CC BY
38
^ СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - ТРАНСПОРТУ
УДК 624.195
А. В. Бенин, А. Н. Коньков, А. В. Романов
РЕЗУЛЬТАТЫ ВИЗУАЛЬНОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ УЧАСТКА ДЕЙСТВУЮЩЕГО БАЙКАЛЬСКОГО ТОННЕЛЯ
Дата поступления: 07.11.2016 Решение о публикации: 13.03.2017
Цель: Оценка работоспособности сооружения и возможности его дальнейшей безопасной эксплуатации. Методы: Описание конструкций обделок Байкальского тоннеля, системы вентиляции тоннеля. Приводится результат визуального обследования с указанием его основных дефектов железобетонной обделки, конструкций западного портала, железнодорожного пути, анализируются причины возникновения дефектов. Результаты: Определено, что деструкция бетона обделки вызвана периодическим промерзанием и оттаиванием обделки в зоне порталов, происходящим по нескольким причинам: поршневого действия подвижного состава, недостаточной эффективности тепловентиляции и отсутствием портальных ворот. Выявлено, что состояние осмотренного участка обделки тоннеля находится в ограниченно работоспособном состоянии. По критерию «срок службы в годах» установлен факт просроченного капитального ремонта пути на старогодних материалах. Балластный слой по данным дистанции пути не менялся и не очищался с момента укладки 1983 г., имеет высокую загрязненность. Практическая значимость: Рекомендовано повысить эффективность тепловентиляции, установить автоматические портальные ворота, выполнить полную замену балласта.
Ключевые слова: Байкальский тоннель, обделка тоннеля, железнодорожный путь, дефекты пути.
Andrey V. Benyn, Cand. Sci., head of "Professor N.A. Belelyubsky mechanical laboratory" testing laboratory, benin.andrey@mail.ru; *Aleksander N. Kon'kov, Cand. Sci., associate professor; *Andrey V. Romanov, Cand. Sci., associate professor, andrey.romanov@mail.ru (Petersburg State Transport University) THE RESULTS OF BAIKAL FUNCTIONING TUNNEL AREA VISUAL SURVEY
Objective: The assessment of construction's functionality and possibilities of its further safe operation. Methods: The description of Baikal tunnel lining design, ventilation system. The result of visual survey was presented with the main defects of tunnel's ferroconcrete lining, constructions of the west entrance, railway track, defects origin was analyzed. Results: It was detected that concrete destruction of the lining in and around entrances was caused by periodic frost penetration and defrosting of the lining around entrances due to several reasons: piston action of the rolling stock, poor thermo ventilation and the absence of entrance gates. It was disclosed that the examined tunnel's lining area was in a restrictedly functional condition. The case of expired capital repair on used materials was established by "durability in years" criterion. According to the data of permanent way division, the ballast bed was not renewed or cleaned since it was laid in 1983, thus it was heavily fouled. Practical importance: It is recommended to increase the effectiveness of thermo ventilation, to install automatic entrance gates, to fulfill the complete ballast replacement.
Keywords: Baikal tunnel, lining, railroad, railway malfunction.
Введение
В ноябре 2015 г. сотрудниками Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I была проведена оценка технического состояния Байкальского тоннеля. Цель работы заключалась в определении работоспособности сооружения и возможности его дальнейшей безопасной эксплуатации.
Байкальский тоннель был построен в 1984 г. Его длина составляет 6686 м, материалы обделки - бетон, железобетон, набрызгбетон, гидроизоляции обделки нет. В продольном профиле тоннель односкатный с руководящим подъемом 13 %о с восточного портала на западный. В плане тоннель размещается на прямой, за исключением участка западного портала, который на длине 639 м идет по кривой радиусом 600 м. Портальные ворота отсутствуют.
Тоннель имеет вспомогательные выработки: вертикальный вентиляционный ствол глубиной 196 м, околоствольные выработки, транспортно-дренажную штольню, расположенную параллельно тоннелю в уровне его подошвы, 21 сбойку между штольней и тоннелем. Ствол не используется по назначению, так как предусмотренная первоначальным проектом вертикальная схема тепловентиля-ции с размещением калориферных установок в устье ствола, оказалась неэффективной и в 1989 г. была заменена на горизонтальную схе-
Рис. 1. Трещина в обделке
му с использованием транспортной штольни и сбоек вблизи порталов [1]. С этого времени ствол не обследовался, техническое состояние его не известно, надстволовое здание, в котором первоначально находились калориферные секции, заброшено [2, 3].
