• Сегодня: Вторник, Сентябрь 26, 2017

Системы защиты от камнепадов

Системы защиты от камнепадов

Автор:
Евгений Коновалов
Главный технолог по проектному направлению «Инженерная защита» ЗАО «Росинжиниринг»


Развитие горнолыжной культуры в России в сочетании с возрастающей активностью круглогодичного использования горноклиматических курортов требует быстрого и качественного формирования их инфраструктуры, которая должна учитывать лучшие достижения мировой горно-туристической индустрии и отвечать всем стандартам технической укомплектованности, комфорта и, пожалуй, самое важное – безопасности.

В связи с этим основными направлениями работ по проектированию, строительству, комплектации и эксплуатации специальных частей горнолыжных комплексов являются:

  • Горнолыжные трассы
  • Канатные дороги
  • Системы искусственного снегообразования
  • Организация инженерной защиты территорий горнолыжных комплексов: противолавинные мероприятия, укрепление и озеленение склонов

Таким образом, вопрос безопасности является одним из ключевых при проектировании и строительстве горнолыжного курорта. Один из аспектов обеспечения высокого уровня безопасности – предотвращение таких опасных геологических процессов, как оползни и камнепады, которые в зимний период могут провоцировать сход лавин, а в летнее время вызывают огромные разрушения материально-технической базы курортов и, что самое опасное, представляют собой непосредственную угрозу для жизни и здоровья людей.

Камнепад представляет одну из самых серьезных угроз для гостей и персонала горнолыжных комплексов. Зачастую обрушение склона вызвано воздействиями на поверхность массива, разрушающими монолитную структуру породы. К ним относятся: изменение температурного режима, ветровая и/или дождевая эрозия, различные механические воздействия, сейсмическая активность в регионе, гидростатическое давление, замерзание воды в трещинах и разрушение горной породы расширяющимся льдом, оттаивание примерзших камней при нагревании склона солнцем и пр. Камнепадами всегда сопровождаются землетрясения, даже слабые, с неощутимыми толчками. Однако падение камней вызывают не только природные явления – птицы, животные и сам человек нередко становятся основной причиной. Места камнепадов определяются наличием на склонах и под ними обломков камней и осыпей, каменной пыли и царапин на скалах. Наиболее опасны кулуары и жолобы, менее опасны хребты и гребни.

Очевидно, что наличие системы защиты от камнепадов имеет непосредственное отношение к безопасной эксплуатации инфраструктуры горнолыжных курортов, в то время как ее отсутствие может привести к значительным материальным затратам, связанным с восстановлением поврежденных или разрушенных камнепадом сооружений. Возможные же человеческие жертвы и вовсе не могут быть оценены никакими материальными эквивалентами.

Анализируя мировой опыт защиты горнолыжных курортов от камнепадов, можно выделить два принципиальных подхода. Первый заключается в улавливании подвижной массы камней и, соответственно, в  предотвращении их падения непосредственно на находящиеся в зоне риска участки и конструкции. Подобная технология широко применяется в европейских странах (Швейцария, Италия и др.). Система чаще всего реализуется с помощью устройства карманов из металлической сетки, которая крепится к склону с помощью анкеров. Карманы устраиваются на наиболее опасных участках, и в них происходит аккумуляция каменных отвалов. Далее происходит перемещение камней между металлической сеткой и поверхностью склона к его подножию. Недостатком описанной системы является наличие ощутимых эксплуатационных затрат, связанных с необходимостью периодического высвобождения камней (при накоплении критической массы) и их последующей утилизацией.


Часто для более надежной защиты территорий и предотвращения вывалов породы из карманов на объекты инфраструктуры совместно с сетчатой драпировкой по подошве склона устанавливают вертикальные сетчатые барьеры


Стоит отметить, что обычно вертикальные барьеры устанавливаются на скально-обвальных участках вдоль подъездных дорог для предотвращения попадания камней на проезжую часть и проходящие автомобили.

Системы защиты от камнепадов
Снегоудерживающий барьер

Также к системам, защищающим от разрушающих последствий камнепадов, относятся камнеулавливающие барьеры различной конфигурации. Такие барьеры изготавливаются из сложной системы стальных кабелей и металлической сетки и предназначены для улавливания падающих обломков горных пород. Ударные нагрузки приходятся непосредственно на металлическую сетку и далее через стальные кабели передаются на опорную конструкцию. Кабели соединяются с опорными конструкциями элементами, поглощающими избыточную кинетическую энергию падающих камней, а также анкерными устройствами с высокой степенью сопротивления деформациям. Камнеулавливающие барьеры устанавливаются в основном для защиты территорий от падения камней с высоких крутых склонов.

Другой подход к обеспечению защиты территорий горнолыжных комплексов от камнепадов заключается в полном недопущении каких-либо вывалов породы с поверхности склонов. Исключение возможности камнепадов на практике достигается благодаря использованию систем, в основе работы которых лежит удерживающее действие высокопрочных металлических сеток различной конфигурации, закрепленных на склонах с максимально плотным прилеганием к поверхности. Именно такому способу закрепления склонов отдается предпочтение в Азиатском регионе, главным образом в Японии – крупнейшем центре развития систем инженерной защиты территорий.

