» 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»
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.
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:
- 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
- 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.
- Жданова С.М., Дыдышко П.И. Усиление земляного полотна на оттаивающих вечномерз-лых грунтах. Монография. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. -137 с.
- 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.
- 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:
