Фотографии БАМа, сделанные со спутников, помогли найти эффективные решения по сохранению вечной мерзлоты

Проектирование и строительство объектов на мерзлоте в рамках модернизации Восточного полигона железных дорог проходит под надзором Мерзлотной станции. Совместно с проектными институтами специалисты станции разрабатывают комплексные меры для защиты земляного полотна от деформаций. Об этом наш корреспондент побеседовал с заместителем начальника Мерзлотной станции Центра обследования и диагностики инженерных сооружений ОАО «РЖД» Игорем Гавриловым.

– Игорь Ильич, чем обусловлены проблемы земляного полотна в Тындинском регионе?

– Взаимодействие земляного полотна и многолетнемёрзлых грунтов основания не было изучено в достаточной мере перед строительством БАМа. Охлаждающие мероприятия либо ещё не были открыты, либо находились в стадии разработки. В результате земляное полотно строилось без каких-либо охлаждающих мероприятий. Сразу после его отсыпки появились многочисленные деформации пути. В 1989 году была развёрнута масштабная программа по инженерно-геокриологическому обследованию и мониторингу земляного полотна БАМа, рассчитанная на пять лет. Планировалось создание мерзлотной службы Байкало-Амурской железной дороги для постоянного геокриологического мониторинга магистрали и специализированного ремонтно-строительного подразделения для реа¬лизации противодеформационных мероприятий.

В 1992 году работы по программе были свёрнуты. В связи с этим деформативность земляного полотна БАМа осталась самой высокой на сети дорог за счёт просадок из-за деградации многолетнемёрзлых грунтов основания. Всё вышесказанное справедливо и для Тындинского региона. Регулярный мониторинг температур грунтов здесь проводится с 70-х годов прошлого столетия. Одним из наиболее проблемных является перегон Ларба – Лумбир, где сегодня ведётся строительство нового разъезда Сосновый.

– Какие особенности имеет перегон Ларба – Лумбир?

– На этом участке марь слабо наклонена, поэтому здесь не формируются классические водотоки, такие как ручьи, вода течёт широкими полосами шириной 30–60 метров. При изыскании такие полосы стока, как правило, не обнаруживаются, так как с земли их не видно. Они проявляются, когда земляное полотно отсыпано и создано препятствие для воды, которая начинает скапливаться с верхней стороны. Геологические условия данного участка одни из самых сложных на БАМе, в основании земляного плотна толщина просадочных при оттаивании грунтов достигает 7 м, торфа – до 3,8 м, подземных льдов – до 3 м.

Деформации земляного полотна здесь начались сразу после его отсыпки в 1976 году и не прекращаются уже 40 лет. Участок стал хрестоматийным примером отторжения геологической средой инженерных сооружений. Мы обобщили данные, полученные из различных источников, проанализировали разновременные космические снимки спутника Landsat из геопортала РЖД-SAT. Геотехнический анализ показал, что главной причиной непрекращающихся тепловых деформаций земляного полотна является отепляющее воздействие воды, фильтрующей в основании земляного полотна. Вода скапливается в местах пересечения железнодорожного пути и полос стока, ситуация усугубляется дефицитом искусственных сооружений и потеплением климата. Деформации реализовались примерно наполовину, следовательно просадки продолжатся ещё не менее 30–40 лет.

– Какую информацию можно получить с космоснимков?

– Оказалось, что гидрологическая ситуация хорошо видна со спутника. Отчётливо просматриваются полосы стока и застои воды в местах, где полоса стока упирается в насыпь. На весеннем снимке видно, что промёрз¬шее земляное полотно не пропускает воду, водное образование достигает более 500 м в длину. Когда земляное полотно оттаивает и начинает пропускать воду, озеро уменьшается в размерах, и в сентябре его практически нет.

– Какие технологии, направленные на стабилизацию земляного полотна, применяются при строительстве разъезда Сосновый?

– На этом объекте реализуется комплекс мероприятий. Во-первых, запроектирована охлаждающая скальная конструкция в виде берм из фракционного камня без мелкого заполнителя. Под охлаждающей скальной конструкцией грунт лучше промерзает зимой и хуже оттаивает летом, таким образом создаётся круглогодичный охлаждающий эффект. Совместно с проектировщиками «Ленгипротранса» мы проанализировали ситуацию и пришли к выводу, что без гидроизоляции водоотводов невозможно гарантировать стабильность земляного полотна. Гидроизоляция состоит из специальной плёнки толщиной 1,5 мм, склеенной с геотекстилем, который защищает её от повреждений. По нашей инициативе такие гидроизолированные водоотводы используются и на других объектах БАМа. Кроме того, на этом участке существует явный дефицит искусственных сооружений, расстояние между ними достигает 2,5 км. Для решения данной проблемы запроектирована дополнительная водопропускная труба.

– Насколько широко распространена технология строительства охлаждающей скальной конструкции?

– Эта технология в полном смысле этого слова является природоподобной. Так, по результатам исследований Академии наук установлено, что под курумами (каменными россыпями на склонах) температура грунтов на 2-3 градуса ниже, чем на прилегающих участках. В горах Алтая, в скифских курганах из каменных обломков, мерзлота помогла сохранить до наших дней артефакты древней цивилизации. Таким образом, мы не изобрели что-то новое, а подсмотрели это в природе. Эта же технология применяется в Китае, США и Канаде. На Цинхай-Тибетской железной дороге в КНР охлаждающая скальная наброска является основным охлаждающим мероприятием.

– Какие выводы можно сделать исходя из практического опыта эксплуатации земляного полотна на БАМе?

– Уровень эксплуатационной надёжности земляного полотна БАМа существенно ниже уровня надёжности верхнего строения пути. Протяжённость участков с тепловыми (мерзлотными) осадками пути на длительно эксплуатируемом земляном полотне бывшего БАМа постепенно сокращается, уступая место затяжным пластическим деформациям переувлажнённого сезонно-мёрзлого основания. Повышение поездной нагрузки приведёт к увеличению деформаций земляного полотна, что может стать препятствием к росту грузооборота.

Для решения проблемы повышенной деформативности земляного плотна необходимо решить вопрос дефицита водопропускных сооружений, повысить надёжность и эффективность водоотводов, на участках с тепловыми деформациями широко применять проверенные временем охлаждающие скальные конструкции, на участках с пластическими деформациями использовать врезные контрбанкеты, осуществлять научную поддержку модернизации. Для кардинального повышения качества изысканий, проектирования и ремонтов полотна ввести в договорную практику гарантийный период (не менее 5 лет).