» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Февраль, 2018 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №2 (11) 2018

Автор: Клочков Яков Владимирович, к.т.н., м.н.с.
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Конструкция дренажных сооружений с применением ГТМ «ДиатомИК»

Статья просмотрена: 588 раз
Дата публикации: 17.01.2018

УДК 625.731.3:536.24

КОНСТРУКЦИЯ ДРЕНАЖНЫХ СООРУЖЕНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ

ГТМ «ДИАТОМИК»

Шехтман Евгений Викторович

ПИИ «Мосжелдорпроект», г.Москва

Клочков Яков Владимирович, к.т.н.

Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, г.Чита

Дашинимаев Зоригто Батомункуевич

ПИИ «Забайкалжелдорпроект», г. Чита

 

Аннотация. Рассмотрена новая конструкция дренажного сооружения с применением грунтового теплоизоляционного материала «ДиатомИК». Выполнены теплотехнические расчеты дренажа при различных среднегодовых температурах. Дана оценка способности дренажей пропускать воду в зависимости от расчетных температур зимнего периода. Описаны результаты применения данной конструкции на опытном участке.

Ключевые слова: безналедный пропуск воды, дренаж, теплотехнические расчеты.

 

Отвод поверхностных, грунтовых и подземных вод является первоочередной задачей, как в районах вечной мерзлоты, так и в районах с сезонным промерзанием грунтов [1-4].

Практически все известные участки с осадками земляного полотна из-за оттаивания льдистых вечномерзлых грунтов на Заб.ж.д. были спровоцированы появлением (увеличением) движения поверхностных или подземных вод. На таких участках при нормальном урегулированном стоке воды, стабильность ж.д. пути и земляного полотна сохранялись десятки лет [5].

Основной проблемой нормального регулирования «воды» в холодных регионах является замерзание воды в водоотводных сооружениях (дренажах, лотках и т.п.). Замерзание воды приводит к деформациям ж.б. конструкций его разрушениям и как следствие к прекращению нормального отвода воды.

Тюменскими ученными разработан уникальный материал - Гранулированный теплоизоляционный материал «ДиатомИК». Основным его достоинством является возможность свободного просачивания воды в любое время года и утепление в зимний период.

На основе свойств ГТМ «ДиатомИК»  разработана конструкция дренажей с его применением (рис. 1).

Основным принципом ГТМ «ДиатомИК» является возможность свободного просачивания воды в любое время года и утепление в зимний период.  ГТМ «ДиатомИК» необходимо уложить в дренирующий слой над дренажной трубой. При этом очевидно уменьшение промерзания дренажа. Это позволит уменьшить глубину заложения дренажа, что приведет к конструктивным и технологическим изменениям при строительстве дренажей: уменьшение глубины заложения дренажа и  уменьшение длины дренажа.

Таким образом, уменьшаются объемы или полностью исключаются следующие виды работ: Земляных работ по разработке траншеи; Закрепление бортов траншеи; Монтажных работ по устройству дренажа; Работ по закреплению (или переносу) опор контактной сети, линии ВЛ, светофоров, линий АБ и т.п.; Перенос и защита кабелей РЦС и СЦБ, за счет уменьшения длины дренажа. 

Рис. 1. Схема применения ГТМ «ДиатомИК» в дренаже.

Машины и механизмы, применяемые для строительства дренажей, являются традиционно применяемыми, т.е. не требуют привлечения или разработки новых машин и механизмов.

Для обоснования технико-экономической эффективности проведено: 1) Теплотехнические расчеты 2) Расчет напряженно-деформационного состояния 3) Объемы строительно-монтажных работ. 

Теплотехнические расчеты проведены с целью определения оптимальной толщины утепляющего слоя ГТМ «ДиатомИК» было произведено математическое моделирование теплофизического процесса сезонного промерзания-оттаивания массива в программной среде МОДЭН 3.0 с учетом всех составляющих тепло-обмена, в том числе фильтрации грунтовых вод [1]. Минимальная глубина заложения дренажа составила 2 м.

