они распространяются. При этом неоднородность геологической среды проявляется в характере отражения, преломления и поглощения сейсмических волн.

Методика сейсморазведки основана на изучении времени пробега различных волн от пункта их возбуждения до сейсмоприемников. В сейсмостанциях электрические колебания, созданные в сейсмоприемниках, усиливаются и автоматически регистрируются на сейсмограммах. В результате интерпретации сейсмограмм можно определить глубины залегания границ пород, их падение и простирание. Использование данных, полученных при проходке геологических выработок, позволяет установить геологическую природу выделенных границ.

Методы сейсморазведки классифицируются по месту проведения наблюдений, по типам изучаемых сейсмических волн, по глубине изучения разрезов.

б) Сферы применения

Для решения задач диагностики земляного полотна могут быть рекомендованы методы малоглубинной (инженерной) сейсморазведки и сейсмотомографии. При этом следует отметить, что данные методы одинаковы с точки зрения теоретических предпосылок и технических средств и различаются только методиками проведения исследований. В обоих случаях наблюдения проводятся с дневной поверхности, а возбуждение колебаний осуществляется ударами молота по металлическим площадкам или специальными устройствами, использующими пиропатроны.

в) Метод малоглубинной сейсморазведки

Метод малоглубинной сейсморазведки базируется на изучении поля преломленных (МПВ) и отраженных (МОВ) волн и позволяет изучать разрез до глубины 40 — 100 м. Достоинством метода является высокая разрешающая способность и точность определения глубин залегания различных пород.

Методика сейсмических наблюдений с целью увеличения глубинности исследования меняется незначительно. Для метода преломленных волн (МПВ) это прежде всего увеличение количества выносов (пунктов взрыва за пределами активной расстановки). Длина выноса для достижения заданной глубины теоретически отвечает соотношениям от 1/3 до 1/10 (глубина исследования/максимальная длина годографа). На практике в связи с различным геологическим строением исследуемых участков методика определяется на основе опытно-методических работ. Также имеет смысл для изучения глубокозалегающих горизонтов увеличить шаг между источниками приема. Это уменьшит разрешающую способность при исследовании вышележащей толщи, но позволит увеличить длину годографа. Нужно учитывать, что с увеличением длины выноса теряется энергия сейсмического импульса. По этой причине часто приходится использовать более мощные (в отличие от кувалды) источники сейсмических колебаний. Они могут быть электродинамическими (ГЕОТОН), пневматическими (ГСК-3) или взрывчатыми (пиропатрон). В некоторых случаях целесообразно проводить исследования, используя метод общей глубинной точки (ОГТ). Но следует учитывать, что особенности строения разреза и частотный спектр импульса не всегда позволяют получить качественные отраженные волны. Выбор данной методики определяется в основном на основе опытно-методических работ.

При этом предусматривается съемка продольных и поперечных (обычно пересекающихся) сейсмических профилей, трассы которых могут быть назначены по результатам обследовательских и инженерно-геологических работ. При этом для построения достоверных геологических разрезов необходима проходка опорных геологических выработок и геодезическая привязка профилей.

Методом малоглубинной сейсморазведки могут быть решены следующие задачи: определение литологического строения объектов земляного полотна (МПВ в МОВ), определение уровня грунтовых вод (МПВ), установление геологических разрезов с определением глубины расположения разупрочненных зон грунтов (МПВ и МОВ), определение наличия и глубины расположения границы многолетнемерзлых грунтов (МПВ).

г) Метод сейсмотомографии

Метод сейсмотомографии предлагается применять при детальном диагностировании высоких насыпей. В данном случае путем применения специальных методик расположения сейсмических профилей по основной площадке и откосам насыпей могут быть получены вертикальные и горизонтальные сейсмотомографические разрезы, характеризующиеся скоростями распространения продольных Vp и поперечных Vs волн, а также их соотношением Vs / Vp (рисунок Е.5).

Рисунок Е.5. Вертикальные сейсмотомографические размеры по скорости распространения продольных волн Vp, м/с

По данным опорных геологических выработок, эти разрезы могут быть преобразованы в томографические разрезы, пространственно характеризующие физико-механические характеристики грунтов, слагающих насыпь (рисунок Е.6). При этом могут быть получены разрезы отдельно по плотности грунтов — \rho, влажности — W, удельному сцеплению — C и углу внутреннего трения — \varphi.

