Как работают гибкие сетчатые барьеры и почему они эффективны. Надежная защита от лавин

Продолжая рассказывать о ходе реализации проекта инженерной защиты десятикилометрового участка Транссиба около города Аша Челябинской области, остановимся на некоторых нюансах проектирования и установки сетчатых противокамнепадных и противолавинных барьеров и на том, на что влияют эти нюансы.

В этом отношении снова наибольший интерес представляет самый первый и одновременно один из наиболее сложных участков – 1727. Здесь противолавинные барьеры установлены на склоне вдоль всей зоны возможного схода лавины, один над другим. Это стандартная схема расстановки сетчатых барьеров, когда непрерывная линия барьеров закрывает весь опасный участок. Длина линий барьеров, расстояние между рядами и высота барьеров определятся на стадии проектирования исходя из ряда факторов:

• угол возвышения склона;
• максимальная высота снежного покрова;
• объемный вес снега (как правило, берется максимальное значение для «весеннего» водонасыщенного снега);
• шероховатость поверхности склона и, как следствие, коэффициент скольжения (очевидно, что на гладком скальном участке или участке, покрытом травой, это значение будет отличаться от залесенного или покрытого крупными валунами слоя);
• локальные климатические условия.

Что учитывалось в Аше

Отталкиваясь из полученных на этапе инженерных изысканий данных, было рассчитано количество рядов, расстояние между ними и высота снегоудерживающих барьеров.

Если говорить об участке 1727, то склон здесь покрыт травой, угол возвышения более 30 градусов, то есть идеальная ситуация для возникновения лавин или снежных осовов. Это было многократно подтверждено даже за последние два года. Кроме того, морфология участка такова, что в верхней части склона в зимний период под воздействием ветра возникали достаточно большие снежные карнизы.

Дополнительный момент, который пришлось учитывать проектировщикам – вероятность на этом же участке камнепадов, которые могут быть весьма разрушительными для проходящих поездов. В связи с этим на основании расчетов по самому нижнему уровню здесь будет установлен противокамнепадный барьер, рассчитанный на 2000 КДж. Его разместят вдоль существующей защитной бетонной стенки выше по склону, его высота будет составлять 4,5 метра. Это необходимо в связи с тем, что компьютерное моделирование камнепадного процесса показало, что именно в пределах такой высоты могут подлетать катящиеся со склона камни.

Насколько надежны и экономически эффективны сетчатые барьеры

Возникает рациональный вопрос – не выйдут ли барьеры из строя после первой же зимы или первого серьезного камнепада. Ведь одно дело – выделить финансирование на строительство, а совсем другое – на обслуживание и ремонт в случае необходимости.

Для защитных систем австрийского производства давно разработаны и успешно применяются специальные таблицы, в которых четко прописано, когда и какое плановое обслуживание необходимо. Через определенные промежутки времени специалистами должны проверяться стойки, тросы и сами сетки. При этом, безусловно, если произойдет какое-либо предусмотренное расчётами опасное событие, то ремонт барьеров, справившихся со своей главной задачей – защитить железнодорожные пути и проходящие по ним поезда – несомненно будет гораздо дешевле, чем ликвидация последствий возможной аварии. В подтверждение этого можно вспомнить, как недалеко от места работ, на перегоне Миньяр-Биянка (1751 км), летом 2017 года слетел с горы и врезался в последний вагон проходящего грузового состава скальный обломок размером с машину «Ока». Железнодорожные пути там на протяжении всего километра проходят вдоль склона. Сам склон является лавино- и камнепадоопасным. Тогда в интервью журналистам главный госинспектор Приволжского управления Госжелдорнадзора Ринат Камалетдинов рассказывал, что причиной случившегося стали природные и техногенные факторы. «Обильные осадки со шквалистыми ветрами, наблюдавшиеся в июне-июле, характер самих скальных пород, представляющих собой известковую, пористую структуру с раковинами, продольными и поперечными трещинами, подверженных насыщению влагой – это причины природного характера, которые повлекли сход камней. Из техногенных причин – взрывные работы, которые проводил Биянковский щебеночный завод в непосредственной близости от железной дороги», – подчеркнул он.

Несмотря на то, что конструкции в целом достаточно дорогие, ремонт и замена отдельных элементов – это относительно простая и не особо трудоемкая работа. Затраты на эксплуатацию сетчатых конструкций пренебрежительно малы в сравнении со стоимостью строительно-монтажных работ, а с учетом минимального расчетного срока службы 25–30 лет и высокой степени надёжности, а также существенно более низких затрат на установку, нежели капитальное строительство бетонных сооружений, применение такого типа защиты в определённых случаях безусловно является более выгодным решением, нежели, например противокамнепадная или противолавинная галерея.

Принцип работы сетчатых барьеров

Чтобы было понятнее, опишем, как работает сетчатая противолавинная (снегоудерживающая) система на примере тех, что устанавливают в Аше. Все конструкции рассчитаны, исходя из угла наклона склона, максимальной высоты снежного покрова 1,5 метра и ряда других, поэтому их высота составляет 2,5 метра. Каждая защитная сетка закреплена на специальных стойках-анкерах, установленных на бетонном фундаменте. Глубина забуривания анкеров – до 6 метров. В каждом конкретном случае она рассчитана в симуляции. На каждую стойку сделано по два анкера – один забурен строго вертикально, а второй под углом 45 градусов к склону. На них крепятся фундаментные пластины со специальным проемом, в который вставляется стойка. Каждая такая стойка крепится верхними и боковыми оттяжками к дополнительным анкерам. Для противолавинных барьеров на одну стойку приходится одна верхняя оттяжка. Когда стойки стоят в устойчивом положении – натягиваются контурные и средние троса и расправляются сетки, которые затем закрепляются между собой связующим тросом или жимками и притягиваются к концевым стойкам. Все это позволяет быть уверенным в том, что соединения выдержат проектную нагрузку, а также не оставляет нигде пустых проемов.

Нужно отметить, что в данном случае в противолавинных системах не предусмотрены тормозные элементы, поскольку они работают исключительно на статическую снеговую нагрузку. Однако системы, благодаря конструктиву, способны выдерживать динамическую нагрузку до 500 кДж. По проекту снег на них будет накапливаться, но не сходить вниз, а таять весной. Чтобы понять механизм их работы, необходимо понимать и механизм накопления и таяния снега. Снег аккумулируется перед линией барьера в течении зимы. Это малозаметно, но снег ложится слоями. При повышении температуры сцепляющие характеристики между слоями изменяются, верхний слой может подтаять и стать слишком тяжелым для нижних слоев, в результате чего начнет сходить вниз. Противолавинный барьер Snow Rake удерживает снежную массу и на дает ей сойти вниз. Снег упирается в сетку и стойки, сетки растягиваются до определенного момента удерживая снежную массу и не давай ей сойти вниз.

Больше информации и новых материалов – в наших следующих публикациях.