Результаты визуального обследования технического состояния обделки тоннеля
Сначала сотрудниками ПГУПС было проведено визуальное обследование тоннеля. Согласно имеющейся технической документации и опросу сопровождающего технического персонала, обеспечивающего текущее содержание тоннеля, наибольшее количество дефектов сосредоточено в припортальных зонах тоннеля на протяжении 500-700 м как со стороны западного, так и со стороны восточного портала тоннеля.
Основными дефектами осмотренного участка являются разнонаправленные трещины по периметру обделки, локальные зоны деструкции бетона, водопроявления в виде капежа, сырости и наледей на поверхности обделки. Открытых течей на осмотренном участке не обнаружено. Фотографии дефектов приведены на рис. 1- 3.
Основное количество дефектов в виде деструкции бетона выявлено на припортальном участке на протяжении 80-100 м от портала.
Рис. 2. Наледь на поверхности бетона
Рис. 3. Зоны деструкции бетона
На некоторых участках наблюдаются следы выполнения текущих ремонтов (вырубки участков деструктивного бетона с последующей заделкой ремонтными составами).
Вентиляционное оборудование (вентиляторы и калориферы) расположено в сбойках у западного (рис. 4) и восточного порталов. Оно не обеспечивает надлежащего прогрева внутритоннельного воздуха, что способствует обмерзанию обделки и ее морозному разрушению, происходящему особенно интенсивно в зоне порталов.
Деструкция бетона, таким образом, вызвана периодическим промерзанием и оттаиванием обделки в зоне порталов, происходящим по нескольким причинам: поршневого действия подвижного состава (поступление теплого воздуха перед составом при выходе из тоннеля и засасывание холодного воздуха при входе состава в тоннель), недостаточной эффективностью тепловентиляции и отсутствием портальных ворот [4-7].
Результаты визуального обследования технического состояния западного портала
В сопряжении портальной и подпорной стен обнаружена сквозная вертикальная трещина (рис. 5). Деформации и сползания грунта откосов визуально не наблюдаются.
Рис. 4. Вентилятор в сбойке у западного портала
Состояние железнодорожного пути в существующем тоннеле
Данные по отчетным документам
Железнодорожный путь был уложен в 1983 г. С тех пор в тоннеле не производились ремонтные работы капитального характера.
В настоящее время установленная скорость движения для пассажирских поездов составляет V = 60 км/ч, для грузовых -V = 50 км/ч.пасс
гр
Конструкция железнодорожного пути в тоннеле представляет собой звеньевой путь с рельсами Р65 на деревянных шпалах со скреплением ДО. Эпюра шпал составляет 2000 шт./км. Балласт щебеночный, толщиной 40 см под шпалой, что соответствует нормам проектирования, действующим на момент укладки в 1983 г., но противоречит современным нормам [8, 9].
Пропущенный тоннаж на момент обследования составил 577,7 млн т брутто (при нормативном 600 млн т брутто). Норматив выполнения капитального ремонта железнодорожного пути на старогодних материалах по пропущенному тоннажу будет достигнут менее чем через один год. Грузонапряженность - 28,7 млн ткм брутто/км в год.
Для данных скоростей движения и грузонапряженности периодичность выполнения капитального ремонта пути равна 600 млн ткм брутто или один раз в 18 лет [10, 11].
Рис. 5. Вертикальная трещина между портальной стеной и откосом
По второму параметру (срок службы в годах) капитальный ремонт пути на старогодних материалах к настоящему времени просрочен.
Средняя оценка пути - 63 балла, что соответствует состоянию «ХОРОШЕЕ».
Для текущего обслуживания тоннеля предоставляются технологические «окна» продолжительностью 2 ч.
С ноября 2014 г. по ноябрь 2015 г. в тоннеле обнаружены 14 остродефектных рельсов, что является тревожным фактом, так как количество остродефектных рельсов на 1 км пути за период нормативной наработки тоннажа служит вторым основным параметром назначения капитального ремонта пути. Это означает, что рельсовое хозяйство к моменту обследования практически исчерпало свой ресурс и в ближайшее время прогнозируется лавинообразный выход рельсов по дефектности [12].