Рисунок Е.6. Вертикальные томографические разрезы по плотности грунтов, слагающих тело насыпи, \rho, г/м3

д) Аппаратура

Применяемая сейсмическая аппаратура должна быть многоканальной, иметь высокую разрешающую способность и значительно усиливать сигналы от сейсмоприемников.

В настоящее время широко применяются 24-канальные и 24-разрядные сейсмостанции «Лакколит-Х-М2» и «Диоген-24/10». Тип применяемых сейсмоприемников (геофонов) должен выбираться в зависимости от условий работ и конкретно решаемых задач.

Обработка полученных сейсмических материалов может производиться в пакете обрабатывающих программ RadExPro Plus, разработанном в ООО «ДекоГеофизика». Эта система позволяет осуществить весь процесс обработки данных: чтение и визуализацию сейсмограмм, фильтрацию и различного рода усиление трасс, корреляцию первых вступлений, построение и редактирование годографов, определение скоростей распространения упругих волн и построение преломляющих границ.

Е.5. Методы электроразведки

а) Основы метода

Электроразведка (точнее электромагнитная разведка) объединяет геофизические методы исследования геологической среды, основанные на изучении электромагнитных полей, которые существуют в среде в силу природных явлений или искусственно создаваемых, например различными источниками тока. Учитывая содержание задач диагностики земляного полотна, а также рекомендации СП 11-105-97, в качестве основных могут быть рекомендованы следующие методы:

• электропрофилирование (ЭП);
• вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ), в том числе по методу двух составляющих (ВЭЗ МДС);
• электротомография;
• радиоволновое профилирование (РВП).

б) Методы ЭП и ВЭЗ

В основе методов ЭП и ВЭЗ лежит изучение электрического поля, возбуждаемого в геологической среде. Методы позволяют выделять слои грунтов с различными удельными электрическими сопротивлениями (УЭС). Достоинствами методов является простота технологии применения и относительно (например, сейсмики) низкая стоимость проведения работ.

Во всех случаях предусматривается проведение наблюдений с дневной поверхности. Глубинность изучения разрезов может быть принята от нескольких метров до первых сотен метров. Изменение глубинности может быть достигнуто путем изменения мощности источника тока и расстояний между электродами.

Следует отметить, что применение методов электроразведки на электрифицированных участках железнодорожного пути имеет ограничения. В этом случае из-за невозможности гальванического заземления изучаемые разрезы должны располагаться на расстоянии не ближе 5 — 10 м от опор контактной сети.

Суть различия методов заключается в следующем. При методе ЭП расстояние между питающими электродами принимается постоянным. При этом исследование разреза выполняется практически на одинаковую глубину по длине профиля. При методе ВЭЗ расстояние между питающими электродами постепенно (согласно принятой методике) увеличивается. При этом глубина изучения разреза изменяется по точкам наблюдения. Метод ВЭЗ предусматривает расположение питающей и приемной линий параллельно друг другу. При методе ВЭЗ МДС, кроме того, проводят наблюдения при расположении питающей и приемной линий перпендикулярно друг другу.

в) Метод электротомографии

В основе метода лежит зависимость наблюдаемого электрического поля, создаваемого источником, от распределения удельных электрических сопротивлений среды. Электротомография является вариантом метода вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ), широко использовавшегося при решении инженерных задач в течение нескольких десятилетий. Однако методика проведения полевых работ и интерпретации данных ВЭЗ была рассчитана на изучение горизонтально-слоистых разрезов.

Методика электротомографии, в настоящее время активно внедряемая в России, направлена на изучение сложно построенных сред, отличных от горизонтально-слоистой модели разреза, и позволяет проводить интерпретацию в рамках двумерных и трехмерных моделей.

Термин «электротомография» включен в СП 11-105-97. Электротомографическая методика в отличие от классических ВЭЗ подразумевает значительно больший объем наблюдений, это касается и количества кривых на профиле и количества точек измерения на каждой кривой. Обязательное условие электротомографической съемки — равенство шага по разносам (расстояние между точками измерения для одной кривой зондирования) и шага по профилю (расстояние между соседними кривыми зондирования), что необходимо для применения двумерных алгоритмов интерпретации, позволяющих учитывать взаимное влияние неоднородностей сложнопостроенных сред и таким образом повышающих точность и надежность интерпретации.