Напряженно-деформационное состояние в конструкции дренажа будет зависеть от нагрузок подвижного состава и грунтов. Для расчетов приняты наиболее неблагоприятные условия. Расчеты произведены методом конечных элементов с учетом пластических деформаций в грунтах в линейно-упругой модели программным комплексом Altera GoeSoft и Geo5. Максимальное деформационное напряжение, передаваемое от всех нагрузок по приведенному грунтовому массиву на дренирующий слой, составляет 21,3-48,49 кПа. А прочность при сжатии ГТМ «ДиатомИК» составляет 800-1100 кПа.  Таким образом, прочность на сжатие ГТМ «ДиатомИК» выдерживает деформационное напряжение от всех нагрузок с большим запасом прочности. 

Для данных глубин заложения дренажей и конструкций ГТМ «ДиатомИК» рассчитаны объемы работы и материалов.

По подсчитанным объемам работ и материалов для каждого вида работ определены сметные стоимости работ в соответствии с ОССПЖ-2001, ОЕРЖ-2001, ОССЦЖ-2001. Сметная стоимость строительства, утепленного с помощью ГТМ «ДиатомИК» дренажа длиной 100 п.м. меньше типового дренажа на 95 653 рубля (11,7%) при механизированной разработке, и на 186 521 рубля (17,2 %) при ручной разработке грунта.

В сметах не учтено удешевление строительства дренажа с применением ГТМ «ДиатомИК» в конкретных условиях за счет отсутствия следующих работ при этом возможно удешевление до 30-40%: закрепление или перенос опор контактной сети и опор светофоров; по выносу кабелей РЦС и СЦБ; за счет уменьшения длины дренажа.  

По нормам времени работ машин и механизмов, предусмотренных в отраслевых сборниках сметных стоимостей, определенны машино-часы. Машино-часы и соответственно длительность технологических «окон» (остановка движения на одно и двух путных участках ж.д. линях) при строительстве дренажа, утеплённого ГТМ «ДиатомИК» меньше на 38% в отличии от строительства типового дренажа. И общая длительность строительства и затрат труда рабочих-строителей на 37% меньше в отличии от типового дренажа.

Опытно-экспериментальные работы на Забайкальской ж.д. проведены для определения эффективности утепления и достаточной пропускной способности. Выбор участка проведен с учетом особенностей действующей ж.д. инфраструктуры и возможного устранения последствий:

·                    Наибольшей необходимости утепления дренажных сооружений по Забайкальской ж.д.;

·                    Относительно простого исполнения работ по монтажу ГТМ «ДиатомИК» в целях уменьшения трудо-затрат;

·                    Возможности вскрытия ГТМ «ДиатомИК» с целью детального определения изменений его свойств и надежности его работы;

·                    Возможности демонтажа ГТМ «ДиатомИК» при отрицательном воздействии на технические и эксплуатационные показатели дренажа и ж.д. пути;

Выбран участок на 7185км Ерофей-Павловичской дистанции пути Забайкальской ж.д. По мерзлотно-гидрогеологической карте участок расположен в зоне распространения порово-трещинно-пластовых подземных вод в рыхлых и слаболитифицированных терригенных отложениях неоген-четвертичного возраста. Питание и последующая разгрузка подмерзлотных вод осуществляется по зонам тектонических нарушений. Транзит подземных вод зависит от распространения вечной мерзлоты. Выходы подземных вод зависят от сезонного промерзания грунтов.

Наличие постоянного подтока подземных вод и изменения мерзлотно-грунтовых условий при строительстве ж.д. линии, привели к разгрузке подземных вод в непосредственной близости ж.д. путей. Для отвода подземных вод был построен дренаж длиной 150 в пределах ПК5+00 - ПК6+50 7185км.  По данным паспорта форму ПУ-9 впервые в 1959, 61 и 62 годах проявились наиболее значимые деформации ж.д. пути, вызванные образованием наледей. В зиму 1971-72 гг. вблизи ж.д. путей внезапно появлялись гидро-лакколиты в количестве 5 штук в т. ч. 2 штук со стороны 1 пути, а 3 шт. со стороны 2 пути, кроме того на ПК7+20 7185км путевая будка со стороны 2 пути, на расстоянии 40м от путей заливалась водой.

