РАЗДЕЛ 2.
Земляные работы. Сооружение земляного полотна. Оборудование для земляных работ.
Практика современного железнодорожного строительства и эксплуатации железных дорог достигла такого уровня, когда руководители железнодорожной и строительной индустрии должны иметь полные и точные сведения о стоимости и связанной с ней производительностью в отношении проектирования новых линий и обеспечения требований эксплуатации на существующих линиях. В настоящее время эксплуатационники особое внимание уделяют применению более производительной техники или более совершенного оборудования.
Результат внедрения улучшенных технологий, современных машин и тщательно продуманных проектов — улучшенное основание для железнодорожных путей при наинизшей стоимости и наивысшем качестве.
Новое строительство.
В прошедшие несколько десятилетий первостепенными стали точные знания инженерной геологии при проектировании и эксплуатации пути. Стабильность земляного полотна жизненно важна для пути и движения поездов. Высокое качество рельсов, балласта и шпал недостаточны без устойчивого земляного полотна. Характер и размещение грунтов и встречающихся скальных отложений в совокупности с их поведением под влиянием погодных условий, изменения условий движения и, в конечном счете, воздействия высокоскоростных и тяжелых поездов — информация, необходимая для оценки возможности строительства новой линии и выполнения работ по ее сооружению.
Выбор и правильная эксплуатация оборудования на каждой операции — основные вопросы для подрядчика. Для того чтобы конкурировать, подрядчик должен применять эффективные, экономически выгодные способы, а количество необходимого оборудования должно быть оптимально сбалансировано. В случае когда земляные работы или сооружение земляного полотна осуществляются собственными силами и оборудованием железных дорог, не менее существенно, чтобы они производились эффективными способами. Современное оборудование, улучшенная технология и более квалифицированное проектирование дали возможность железнодорожной индустрии повысить массу поездов и скорость перевозок за счет устранения ограничивающих скорость кривых, сокращения длин линий, которые были построены по естественным контурам, и во многих случаях благодаря устранению чрезмерных уклонов.
Техническое содержание железнодорожного пути.
Возросший ежегодный тоннаж, более тяжелый подвижной состав и высокие скорости движение привели к необходимости улучшения технологий эксплуатации железнодорожного пути и применения современного оборудования. Большая часть оборудования, применяемого для строительства пути, может использоваться для его текущего содержания.
Реконструкция, уширение и упрочнение насыпей, уширение выемок, очистка канав и русл, заполнение промоин, улучшение водоотвода, удаление сплывов, устранение пучин, регулирование эрозионных процессов, улучшение состояния откосов, сооружение пролетов мостов, ликвидация последствий при крушениях, транспортировка материалов — те области, где современное производитель ное оборудование стало совершенно необходимых для содержания пути.
В течение многих лет железные дороги обходились собственными силами в области эксплуатации оборудования и выполнения необходимых ра бот. Они отошли от этих убеждений, когда специализированные ведомства с современной техникой в состоянии выполнять работы по сооружению земляного полотна, включая восстановление выемок и насыпей до первоначального очертания Откосы насыпей и выемок постоянно деформируются из-за воздействия гравитации и воды в течение многих лет. В результате требуется периодический текущий ремонт для восстановления земляного полотна, очистки канав и предупреждение эрозии, вызываемой дождями, волнами и водными потоками. Специализированные организации для текущего содержания пути, применяющие современную механизацию, выполняют эти работы с минимальными затратами. Почти всегда материал удаляемый при очистке канав, насыщен влагой и непригоден для реконструкции насыпи. Хороший материал (грунт) для реконструкции насыпи можно получить из резерва или из смежной выемки уширяемой по проекту.
Независимо от месторасположения при выборе грунта нужно учитывать его способность к уплотнению или, если это делается для каменной насыпи его сопротивляемость эрозии. Расстояние, на которое перевозится грунт, и стоимость его перевозки должны быть минимальными.
Реконструкция насыпи обычно выполняется при помощи машин, работающих «с поля»: бульдозеры и рыхлители на гусеничных или пневмоколесных тракторах с гидравлическим управлением, самоходные скреперы; автогрейдеры, фронтальные погрузчики на пневматическом ходу, автомобили- самосвалы и, в отдельных случаях, одноковшовые экскаваторы. Способы доставки и ремонта таких машин зависят от доступности или отдаленности каждого отдельного объекта работ.
Низкорамные тракторные прицепы обеспечивают скорость и мобильность доставки при доступном расположении объекта строительства и в аварийных ситуациях. Там, где требуются перевозки на большие расстояния и позволяет график движения поездов, оборудование перевозится по железной дороге на платформах.
Сооружение земляного полотна.