г) Сферы применения

Применение методов ЭП и ВЭЗ, а также ВЭЗ МДС и электротомографии предлагается для решения следующих диагностических задач: получение литологических разрезов, установление величины осадки и конфигурации подошвы насыпей, расположенных на болотах. Кроме того, методы могут применяться с целью диагностирования карстовых полостей. При комплексировании с методом малоглубинной сейсморазведки возможно диагностирование разупрочненных зон грунтов при установлении геологических разрезов по склонам косогоров.

Особо актуально применение этих методов на объектах земляного полотна, расположенных на основаниях из многолетнемерзлых грунтов. В этом случае с успехом решаются задачи определения глубины залегания верхней границы вечномерзлых грунтов, определение в разрезах льдов и сильнольдистых грунтов, определение термокарстовых полостей и ряд смежных задач.

д) Аппаратура (методы ЭП, ВЭЗ/МДС, электротомография)

При выполнении работ указанными методами на постоянном токе можно рекомендовать применение комплекта электроразведочной аппаратуры «Эра» или комплект, состоящий из генератора «Астра» и измерителя МЭРИ. При выполнении работ в непосредственной близости от основной площадки следует применять низкочастотную аппаратуру, например, комплект аппаратуры АНЧ-3 и др.

Применение электротомографии в России стало возможным благодаря разработке нового поколения аппаратуры — многоэлектродных и многоканальных электроразведочных комплексов «Омега 48», «Скала-48» и соответствующего программного обеспечения (Res2Dinv, компания Geotomo, Малайзия, SensInv2D, компания Geotomographie, Германия; ZondRes2D, разработчик А. Каминский, Россия, Санкт-Петербург).

е) Метод радиоволнового профилирования

Метод радиоволнового профилирования (РВП) основан на поглощении сверхдлинных радиоволн, излучаемых и регистрируемых с помощью специальной аппаратуры. При этом наблюдения проводятся с дневной поверхности до глубин 5 — 50 м.

Наиболее рационально применение метода при выполнении диагностических работ на насыпях, расположенных на многолетнемерзлых основаниях, при решении задачи оконтуривания под насыпями участков сильнольдистых грунтов, таликов и зон поперечной фильтрации воды.

Следует отметить, что данный способ может также применяться для определения литологических разрезов, карстовых полостей и глубины расположения уровня грунтовых вод, однако применение РВП для решения данных задач требует дополнительной проверки.

При проведении диагностических работ методом РВП может применяться аппаратный комплекс «Геосканер».

Основные характеристики аппаратного комплекса приведены в таблице Е.3.

Таблица Е.3

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА «ГЕОСКАНЕР»

Примечание - Энергопитание — батарейное и аккумуляторное; тип антенн передатчика — электрические; тип антенн приемника — электрические, магнитные.

ж) Метод электроконтактного динамического зондирования

Метод электроконтактного динамического зондирования (ЭДЗ) объединяет в себе метод полевых исследований свойств грунтов (динамическое зондирование) и метод электромагнитного зондирования (токовый каротаж), который относится к методам электроразведки. При этом одновременно решаются задачи оценки физико-механических и прочностных свойств грунтов (динамическое зондирование) и расчленение грунтов по их литологическому составу (токовый каротаж).

Технология исследований методом ЭДЗ заключается во внедрении путем забивки молотом определенной массы металлических штанг с двухконтактным наконечником в грунтовый массив по точкам наблюдений. Максимальная глубина исследований при ЭДЗ может быть принята равной 5 — 10 м. Применение метода ограничено наличием в массиве включений крупнообломочных грунтов. Возможно применение метода ЭДЗ одновременно с проходкой буровых скважин. При этом глубина исследований может быть увеличена до 20 м и более.

Методикой ЭДЗ предусматривается определение числа ударов молота через каждые 10 см внедрения штанг в грунтовый массив. При этом производят измерения силы тока J, мА. В зависимости от числа ударов молота, с учетом общей массы оборудования, которая увеличивается на массу штанг по глубине, определяют условное динамическое сопротивление грунта Рд, МПа. Определения заносят в полевой журнал.

