В июне 2021 г. сотрудниками НИИОСП им. Н.М. Герсеванова была выполнена работа по научно-техническому сопровождению проектно-изыскательских работ по объекту: «Горно-металлургический комбинат «Удокан». Первая очередь строительства на производительность 12,0 млн тонн руды в год. Внешнее электроснабжение». В ходе работы был выполнен детальный анализ криогенного процесса курумообразования применительно к существующим условиям на объекте проектируемого строительства, атакже разработаны рекомендации по мерам борьбы с данным процессом.
ГМК «Удоканская медь» расположен на севере Забайкальского края в пределах Каларского района. Территория района находится в области резко-континентального климата умеренного пояса. Различия в климате отдельных частей территории обусловлены резким перепадом высот и горно-котловинным характером рельефа. На территории распространены многолетнемерзлые породы сплошного типа. Мощность ММП достигает от 800 до 1200 м при минимальной отрицательной температуре на глубине нулевой годовой амплитуды от –6 до –12 °С.
В результате изысканий для строительства линий внешнего электроснабжения для предприятия было установлено, что проектируемые опоры находятся на участке склона, где развивается процесс курума. На рис. 1 показан процесс монтажа опор ВЛ на склоне с курумом.
Рис. 1. Процесс монтажа опор ВЛ для ГМК «Удоканская медь» на склоне с курумом(фото с сайта Чита.ру)
Fig. 1. Installation of overhead line towers for Udokan Copper on a slope having a stone run(photo from https://www.chita.ru/)
Площади распространения курумных полей на участке строительства изменяются от нескольких десятков до нескольких сотен квадратных метров. Наименьшая мощность (0,5–1,0 м) курумов наблюдается на участках интенсивного сноса обломочного материала, а наибольшая (3–6 м) – на участках аккумуляции склоновых отложений. Максимальное прогнозируемое смещение активной части курума по результатам ИГИ достигает 0,4 м в год.
Проектируемые опоры представляют собой металлоконструкции в виде ферм, установленные на железобетонные подножники с плоской платформой в основании (рис. 2).
Рис. 2. Схема конструкций фундаментов ВЛ
Fig. 2. Schematic of overhead line tower foundations
Для минимизации негативного влияния экзогенных геологических процессов был принят ряд инженерных решений. Под подошвой фундаментов выполняется выравнивающая подготовка из щебня толщиной 100 мм. Для ограничения касательных сил морозного пучения предусмотрена обмазка стоек подножников кремнийорганической эмалью КО-174. Для сохранения свойств вечномерзлых грунтов оснований, сложенных супесями либо пылеватыми песками, предусматривается теплоизолирующий слой из экструзионного пенополистирола с закрытыми порами, а также устройство средств мониторинга вечной мерзлоты.
В качестве мер инженерной защиты от воздействия курума специалистами НИИОСП им. Н.М. Герсеванова предложен метод создания зон безопасности перед фундаментами опор вверх по склону. Зона безопасности состоит из выровненной площадки, под фундаменты опор заполненной обратной засыпкой, в которой устраивается улавливающая траншея. Размер зоны безопасности зависит от мощности активной толщи курума. Большое количество подвижного материала приводит к необходимости увеличения расстояния от кромки курума до фундамента сооружения, это нужно для уменьшения передаваемого давления и исключения засыпания конструкций обломочным материалом. В случае с опорами ВЛ на ГМК «Удоканская медь» расстояние вверх по склону от фундамента опор до кромки курума составило 10 м при максимальной мощности активной части курума 3 м. На площадке зоны безопасности должен обеспечиваться отвод поверхностных и грунтовых вод со дна траншеи. Траншею необходимо расчищать в случае заполнения ее обломочным материалом. В период эксплуатации сооружения проводится регулярный мониторинг состояния зоны безопасности и активного слоя курума.
Для оценки влияния смещения курума и эффективности выбранных мер защиты против данного процесса был выполнен расчет методом математического моделирования в программе Plaxis. Для характеристик материалов модели взяты данные из отчета по инженерно-геологическим изысканиям. Согласно данному отчету курумные отложения имеют следующие характеристики: ρ = 1,79 г/см3, ϕ = 24°, с = 3 кПа, Е = 27 МПа. Материнская порода сложена мерзлым метапесчаником с характеристиками: ρ = 2,65 г/см3, ϕ = 51,8°, с = 2,350 МПа, Е = 27,6 ГПа. В запас прочности для засыпки были приняты следующие величины из таблицы А5 СП 22.13330.2016 [
Были рассмотрены две расчетные схемы (рис. 3, 4). В первой схеме мощность курума 3 м, а во второй – 6 м. Смещение курума, заданное в «запас прочности», как минимум на порядок больше, чем принятое в проекте годовое смещение курума (от 30 до 40 см). Это смещение задается как смещение передней кромки курума путем использования функции «Line displacements». Угол наклона склона принят 7°.
Рис. 3. Расчетная схема 1. Мощность активной толщи курума 3 м
Fig. 3. Calculation schematic 1. Thickness of the active stone run layer amounting to 3 m
Рис. 4. Расчетная схема 2. Мощность активной толщи курума 6 м
Fig. 4. Calculation schematic 2. Thickness of the active stone run layer amounting to 6 m
В результате расчетов получены изополя смещения грунтов основания и фундамента сооружения при заданном перемещении тела курума по склону.
На рис. 5 показаны полученные в результате расчета изополя.
Рис. 5. Полученные в результате расчетов изополя,отражающие влияние курума на засыпку буферной зоны
Fig. 5. Calculated isofields showing the stone run effect on the buffer zone backfill
Результаты расчета сводятся к тому, что массив грунта засыпки остается в целом неподвижен или получает очень малые смещения, на стыке курума с засыпкой возникает «смятие» засыпки, которое представляет собой образование клина пассивного давления. Из этого следует, что, если стойки фундаментов отделены от надвигающейся грани курума достаточным расстоянием (порядка 10 м), давление курума на опору ЛЭП не передается. А в случае если это расстояние менее 10 м, то предусматривается откопка рва в обратной засыпке.
Существует и другой вариант инженерной защиты от курумов, например устройство грунтовых дамб. Такой метод эффективен при большой мощности активной части курума и высокой скорости перемещения обломочного материала, а также при необходимости комплексной защиты сооружений не только от курума, но и от лавин. Однако выполнение зон безопасности перед фундаментами опор остается наиболее оптимальным и наименее затратным способом инженерной защиты от возможных подвижек курумного чехла. Данный способ обеспечивает приемлемый уровень безопасности, полностью исключая боковую нагрузку на фундаменты, и дает определенный запас по времени для принятия более радикальных мер в случае необходимости.