ВОДООТВОДНАЯ СИСТЕМА В ДОРОЖНОЙ ВЫЕМКЕ ТОННЕЛЬНОГО ТИПА НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ
DRAINAGE SYSTEM IN ROAD EXCAVATION OF TUNNEL TYPE ON PERMAFROST

Изобретение относится к области строительства железных и автомобильных дорог на вечной мерзлоте, но может быть использовано и вне зоны вечной мерзлоты.
Известна водопропускная система в дорожной выемке тоннельного типа на вечной мерзлоте, содержащая поперечный водопропускной элемент (СП 445.1325800.2018. Водопропускные трубы и системы водоотвода в районах вечной мерзлоты. М. Стандартинформ. 2019. Рис. А.3). Поперечный водопропускной элемент выполнен в виде фильтрующей прорези, прорезающее все поперечное сечение насыпи.
Недостаток этого технического решения заключается в том, что оно может быть использовано в выемке тоннельного типа, когда вся ограждающая конструкция выемки расположена ниже уровня естественной поверхности, а в надземной части расположена только защитная грунтовая насыпь.
Известна водоотводная система в дорожной выемке тоннельного типа на вечной мерзлоте, содержащая продольный водоотводный элемент, расположенный в направлении продольной оси выемки, и серию поперечных водоотводных элементов, расположенных с верховой стороны окружающей территории и примыкающих к продольному водоотводному элементу, при этом конструкция выемки содержит подземную часть и надземную часть, возвышающуюся над уровнем естественной поверхности грунта, а также расположенную в пределах подземной и надземной частей ограждающую конструкцию с внутренней полостью и размерами в соответствии с габаритами приближения строений, причем с обеих сторон ограждающей конструкции в надземной части расположены боковые защитные грунтовые массивы (Шахунянц Г. М. Земляное полотно железных дорог. М., Гос. трансп. ж.д. изд. 1953. Фиг. 13), продольный водоотводный элемент выполнен в виде кювета, расположенного за пределами подошвы откоса насыпного массива, т.е. на ненарушенной территории. Поперечными водоотводными элементами являются сами полости стока.
Недостатком данного технического решения является то, что такая система может быть использована при хороших слабольдистых грунтах, где после протаивания деформации либо отсутствуют, либо незначительны. В случае наличия высокольдистых грунтов или погребенных льдов такая водоотводная система непригодна, поскольку после местных протаиваний может разрушаться как сам кювет, так и происходить серьезные сдвиги массивов.
Целью предполагаемого изобретения является обеспечение надежности работы водоотводной системы, а, следовательно, и самой конструкции выемки.
Поставленная цель достигается тем, что водоотводная система в дорожной выемке тоннельного типа на вечной мерзлоте содержит продольный водоотводный элемент, расположенный в направлении продольной оси выемки, и серию поперечных водоотводных элементов, расположенных с верховой стороны окружающей территории и примыкающих к продольному водоотводному элементу. Конструкция выемки содержит подземную часть и надземную часть, возвышающуюся над уровнем естественной поверхности грунта, а также расположенную в пределах подземной и надземной частей ограждающую конструкцию с внутренней полостью и размерами в соответствии с габаритами приближения строений, причем с обеих сторон ограждающей конструкции в надземной части расположены боковые защитные групповые массивы. Продольный и поперечные водоотводные элементы расположены внутри конструкции выемки, при этом поперечные водоотводные элементы расположены в пределах бокового защитного грунтового массива в месте каждой полосы стока ниже уровня естественной поверхности грунта и выполнены в виде фильтрующих каналов с крупным заполнителем и толщиной, равной глубине сезонного протаивания в окружающей местности, а продольный водоотводный элемент выполнен в виде желоба с продольным уклоном, непрерывного на всей длине выемки и расположенного у боковой поверхности ограждающей конструкции внутри полости в подземной части выемки, причем концевая часть каждого поперечного водоотводного элемента, выполненная с уширением как концевой водосборник, и примыкающая к ограждающей конструкции, содержит расположенные непосредственно над желобом перепускные трубы для пропуска воды из поперечного в продольный водопропускной элемент.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - изображено поперечное сечение выемки тоннельного типа с предлагаемой системой водоотвода;
на фиг. 2 - представлено расположение в плане поперечных водоотводных элементов:
на фиг. 3 - разрез А - А на фиг. 1. со схемой расположения продольного водоотводного элемента.