Японская компания TOKYO ROPE MFG. CO., LTD является ведущим мировым производителем систем защиты территорий от камнепадов. Системы, закрепляющие подвижные камни на поверхности склонов, бесперебойно функционируют в течение десятков лет в Японии, где подобным образом закрепляются как скальные, так и грунтовые склоны. Длительный срок эксплуатации систем обусловливается применением современных высокотехнологичных методов их производства, а также дополнительной защитой стальных материалов методами гальванизации, хромирования, покрытия алюминиевыми сплавами и специальным окрашиванием.

Системы защиты от камнепадов
Применение крупноячеистой канатной сетки

Для удержания крупных камней на поверхностях склонов компанией разработана сетчатая система с достаточно крупными ячейками (500х500 мм), образованная гибкими стальными канатами, прочность которых на разрыв достигает 110 кН


Как правило, используются канаты диаметром 12 и 14 мм. Схема расстилания канатной сетки представлена на соответствующей иллюстрации. Канаты крепятся к склону с помощью анкеров, расположенных в двух направлениях с шагом 2 м, конструкция которых зависит от типа основания (скальное или грунтовое). Для фиксации скальных склонов применяются так называемые цементирующие анкеры, передающие нагрузку на массив нижним концом. В случае крепления склонов, сложенных дисперсными грунтами, применяются корончатые анкеры, передающие нагрузку на грунт в основном за счет трения по боковой поверхности.  В связи с этим, для увеличения площади боковой поверхности такого анкера его оснащают стальной коронкой диаметром 310 мм и высотой 430 мм. Благодаря максимально плотному прилеганию канатов к склону, расположенные в разных местах подвижные камни достаточно больших размеров прочно фиксируются на поверхности и их падение таким образом предотвращено. Система прекрасно подходит для предупреждения обвалов камней на территориях со смешанным лесом, так как возможно ее расстилание без соприкосновения с деревьями, что требует минимальной вырубки леса. Небольшой вес используемых материалов и монтажных механизмов способствует сокращению сроков проведения работ по закреплению склонов описанным способом.

Системы защиты от камнепадов

На отдельных участках предотвращение обвалов камней более мелкой фракции (вплоть до 50 мм), которые могут проходить сквозь достаточно крупные ячейки канатной сетки, возможно посредством использования ее в комбинации с другой системой защиты от камнепадов – объемной мелкоячеистой металлической сеткой. Там же, где необходимо повсеместное использование мелкоячеистой сетки, например в местах с сильным выветриванием слагающих основание пород, канатная сеть может и вовсе не применяться.


Объемная мелкоячеистая металлическая сетка изготавливается из  высокопрочной стальной проволоки и закрепляется на обвальных участках склонов с помощью аналогичных описанных ранее анкеров и высокопрочных стальных канатов


Как видно на схеме расстилания мелкоячеистой сетки, канаты растягиваются в двух направлениях и образуют сетку с размерами ячеек, как правило, 2,0х2,0 м или 2,0х5,0 м. Оригинальная технология укладки и гибкость этой проволочной сетки обеспечивают ее плотное прилегание к поверхности склона и надежную фиксацию разнофракционных подвижных камней, исключая возможные обвалы и, тем более, какие-либо смещения слагающей склон породы. Удерживание камней на склонах происходит за счет веса и силы упругости сетки и стальных канатов, а также за счет силы трения.


Одним из важных преимуществ данной сетки является ее трехмерная пространственная организация, которая способствует накоплению и сохранению в объеме сетки плодородного слоя почвы, что обеспечивает условия для роста растений на закрепленных склонах, тем самым придавая им ухоженный внешний вид в течение летнего периода и поддерживая благоприятную экологию горнолыжных курортов


Описанные системы предотвращения камнепадов компании TOKYO ROPE MFG. CO., LTD успешно реализуются ЗАО «РОСИНЖИНИРИНГ» на территории Российской Федерации. Например, для защиты скально-обвальных участков такого важного объекта инфраструктуры, как Транссибирская железнодорожная магистраль в Челябинской области. Также они применялись для крепления склонов вдоль автомобильной дороги в городе Владивостоке, реконструируемой в связи с проведением Саммита АТЭС-2012.

Системы защиты от камнепадов

Окончательное решение о типе и конструкции системы защиты от камнепадов принимается специалистами компании после комплексного анализа необходимости устройства защиты, всех ключевых факторов риска, возможной частоты возникновения камнепадов и возникающих ударных нагрузках. Однако, поскольку камнепад является сложным природным явлением, причиной которого может служить целый комплекс взаимосвязанных факторов, предсказать время возникновения камнепада, место, масштаб и другие параметры достаточно трудно. Заключения выносятся главным образом  на основании анализа  инженерно-геологических и метеорологических условий территории горнолыжного комплекса, а также данных наблюдений за камнепадами и состоянием склонов предыдущих лет.

В целом, сетчатые системы, применяющиеся для защиты от камнепадов и для их предотвращения, быстро монтируются, стоимость их меньше традиционных систем (например, таких, как подпорные стены и галереи), а эффективность защиты позволяет обеспечить высокую степень безопасности.

Евгений Коновалов

Главный технолог проектного направления Инженерная защита ЗАО «РОСИНЖИНИРИНГ»
Аспирант Сибирского государственного университета путей сообщения (СГУПС)