Таким образом, необходимо проведение капитального ремонта пути на старогодних материалах. Однако для замены рельсошпальной решетки требуется предоставление длительных «окон» продолжительностью 6-8 ч, что является весьма проблематичным, учитывая интенсивное грузовое движение по Байкало-Амурской магистрали.
Данные визуального осмотра
Сотрудниками ПГУПС был произведен визуальный осмотр состояния железнодорожного пути в тоннеле. В районе западного портала в плане путь представляет собой кривую радиусом 700 м. По наружной рельсовой нити наблюдается боковой износ в пределах допуска (рис. 6).
Рельсовые стыки в основном находятся в удовлетворительном состоянии. В части стыков (рис. 7) обнаружено отслоение и выкрашивание металла (дефект 17.1) [13].
Промежуточные рельсовые скрепления ДО также находятся в удовлетворительном состоянии. В некоторых случаях выявлено отжатие костылей (рис. 8).
Шпальное хозяйство в удовлетворительном состоянии. Небольшое количество шпал имеет дефекты в виде продольных трещин, смятия и т. п. (рис. 9).
Балластный слой по данным дистанции пути не менялся и не очищался с момента укладки в 1983 г. Он очень загрязнен, что видно при визуальном осмотре (рис. 10, 11): наличие мелких фракций в верхней части. В нижней части со слов обслуживающего персонала наблюдаются высокая загрязненность и
Рис. 6. Боковой износ головки наружного Рис. 7. Дефектный стык с отслоением
рельса в кривом участке пути и выкрашиванием металла
Рис. 8. Отжатие костылей
Рис. 9. Дефектные шпалы
Рис. Щ Мелкие фракции на поверхности Рис. 11. Плечо балластной призмы
балласта в шпальном ящике с добавлением нового щебня
омоноличивание балласта, для которого необходима замена или очистка. Полная замена балласта была бы наиболее предпочтительным вариантом в данном случае, однако это мероприятие требует полного закрытия тоннеля на длительный срок, что невозможно. Очистка балласта менее критична, с точки зрения организации движения, но нужна дополнительная проработка.
Заключение
Результаты обследования позволили прийти к следующим выводам:
1. Состояние осмотренного участка тоннеля находится в ограниченно работоспособном состоянии (ограниченно работоспособное состояние всего тоннеля отражено в протоколе технического совещания от 3 ноября 2015 г.). Согласно [14], ограниченно работоспособное состояние характеризуется некоторым снижением несущей способности обделки, однако имеющиеся дефекты не приводят к потере несущей способности обделки и тоннель может эксплуатироваться без ограничений при условии организации постоянного контроля его технического состояния.
2. Для поддержания технического состояния тоннеля рекомендуется повысить эффективность тепловентиляции и установить автоматические портальные ворота.
3. Железнодорожный путь в тоннеле находится в работоспособном состоянии. Для устранения отдельных дефектных элементов конструкции нужна их одиночная замена.
4. По критерию «срок службы в годах» установлен факт просроченного капитального ремонта пути на старогодних материалах.
5. Для проведения замены рельсошпальной решетки следует увеличить предоставление длительных окон продолжительностью 6-8 ч. Возможность предоставления таких «окон» на данном участке может быть определена ОАО «РЖД» с переключением части грузопотока на Транссибирскую магистраль.
6. Вопрос о возможности глубокой очистки щебня в тоннеле имеет определенные сложности и требует дополнительной проработки. Вероятно, нужна полная замена балласта [15].
Библиографический список
1. Гришаев В. И. Вентиляция тоннелей на железных дорогах / В. И. Гришаев. - М. : Трансжел-дориздат, 1967. - 123 с.
2. Лысюк В. С. Прочный и надежный железнодорожный путь / В. С. Лысюк, В. Н. Сазонов, Л. В. Башкатова. - М. : МКЦ «Академкнига», 2003. -589 с.
3. Носарев А. В. Мосты и тоннели на Великом Сибирском пути (включая БАМ) : Инженерно-ис-
торический очерк / А. В. Носарев.- М. : МИИТ, 2002. - 288 с.
4. Храпов В. Г. Тоннели и метрополитены : учебник для вузов / В. Г. Храпов, Е. А. Демешко, С. Н. Наумов, А. Н. Пирожкова, Н. Г. Туренский. -М. : Транспорт, 1989. - 383 с.
5. Содержание и реконструкция тоннелей : учебник / под ред. Ю. С. Фролова. - М. : ФГОУ «Учеб.-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте»,
2011. - 300 с.
6. Зайнагабдинов Д. А. Особенности взаимодействия железнодорожных тоннелей с грунтовыми неоднородными массивами : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.23.11 / Д. А. Зайнагабдинов. - М. : МИИТ, 2016. - 24 с.
7. Тоннели железнодорожные и автодорожные. Актуализир. ред. СНиП 32-04-97 : офиц. изд. Свод правил СП 119.13330.2012. - М. : ФАУ «ФЦС»,
2012. - 127 с.
8. Железнодорожный путь : Свод правил СП 238.1326000.2015. - Утв. Приказом Минтранса России № 209 от 06.07.2015 г. - М., 2015. - 71 с. -URL : http://www.standards.ru/document/6108217. aspx (дата обращения: 07.11.2016).
9. Железные дороги колеи 1520 мм. Актуализир. ред. СНиП 32-01-95 : офиц. изд. Свод правил СП 119.13330.2012. - М. : ФАУ «ФЦС», 2012. - 52 с.
10. Технические условия на работу по ремонту и планово-предупредительной выправке пути. ЦПТ-53. - М. : ИКЦ «Академкнига», 2004. -182 с.
11. Технические условия на работы по реконструкции (модернизации) и ремонту железнодорожного пути. - Утв. распоряжением ОАО «РЖД» № 75 р от 18.01.2013 г. - URL : http://lawru. info/dok/2013/01/18/n157620.htm (дата обращения 07.11.2016).
12. Лысюк В. С. Прочный и надежный железнодорожный путь / В. С. Лысюк, В. Н. Сазонов, Л. В. Башкатова. - М. : МКЦ «Академкнига», 2003. -589 с.
13. Инструкция «Дефекты рельсов. Классификация, каталог и параметры дефектных и остродефектных рельсов». - Утв. распоряжением ОАО «РЖД» № 2499 р от 23.10.2014 г. - URL : http:// lawru.info/dok/2014/01/18/18/n157620.htm (дата обращения: 07.11.2016).
14. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений : Свод правил по проектированию и строительству СП 13-1022003. - М. : ФГУП ЦПП, 2003. - 32 с.
15. Чернецкая И. С. Организация и технология выполнения капитального ремонта с укладкой бесстыкового пути в тоннеле на горно-перевальном участке ВСЖД / П. С. Чернецкая, С. Т. Плескач // Проблемы проектирования и строительства железных дорог : межвуз. сб. науч. трудов. - Хабаровск : ДвГУПС, 2011. - С. 172-178.
References
1. Gryshayev V. I. Ventylyatsiya tonneley na zheleznykh dorogakh [Tunnel ventilation on railroads]. Moscow, Transzheldorizdat Publ., 1967, 123 p. (In Russian)
2. Lysyuk V. S., Sazonov V. N. & Bashkato-va L. V. Prochniy i nadezhniy zheleznodorozhniy put [Durable and reliable railway]. Moscow, IKC "Aka-demknyga" Publ., 2003, 589 p. (In Russian)
3. Nosarev A. V. Mosty i tonnely na Velykom Sy-byrskom puty (vklyuchaya BAM) [Bridges and tunnels of the Great Siberian Way (including the Baikal-Amur Mainline)]. Historical engineering sketch. Moscow, MIIT Publ., 2002, 288 p. (In Russian)
4. Khrapov V. G., Demeshko Y. A., Naumov S. N., Pyrozhkova A. N. & Turensky N. G. Tonnely i metropo-lyteny [Tunnels and metropolitan railways]. Moscow, Transport Publ., 1989, 383 p. (In Russian)
5. Soderzhaniye i rekonstruktsiya tonneley [Maintenance and reconstruction of tunnels]. Ed. by Y. S. Fro-lov. Moscow, FBGOU "Learning and teaching educational centre of railway transport" Publ., 2011, 300 p. (In Russian)
6. Zainagabdinov D. A. Osobennosty vzaimodeyst-viya zheleznodorozhnykh tonneley s gruntovymy neod-norodnymy massyvamy [The peculiarities of railway tunnels and ground heterogeneous massifs interaction]. Diss. abstract... Cand. Sci.: 05.23.11. Moscow, MIIT Publ., 2016, 24 p. (In Russian)