Большинство новых железнодорожных линий строится в богатых углем районах Среднего Запада Соединенных Штатов. Необходимость в огромных угольных перевозках из этих районов для использования на Среднем Западе, Востоке и Юге потребовала отправления больших объемов материала для сооружения пути и разработки обширных программ для нового строительства в относительно короткий промежуток времени. При современном строительстве отходят от узких выемок и насыпей, чрезмерных уклонов и кривых малого радиуса, которые были характерны для более раннего строительства. Новая тенденция — сочетание уширенных насыпей и использование грунтов с определенными свойствами — будет обеспечивать большую несущую способность и оптимальное уплотнение, что позволит создать более высокую стабильность земляного полотна.
В местах, где есть скальный грунт, его целесообразно использовать для защиты ядра насыпи, откосов, устройства улучшенного водоотвода, защиты более слабых грунтов от воздействия климатических факторов. Особое значение придается сооружению насыпей на прочном основании, из хорошо уплотненного грунта с требуемыми свойствами, выемок с правильно спланированными откосами для создания земляного полотна, требующего минимальных затрат на текущее содержание. Знания, полученные при изучении физических свойств материалов и их механики грунтов, позволили усовершенствовать технические условия строительства железных дорог. Обсуждаемая в дальнейшем технология в основном приведена в соответствие с техническими условиями Американской железнодорожной инженерной ассоциации по строительству железных дорог.
Расчистка и выкорчевывание.
Расчистка — срезка всех деревьев, пней, заросшей, кустарников и другой растительности на уровне не более 6 дюймов над поверхностью земли и удаление всего срезанного материала, упавших деревьев, веток и другого мусора с поверхностей. Выкорчевывание — извлечение и удаление пней, их корней и вкопанных бревен вместе со всеми валунами и обломками, находящимися на поверхности.
Снятие верхнего слоя грунта.
Места под выемки и насыпи освобождают от всякой растительности, дерна, растительного грунта и непригодного материала. Их удаляют или складируют для дальнейшего применения.
Верхний слой грунта должен быть снят везде, где поверхностный органический материал будет создавать слабые зоны в грунтовом массиве. Органический материал может вызвать пучение, поэтому его обязательно удаляют из зоны промерзания.
В местах расположения насыпей разработка канав должна быть закончена до сооружения насыпей. Нагорные канавы, если они необходимы, должны быть сооружены до начала разработки любой соседней выемки. Выбоины или впадины на поверхности основной площадки будут являться причиной образования балластных карманов после начала движения поездов.
Разработка скальных грунтов взрывом.
Скальные грунты следует разрабатывать методами, позволяющими избегать дробления, разрыхления или других повреждений скального грунта за пределами проектного уровня основной площадки земляного полотна и линии откоса. Для этого должно быть учтено воздействие взрыва на состояние откоса и исходя из этого определен вид взрыва. Откосы в скальных выемках могут быть образованы обычным способом одновременно с удалением материала из выемки или после этого, а также путем контурного взрывания вдоль требуемой плоскости.
Основание скальных выемок должно быть разработано так, чтобы был обеспечен свободный отток воды. Важно избежать образования углублений в основной площадке на концах скальных выемок из-за неполной разработки скального грунта в месте перехода выемки в насыпь на проектном уровне основной площадки земляного полотна.
Взрывчатые вещества.
Взрывчатые вещества (ВВ) необходимы при сооружении земляного полотна в скальных выемках, строительстве тоннелей, для получения балласта или каменной наброски. Они используются при расчистке и раскорчевывании трассы, осушении болотистых районов. Помимо этого, ВВ широко используются при эксплуатации дороги для удаления каменных осыпей, при разработке дренажных канав, при установке опор в скальных грунтах и для ликвидации ледяных заторов.
Имеются различные виды промышленных ВВ, обладающих разными характеристиками, такими, как скорость детонации, плотность, водостойкость и дымность.
* Методы обработки подробно рассмотрены в Бюллетене № 653 Американской инженерной железнодорожной ассоциации: Пекковер Ф. Л. «Борьба с камнепадами на железнодорожных линиях», 1976, с. 471—503.
Желатиновые динамиты — водостойкие, плотные, бризантные ВВ предназначены для взрывания с образованием минимального количества вредных дымов, что особенно важно под землей. Там, где необходимы взрыв на выброс или создание высокого давления, применяются ВВ с большим содержанием нитрана аммония, которые требуют сухих скважин. Динамит прессуется в стандартный патрон с размерами от 7/8 X 8 до 8 X 24 дюймов. Непрессованный динамит упаковывают в мешки по 12,5 фунта, из которых его высыпают в скважины. Выбор взрывчатого вещества зависит от характера работ, условий применения и экономичности. Эффект взрыва зависит от умения исполнителя правильно расположить скважины и зарядить их соответствующим ВВ.
