Стабилизация земляного полотна из дренирующих грунтов при проектировании вторых путей железных дорог в условиях вечной мерзлоты

При длительной эксплуатации железных дорог в криолитозоне, в частности Байкало-Амурской магистрали, под существующим земляным полотном из дренирующих грунтов в районах распространения высокотемпературных мерзлых грунтов образовались так называемые чаши протаивания. Ключевым фактором их формирования является инфильтрация атмосферных осадков в тело земляного полотна. Количественная оценка этого эффекта в рамках традиционных теплофизических расчетов весьма проблематична в связи с неконтролируемым характером фильтрационных процессов, происходящих в теле земляного полотна. Особую актуальность проблема фильтрации осадков приобретает в связи с тем, что в рамках модернизации Байкало-Амурской магистрали с целью повышения пропускной способности предусматривается строительство вторых путей на общем земляном полотне, которое отсыпается преимущественно из дренирующих крупнообломочных скальных грунтов с учетом действующих норм проектирования.

В данной статье предложена и проиллюстрирована расчетами гипотеза о решении проблемы учета отепляющего действия атмосферных осадков на грунты основания земляного полотна. Суть ее заключается во введении понятия инфильтрационной теплопроводности, учитываемой при определении суммарного коэффициента теплопроводности дренирующих грунтов земляного полотна, находящихся в талом состоянии. Такой подход к описанию теплофизической картины дренирующих грунтов земляного полотна и его основания позволил обосновать предложенную в работе технологическую схему поэтапной стабилизации границы мерзлых грунтов в основании насыпи при строительстве вторых путей. Технологическая схема, предложенная в статье, обеспечивает исключение отепляющего воздействия атмосферных осадков на грунты основания земляного полотна. Отличительной особенностью схемы является поэтапная укладка гидроизоляции в верхней части как вновь возводимого, так и существующего земляного полотна, способствующая восстановлению мерзлого состояния грунта под эксплуатируемым путем.

1. Ашпиз Е. С. Опыт проектирования земляного полотна железных дорог России, расположенных в зоне распространения многолетне-мерзлых грунтов // Материалы Пятой конференции геокриологов России. Москва : Университетская книга, 2016. С. 162–168.

2. Гаврилов И. И. Состояние и причины повышенной деформативности земляного полотна на участках распространения многолетне-мерзлых грунтов Дальнего Востока и Забайкалья // Проектирование развития региональной сети железных дорог. 2013. № 1. С. 129–143.

3. Сазонов В. Н., Ашпиз Е. С. Актуальные проблемы обеспечения надежности земляного полотна на Восточном полигоне // Железнодорожный транспорт. 2015. № 9. С. 28–31.

4. Melnikov A., Gavrilov I., Zhang Z. Permafrost railroads of Eastern Siberia and the Russian far east: types and causes of contemporary deformations // Innovative Infrastructure Solutions. 2024. Vol. 9, No. 5. P. 155.

5. Melnikov A., Zhang Z., Gagarin L. Effects of extreme atmospheric precipitation on the stability of railways in the permafrost zone // Modeling Earth Systems and Environment. 2024. Vol. 10, No. 1. P. 1305–1320.

6. Исаков А. Л., Устян Н. А. Проблемы деградации вечной мерзлоты в основании земляного полотна железных дорог и пути ее решения на базе теплотехнических расчетов // Современные исследования трансформации криосферы и вопросы геотехнической безопасности сооружений в Арктике. Салехард, 2021. С. 177–180.

7. Исаков А. Л., Моисеева И. С., Гудкова И. Н. Обоснование конструктивных особенностей земляного полотна из дренирующих грунтов в криолитозоне с помощью теплотехнических расчетов // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2025. № 1 (73). С. 95–103. DOI 10.52170/1815-9265_2025_73_95.

8. Алейников А. С., Петрова А. Г. Численное решение задачи протаивания мерзлого грунта с учетом инфильтрации осадков // Известия Алтайского государственного университета. 2017. № 4 (96). С. 72–77.

9. Гарагуля Л. С. Методика прогнозной оценки антропогенных изменений мерзлотных условий (на примере равнинных территорий). Москва : Издательство МГУ, 1985. 224 с.

10. Wong H. The basic formulas and data on heat transfer for engineers. Москва : Атомиздат, 1979. 185 с.

11. Цветков Ф. Ф., Григорьев Б. А. Тепломассообмен. Москва : МЭИ, 2011. 562 с.

12. Côté J., Fillion M. H., Konrad J. M. Estimating hydraulic and thermal conductivities of crushed granite using porosity and equivalent particle size // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2011. Vol. 137, No. 9. P. 834–842.

13. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № RU2021611121. Программа расчета температуры вечномерзлых грунтов земляного полотна «Freeze-Cold» / Машуков В. И., Исаков А. Л. 2021.