Монтаж ГТМ «ДиатомИК» произведен на всю глубину выпускного шпального лотка (рис. 2). Так же произведена теплоизоляция смотрового колодца, с помощью ГТМ «ДиатомИК» заполненного в геотекстильный мешок.   

Для наблюдений за температурой и уровнем воды устроены наблюдательные скважины. Наблюдается значительное сохранение температуры воды в шпальном лотке, что обеспечивает нормальный выпуск воды и сток воды, при полном замерзании ручьев и рек в районе ст. Ерофей-Павлович на 01 ноября 2016 года. В смотровом колодце СК-1 утепленном ГТМ «ДиатомИК» значительное сохранение температуры, в отличии от СК-2.

D:\ДашинимаевЗБ\_Диатомик\_ДиатомИК-2\Эксперимент 7185км\Мониторинг7185км\Схемы 7185км + Мониторинг -Model.png

Рис. 2. Схема устройства ГТМ «ДиатомИК» и результаты мониторинга.

Линейными работниками, обслуживающими участок 7185км отмечены предварительные результаты опытно-экспериментального применения ГТМ "ДиатомИК":

·                    легкость и простота монтажных работ при устройстве теплоизоляции дренажа из ГТМ «ДиатомИК».

·                    достаточное утепление смотровых колодцев дренажа, с помощью материала ГТМ «ДиатомИК»;

·                    достаточная фильтрация воды через материал ГТМ «ДиатомИК»;

Для оценки влияния ГТМ «ДиатомИК» на состояние ж.д. пути, проведен анализ данных вагонов-путеизмертелей программным комплексом «StabWay» НПЦ «Инфотранс» [2]. 

Произведено сравнивание графиков ССКО за два зимних периода:  

1) ноябрь 2015 – март 2016 г с затрудненными условиями выпуска воды из дренажа.

2) ноябрь 2016 – январь 2017 г с применением ГТМ «ДиатомИК» с относительно нормальными условиями выпуска воды из дренажа.     

В зимний период 2015-2016 г на разных интервалах пути и в разное время выявлены расстройства пути. В зимний период 2016-2017 г расстройства ж.д. пути практически отсутствуют.

Применение ГТМ «ДиатомИК» предотвратило образование пучин и гидро-лакколитов, что обеспечило стабильное состояние ж.д. пути на участке 7185км Забайкальской ж.д.

Применение ГТМ «ДиатомИК» в дренажах и лотках имеет значительную технико-экономическую эффективность и надежность конструкций от воздействия геокриологических процессов. Все это позволяет стабилизировать ж.д. пути в районах с холодным климатом.   



Список литературы:

  1. Клочков Я.В. Способ регулирования подземных вод в основании дорог / Я.В. Клочков, Н.П. Сигачев // Вестник Забайкальского государственного университета. – 2015. № 8(123). – С. 12-19
  2. Кондратьев В.Г. Наледная опасность на территории Читинской области и возможные пу-ти ее снижения / В.Г. Кондратьев, В.М. Пестов // Вестник МАНЭБ. – 2001. – № 10 (34). – С. 154-158.
  3. Жданова С.М., Дыдышко П.И. Усиление земляного полотна на оттаивающих вечномерз-лых грунтах. Монография. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. -137 с.
  4. Клочков Я.В., Непомнящих Е.В. «Моделирование температурного режима сооружения при безналедном пропуске воды»/ Вестник Иркутского государственного технического университета. 2012. Т. 64. № 5. С. 78-81.
  5. Дашинимаев З.Б. Диагностика пучин и методы защиты железнодорожных путей от их воздействия // Второй междунмародный симпозиум по проблемам земляного полотна в холодных регионах: материалы симпозиума. – Новосибирск: Сибирский гос. ун-т путей сообщения, 2015. – с. 57-61.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: