КАРСТООПАСНОСТЬ УФИМСКОГО КОСОГОРА И МЕТОДЫ ЕЁ ОЦЕНИВАНИЯ

KARST HAZARD OF THE UFA SLOPE AND METHODS OF ITS EVALUATION

Laysan Zaidullina

student, Department of Construction, Samara State University of Railway Transport

Russia, Samara

Svetlana Vlasova

scientific adviser, senior lecturer, Samara State University of Railway Transport,

Russia, Samara

АННОТАЦИЯ

Постоянно развивающиеся геологические процессы на Куйбышевской железной дороге определяют необходимость повышенного внимания к состоянию земляного полотна. Наибольшие проблемы возникают на участках земляного полотна, расположенного в районах распространения карста. Многолетними режимными наблюдениями на Уфимском косогоре получены количественные показатели современной активности проявления на поверхности сульфатного карста неогенового и четвертичного времени.

Теоретические и экспериментальные работы подтвердили целесообразность применения электроразведки, в частности электропрофилирования и электрозондирования для поисков и оконтуривания закарстованных и трещиноватых пород. Но в условиях эксплуатации железной дороги данный метод трудно применим на территории магистрали и вблизи и даже не приемлем по ряду причин. Важной особенностью работы железных дорог являются интенсивные электрические помехи, обусловленные наличием блуждающих токов, а также индуктивными наводками кабельных и воздушных силовых линий. Только при условии соблюдения правил и требований противокарстовой защиты, а также с применением новых методов мониторинга опасных участков, возможна безопасная эксплуатация железной дороги на недостаточно устойчивых территориях.

Систематизированы результаты многолетних наблюдений активизации карстовых провалов, образующихся ниже мест поглощения поверхностных вод и приближающихся к земляному полотну железной дороги. Проведён сравнительный анализ полевых и скважинных геофизических методов, применяемых при исследовании залегания сложных карстовых форм.

ABSTRACT

Constantly developing geological processes on the Kuibyshev Railway determine the need for increased attention to the condition of the roadbed. The greatest problems arise on the sections of the roadbed located in the areas of karst distribution. Long-term regime observations on the Ufa slope have obtained quantitative indicators of the current activity of the manifestation on the surface of the sulfate karst of Neogene and Quaternary time.

Theoretical and experimental work has confirmed the feasibility of using electrical exploration, in particular electro-profiling and electro-sounding for the search and delineation of karst and fractured rocks. But in the conditions of railway operation, this method is difficult to apply on the territory of the highway and nearby and is not even acceptable for a number of reasons. An important feature of the work of railways is intense electrical interference caused by the presence of stray currents, as well as inductive leads of cable and overhead power lines. Only if the rules and requirements of anti-karst protection are observed, as well as with the use of new methods for monitoring dangerous areas, safe operation of the railway in insufficiently stable territories is possible.

The results of long-term observations of the activation of karst sinkholes formed below the places of absorption of surface water and approaching the railway trackbed are systematized. A comparative analysis of field and borehole geophysical methods used in the study of the occurrence of complex karst forms is carried out.

Ключевые слова: Куйбышевская железная дорога, Уфимский косогор, земляное полотно, карстовые провалы, методы оценивания.

Keywords: Kuibyshev Railway, Ufa slope, roadbed, karst sinkholes, evaluation methods.

Постоянно развивающиеся геологические процессы на Куйбышевской железной дороге определяют необходимость повышенного внимания к состоянию земляного полотна. Наибольшие проблемы возникают на участках земляного полотна, расположенного в районах распространения карста. Многолетними режимными наблюдениями на Уфимском косогоре получены количественные показатели современной активности проявления на поверхности сульфатного карста неогенового и четвертичного времени (рисунок 1).

Уфимский косогор площадью 7 км² представляет собой высокий (до 100 м) и крутой, в нижней части обрывистый, расчлененный оврагами правый склон долины реки Белая.

Частое переслаивание пород различного состава в разрезе уфимского яруса обуславливает наличие в них преимущественно безнапорных межпластовых вод. Многочисленные родники из прослоев уфимских песчаников, известняков и мергелей приурочены, в основном, к средней части склона долины реки Белой [1].

Динамика современной активности проявления карста на косогоре тесно связана с атмосферными осадками, влиянием реки Белой, а  также обусловлена  высокой техногенной нагрузкой. Полученные данные по активности проявления карста на косогоре являются основой для прогноза развития карстового процесса на нем и устойчивости полотна, проходящей по нему магистральной железной дороги [4, 5].

Рисунок 1. Диаграмма карстопроявлений на Уфимском косогоре участка 1622 км – 1627 км Куйбышевской железной дороги:

1 – на днищах оврагов и древних карстовых котловинах; 2 – в пределах железнодорожного полотна и в непосредственной близости от него; 3 – на склонах оврагов и склоне долины реки Белой; 4 – в межовражьях

По данным ГТК (Ленгипротранс) 4018 тыс. м³ воды в год поступает на Уфимский косогор, из них карстовыми воронками на косогоре поглощается 450 тыс. м³ воды в год (рисунок 2).

Рисунок 2. Данные баланса стока

На Уфимском карстово-оползневом косогоре на каждый квадратный километр приходится не менее 36 воронок. С момента пуска железнодорожного сообщения на участке путей 1622 – 1629 километр приходится постоянно бороться с карстовыми процессами.

Самый крупный провал, случившийся в 1927 году, имел площадь 1,5 тысяч метров, а на его ликвидацию потребовалось 400 вагонов земли и камней. Встает вопрос диагностики, прогнозирования карстовых провалов во избежание катастроф на данном участке (рисунок 3).

Рисунок 3. Схема расположения карстовых полостей Уфимского косогора на 1624 км участка Куйбышевской железной дороги

В районах покрытого карста, непосредственно на участках движения поездов, в которых карстующиеся породы перекрыты слоями нерастворимых водопроницаемых пород, возникают трудности обнаружения зон возможных карстовых провалов с помощью геофизических методов при значительной мощности перекрывающих четвертичных отложений более 20 м [3].

Чем больше мощность перекрывающих отложений, тем труднее установить геофизическими методами зоны карстообразования. Ситуация может осложняться побочными суффозионными процессами в рыхлых песчаных и супесчаных отложениях.

Теоретические и экспериментальные работы подтвердили целесообразность применения электроразведки, в частности электропрофилирования и электрозондирования для поисков и оконтуривания закарстованных и трещиноватых пород.  Но в условиях эксплуатации железной дороги данный метод трудно применим на территории магистрали и вблизи  и даже не приемлем по ряду причин [3].

Важной особенностью работы железных дорог являются интенсивные электрические помехи, обусловленные наличием блуждающих токов, а также индуктивными наводками кабельных и воздушных силовых линий.

Промышленные помехи характеризуются интенсивностью, достигающей единиц вольта на метр. Наблюдаются максимальные амплитуды помех порядка 400 Гц и более.  Кроме того, из-за наличия щебёнки, строительного материала, химически активных веществ значительно ухудшаются условия заземления приемных электродов, а также условия возбуждения сейсмических волн.  Высокая пропускная способность железных дорог, динамическое воздействие на грунт земполотна,  постоянный уровень помех в различное время суток, насыщенность подземных коммуникаций затрудняют исследования. При таких условиях проведение электроразведочных работ оказывается невозможным.

Проведение анализа и сравнения геофизических методов, применяемых при исследовании залегания сложных карстовых форм (таблица 1), обнаруживает проблему. Большинство методов оценивания карстоопасности неприемлемо вблизи земляного полотна в условиях интенсивных электрических помех на железной дороге [2].

Таблица 1.

Полевые и скважинные геофизические методы, применяемые при исследовании залегания сложных карстовых форм

Оценка карстовой опасности должна выполняться с учётом базы данных, полученных на основе специального карстологического мониторинга. В настоящее время программой предусмотрены следующие наблюдения и работы:

1. Анализ влияния погодных условий на устойчивость косогора и карстовых явлений.

2. Постоянные наблюдения за неустойчивыми местами пути и земляного полотна.

3. Наблюдения за состоянием карстово-оползневого склона косогора.

4. Регулярное накопление сведений по карстообразовательным процессам на косогоре и вызванных ими деформациями земляного полотна железнодорожного пути.

5. Наблюдения за состоянием противодеформационных искусственных сооружений.

6. Наблюдения за поверхностным стоком и водоотводными сооружениями.

7. Наблюдения за режимом реки Белая и ее влияние на устойчивость косогора.

Карстовые процессы – наиболее тяжело прогнозируемые геологические процессы, осложняющие строительство и эксплуатацию зданий и сооружений. В результате осадки и провалов земной поверхности под и вблизи с земляным  полотном железной дороги не гарантирует устойчивость земполотна и безопасность движения поездов на участке.

Только при условии соблюдения правил и требований противокарстовой защиты, а также с применением новых методов мониторинга опасных участков, возможна безопасная эксплуатация железной дороги на недостаточно устойчивых территориях.

Список литературы:

1. Абдрахманов Р.Ф., Мартин В.И., Попов В.Г. и др. Карст Башкортостана – Уфа: Информреклама, 2002. – 384 с.
2. Рекомендации по геофизическому исследованию закарстованности территорий, предназначенных для строительства. – М., Госстрой РСФСР, 1971.
3. Скворцов Г.Г. Вопросы инженерно-геологического изучения и оценки карста в основании железнодорожных сооружений // Специальные вопросы карстоведения. – М.: Изд-во АН СССР, 1962. – С. 43–57.
4. Смирнов А.И. Опыт прогноза проявлений сульфатного карста на примере Уфимского косогора // Разведка и охрана недр. – 2011. – № 3. – С. 64–68.
5. Смирнов А.И., Абдрахманов Р.Ф. Карстоопасность территории Республики Башкортостан // Вестник АН РБ. – Уфа, 2007. – С. 5.