7. Tonnely zheleznodorozhniye i avtodorozhnye [Railway and highway tunnels]. Aktualyzyrovanna-ya redaktsiya SNiP 32-04-97. Ofitsialnoye izdaniye. Svod pravyl SP 119.13330.2012 Revised SNiP edition 32-04-97. Official publication. Set of rules SP
119.13330.2012. Moscow, FAU "Federal centre of normalization and technical evaluation of building accordance" Publ., 2012, 127 p. (In Russian)
8. Zheleznodorozhniy put [Railway track]. Set of rules SP 238.1326000.2015. Approved by order of Mintrans of Russia N 209 from 06.07.2015. Moscow, 2015, 71 p. Available at: http://www.standards. ru/document/6108217.aspx (accessed: 07.11.2016). (In Russian)
9. Zhlezniye dorogy koley 1520 mm [1520 mm track railroads]. Aktualyzyrovannaya redaktsiya SNiP 3201-95. Revised edition of SNiP 32-01-95. Official publication. Set of rules SP 119.13330.2012. Moscow, FAU "Federal centre of normalization and technical evaluation of building accordance" Publ., 2012, 52 p. (In Russian)
10. Tekhnicheskiye usloviya na raboty po remontu i planovo-predupredytelnoy vypravke puty [Technical terms for repair jobs and planned-prophylactic track surfacing. CPT-53]. Moscow, IKC "Akademkniga" Publ., 2004, 182 p. (In Russian)
11. Tekhnicheskiye usloviya na raboty po rekon-struktsii (modernizatsii) i remonty zheleznodorozh-nogo puty [Technical terms for the work on the reconstruction (modernization) and maintenance of the railway track]. Approved by JSC "Russian Railways" order N 75 p from 18.01.2013. Available at: http://lawru.info/dok/2013/01/18/n157620.htm (accessed: 07.11.2016). (In Russian)
12. Lysyuk V. S., Sazonov V. N. & Bashkato-va L. V. Prochniy i nadezhniy zheleznodorozhniy put [Durable and reliable railway]. Moscow, IKC "Aka-demknyga" Publ., 2003, 589 p. (In Russian)
13. Instruktsiya "Defekty relsov. Klassifikatsiya, catalog i parametry defektnykh i ostrodefektnykh relsov" [Instruction "Railing malfunction. Classification, catalogue and the parameters of defective and highly defective rails"]. Approved by JSC "Russian Railways" order no. 2499 p from 23.10.2014. (In Russian)
14. Pravyla obsledovaniya nesushykh stroitel-nykh konstruktsiy zdaniy I sooruzheniy [Regulations for load-carrying building structures and installations inspection]. Svod pravyl po proyektyrovaniyu i stroitelstvu SP 13-102-2003 [Set of rules for planning and building SP 13-102-2003]. Moscow, Federal State Unitary Enterprise Design products in building center Publ., 2003, 32 p. (In Russian)
15. Chernetskaya I. S. & Pleskach S. T. Organiza-tsiya i tekhnologiya vypolneniya kapytalnogo remopnta s ukladkoy besstykovogo puty v tonnele na gorno-pere-valnom uchastke VSZhD [Organization and technology of capital repairing with tracking of long-welded rails in the tunnel running under the main mountain range of East-Siberian railway]. Problemy proyektyrovaniya i stroitelstva zheleznykh dorog [The issues of planning and building of railroads. Interuniversity Coll. Papers]. Khabarovsk, DvGUPS Publ., 2011, pp. 172-178. (In Russian)
БЕНИН Андрей Владимирович - канд. техн. наук, заведующий ИЛ «Механическая лаборатория им. проф. Н. А. Белелюбского», benin.andrey@mail.ru; *КОНЬКОВ Александр Николаевич -канд. техн. наук, доцент; *РОМАНОВ Андрей Валерьевич - канд. техн. наук, доцент, а^геу. romanov@mail.ru (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I).