Водоотводная система в дорожной выемке тоннельного типа на вечной мерзлоте содержит продольный водоотводный элемент, расположенный в направлении продольной оси выемки, и серию поперечных водоотводных элементов, расположенных с верховой стороны окружающей территории и примыкающих к продольному водоотводному элементу. Конструкция выемки содержит подземную и надземную часть, возвышающуюся над уровнем естественной поверхности грунта 1. Выемка сформирована в котловане с границами 2 и внутренняя полость 3 ограничена ограждающей конструкцией, которая состоит из стенок, выполненных из габионов 4, и перекрытия 5, выполненного из гофрированных стальных элементов, балластная призма 6 расположена по оси пути 7, при этом ограждающая конструкция выполнена с учетом габаритов приближения строений. Ограждающая конструкция может быть выполнена по-другому, например, целиком из гофрированных элементов. Образующая с внешней стороны ограждающей конструкции полость в котловане заполнена грунтом обратной засыпки 8, а в надземной части с обеих сторон ограждающей конструкции 5 расположены боковые защитные грунтовые массивы 9. Особенностью данного технического решения водоотводной системы является то, что продольный и поперечные водоотводные элементы расположены не за пределами конструкции выемки, а внутри ее. Поперечный водоотводный элемент состоит из фильтрующего канала 10, расположенного в продолжении полосы стока 11 и концевого водосборника 12, объединяющего один или несколько фильтрующих каналов 10. Вся конструкция поперечного водоотводного элемента расположена под боковым защитным грунтовым массивом 9. Продольный водоотводный элемент выполнен в виде желоба 13 с продольным уклоном, непрерывного на всей длине выемки и расположенного у поверхности ограждающей конструкции внутри полости в подземной части выемки. При этом желоб 13 расположен непосредственно над концевыми водосборниками 12, которые содержат перепускные трубы 14 для пропуска воды из поперечного в продольный водоотводный элемент. Поперечные водоотводные элементы (позиция 10 и 12) размещены ниже естественной поверхности 1 на толщину деятельного слоя, т.е. на глубину сезонного протаивания. Они заполнены крупным заполнителем, например, камнем и защищены от засорения геотекстилем. Полосы стока 11 расположены между локальными водоразделами 15, при этом линия 16 пересечения верхней поверхности бокового защитного грунтового массива 9 с естественной поверхностью 1 криволинейна в плане. Следует отметить также следующие детали. Для фиксации гофрированного перекрытия 5 предназначены прижимные габионы 17. Для обеспечения устойчивости стенка 4 состоит из нескольких вертикальных рядов габионов. Позицией 18 показана верхняя граница мерзлоты в конце летнего периода.
Водопропускная система работает следующим образом. Вода, протекая по полосе стока 11, попадает в фильтрующий канал 10, далее в концевой водосборник 12 и через перепускные трубы 14 попадает в желоб 13 и оттуда выводится за пределы выемки. При неглубоких полосах стока и короткой выемке водосборники 12 могут быть объединены в непрерывный канал, который разгружает желобы 13.
При разработке предлагаемого изобретения были решены следующие технические противоречия. В прототипе водоотводная система расположена за пределами самого сооружения. При этом кювет располагают в направлении продольной оси сооружения на ненарушенной сооружением территории. При этом в ненарушенной территории создаются углубления в пределах кювета, особенно при пересечении локальных водоразделов. Нарушается тепловой баланс. В результате имеет место протаивание, а при наличии уклонов местности возможны размывы и сдвиги массивов грунта. Перемещение водоотводной системы внутрь сооружения позволяет устранить опасность протаивания, так как значительное охлаждение происходит со стороны полости тоннельной выемки, так как температура воздуха в полости приближается к температуре наружного воздуха, а никаких снежных отложений нет, которые способствуют снижению поступления холода в грунт за пределами выемки.
Предлагаемое техническое решение характеризуется существенными признаками.
Первый существенный признак характеризуется тем, что водоотводная система содержит продольный и поперечные элементы водоотвода.
Второй существенный признак характеризуется тем, что водоотводная система расположена в выемке тоннельного типа, частично возвышающейся над уровнем естественной поверхности грунта.
Третий существенный признак - водоотводная система расположена не вне, а внутри сооружения.
Четвертый существенный признак - конструкция поперечного водоотводного элемента.
Пятый существенный признак - конструкция продольного водоотводного элемента.
Все пять существенных признаков необходимы и достаточны для достижения поставленной цели - обеспечении надежности водоотводной системы и самой выемки.
Эффективность предлагаемого технического решения определяется повышением надежности водоотводной системы и, следовательно, самой конструкции выемки.