Черный порох в настоящее время используется только для инициации взрыва. В прошлом он широко использовался в местах, где нужно было создать высокое давление, а не разрушающее воздействие. Затем это ВВ быстро вытеснил динамит, для приведения которого в действие нужны детонаторы. Динамит инициируется электрическими капсюлями-детонаторами, обычными капсюлями и бикфордовым шнуром, а также задерживающими электрическими капсюлями-детонаторами. В основном рекомендуются электрические капсюли-детонаторы. Они надежны, позволяют точно управлять моментом взрыва и могут инициировать несколько зарядов одновременно.
Задерживающие электрические капсюли-детонаторы используются, главным образом, при разработке тоннелей, где одни заряды должны взрываться вслед за другими в определенном порядке. Бикфордов шнур и капсюли-детонаторы удобны для одиночных взрывов.
Аммонито-желатиновые динамиты предпочтительны, главным образом, при сооружении земляного полотна и проходке тоннелей из-за их высокой плотности, пластичности и минимальной дымности. При разработке карьеров нужно учитывать множество факторов, поэтому целесообразно проконсультироваться со специалистами, которые специализируются в использовании ВВ. Хранение и поставки ВВ регламентируются государственными и местными властями и Федеральным законом. Особенно важно, чтобы дети не могли получить доступ к детонаторам. Большое внимание должно быть обращено на то, чтобы ни один детонатор не был потерян.
Меры безопасности при взрывах в скальных грунтах.
Все устройства для управляемых взрывов по соседству с железнодорожными путями должны обеспечивать необходимую безопасность. Во всей зоне должно быть обеспечено общее и непрерывное предостережение, чтобы предотвратить травмы людей, любое повреждение транспортных средств, поездов, линий передачи или коммуникаций, конструкций, частных жилищ или других сооружений вследствие ударов, вибрации или разлета осколков.
Правила, определяющие порядок транспортировки, хранения, погрузки и использования взрывчатых веществ на месте работ, должны строг выполняться одновременно с принятием всех необходимых мер предосторожности против воздействия индукционных токов, вызываемых радиопередатчиками и приемниками, линиями передачи трансформаторами, лучами радиолокаторов ил любыми другими видами энергии или волнового воздействия, которые могут привести к прежде временному возбуждению взрывной электрической цепи.
Все взрывы должны выполняться с предельным вниманием специалистами-взрывниками. Для защиты имущества или оборудования все заряды должны быть соответствующим образом укрыты матами или другим защитным материалом.
Контурное взрывание.
Решение вопроса о применении метода контурного взрывания с его возможными преимуществами, состоящими в уменьшении образования чрез мерной трещиноватости откоса и последующей стоимости текущего содержания, должно быть рассмотрено опытным лицом при составлении проекта
Земляные работы в обычных грунтах
К обычным грунтам относятся все виды грунтов кроме скалы; они включают в себя крепкий сланец, ледниковую валунную глину, сцементированный гравий и мягкую разложившуюся горную породу. Эти грунты могут быть получены из выемок или резервов, расположенных в пределах или вне трассы железной дороги, из канав и любых других разработок. Грунт выемки, непригодный для сооружения насыпи, удаляют.
Грунты для насыпей.
Насыпи сооружают из пригодных грунтов, полученных при земляных работах или из карьеров. В насыпи не должны включаться корни, обломки, органический и другие непрочные материалы, снег, лед, промерзший грунт.
Растительный грунт, глину, одноразмерный мел кий песок, суглинок, мягкую или пылеватую глину и другие вязкие грунты с индексом пластичности превышающим 12, нельзя использовать в качестве материала для насыпей.
Сооружение насыпей из скального грунта.
Скальный грунт должен отсыпаться на всю ширину насыпи слоями толщиной не более 3 футов в неуплотненном виде. Каждый слой уплотняется гусеничным трактором массой не менее 25 т, который проходит по слою грунта не менее 4 раз.
Сооружение насыпей из обычного грунта.
Обычный грунт отсыпают послойно на всю ширину насыпи. В целях обеспечения одинакового уплотнения грунта насыпи все транспортирующие грунт машины должны перемещаться равномерно по ширине насыпи. Толщина каждого отсыпаемого слоя до уплотнения не должна превышать 8 дюймов. Естественная влажность грунта для сооружения насыпи должна быть близкой к оптимальной с точки зрения его уплотнения. Прочность грунта зависит от плотности, которая в свою очередь зависит от относительной влажности грунта. Если влажность грунта намного меньше оптимальной, то при заполнении пор дождевой водой в период дождей после сооружения насыпи произойдет ее размягчение. Влажность грунта намного больше оптимальной будет способствовать размягчению насыпи и приведет к ее осадке. При содержании влаги в грунте, намного превышающем оптимальное ее содержание, никакое количество укаток грунта не обеспечит достижения требуемой его плотности.