Обработка полученных данных производится путем построения графиков J и Рд по глубине разрезов. По соответствующим табличным данным и номограммам дается оценка литологического строения и свойств грунтов по глубине разреза.

Приложение Ж (рекомендуемое)

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ НАБЛЮДЕНИЙ ПО ТЕРМОМЕТРИЧЕСКИМ СКВАЖИНАМ

Ж.1. Контроль температуры грунтов в специально оборудованных термометрических скважинах является наиболее достоверным методом диагностики деградации вечной мерзлоты.

Ж.2. Учитывая, что данный метод наблюдений является наиболее дорогостоящим, термометрические скважины следует устраивать только на отдельных объектах, выделенных при проведении всего комплекса диагностических работ.

Количество, глубину проходки и размещение термометрических скважин на выделенных объектах назначают исходя из глубины расположения кровли вечномерзлых грунтов и конкретных параметров самого объекта (см. Приложение Д к настоящей Инструкции).

Ж.3. В зависимости от программы проведения наблюдений могут устраиваться опорные, основные и вспомогательные скважины.

Опорные скважины следует закладывать глубиной 10 — 15 м, на расстоянии не ближе 30 м от оси пути, при условии, что на площадке радиусом 15 м вокруг скважины не наблюдается нарушение мохорастительного покрова.

Основные скважины закладываются не далее 2 — 4 м от подошвы насыпи, забои скважин располагают на глубине 10 — 15 м, но не менее чем на 3 — 4 м ниже чаши протаивания при ее обнаружении в процессе выполнения диагностических работ.

Забои вспомогательных скважин располагают на 2 — 3 м ниже глубины максимального сезонного протаивания-промерзания грунтов.

В качестве термометрических следует использовать скважины диаметром не более 90 мм, пробуренные колонковым способом без промывки на малых оборотах бурового инструмента или ручным буровым комплектом.

На всю глубину скважин устраивается обсадка из полиэтиленовых труб.

Выступающая под поверхностью земли часть трубы должна быть надежно защищена коробом, который заполнен мхом, торфом или другим теплоизоляционным материалом. Входное отверстие трубы после бурения и в промежутках между наблюдениями должно плотно закрываться пробкой, предупреждающей возможность попадания в скважину атмосферных осадков и образование в ней конденсата или снежной шубы.

Ж.4. Измерения температуры грунтов должны выполняться переносными или стационарными термоизмерительными комплектами, представляющими собой гирлянды электрических датчиков температуры с соответствующей измерительной аппаратурой или гирлянды «заленивленных» ртутных термометров.

Инструментальная погрешность приборов для полевых измерений температуры грунтов не должна превышать:

При измерении температуры грунтов в скважинах ртутными термометрами следует применять ртутные метеорологические термометры с ценой деления не более 0,2 °C (по ГОСТ 2045-71 и ГОСТ 112-78), предварительно вмонтировав их в специальные «заленивливающие» оправы для повышения тепловой инерции.

В качестве электрических датчиков температуры грунтов следует применять чувствительные элементы промышленных мерных термометров сопротивления с номиналом 100 Ом (например, ЭСМ-03 по ТУ 25.02.738.71).

При этом применение программно-аппаратных комплексов на базе логгеров LPC в комплекте с термокосами позволяет проводить измерения температуры грунта в режиме реального времени с возможностью накопления и последующей беспроводной передачей данных оператору на компьютер по запросу оператора в зоне прямой видимости.

Комплект оборудования ЛОГГЕР LPC-ZB-T с пьезо-термокосой с датчиками температуры ЭСМ-50 по ТУ 25.02.738.71, антенной ANT-OM8 и координатором ZigBee с USB-интерфейсом имеет объем памяти 16 Мбит (т.е. порядка 1 млн. измерений), программируемый режим замеров температур (интервал замеров от 5 минут до 99 суток) и расчетный срок службы на одном комплекте элементов 3 года.

Ж.5. Оборудование термометрических скважин, порядок проведения и обработки данных измерений температур проводится в соответствии с положениями и требованиями ВСН 61-89 и ГОСТ 25358-82.