Анализ способов увеличения прочности снега при строительстве зимних дорог

УДК 625.768.5

doi 10.24411/2077-6896-2019-10001

АНАЛИЗ СПОСОБОВ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СНЕГА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЗИМНИХ ДОРОГ

Метелица С.М., Кайзер Ю.Ф., Желукевич Р.Б., Монгуш С.Ч. Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Тувинский государственный университет, г. Кызыл

THE WAYS ANALYSIS OF SNOW STRENGTHENING FOR WINTER ROAD CONSTRUCTION

Metelitsa S.M., Kaizer Y.F., Zhelukevich R.B., Mongush S.Ch. Siberian Federal University, Krasnoyarsk Tuvan State University, Kyzyl

В данной статье рассматриваются способы увеличения прочности снега при строительстве зимних дорог, анализируются их преимущества и недостатки, а также возможность их применения при различных состояниях снежного покрова и условиях окружающей среды. В статье показаны три способа повышения прочности снега: уплотнение, рыхление с последующим уплотнением и рыхление с последующим тепловым воздействием и уплотнением. Также представлены устройства, применяемые для упрочнения снега при данных способах, а именно: устройства для уплотнения (волокуши, пневмо-катки, виброуплотнители), для рыхления (бороны, ребристые катки и фрезы), а также тепловые установки различных конструкций для теплового воздействия. В результате анализа данных способов было выявлено, что наибольшая прочность снега достигается при использовании последнего способа, и он наиболее применим для строительства автозимников.

Ключевые слова: автозимники, прочность снега, уплотнение снега, разрыхление, тепловое воздействие на снег.

The article considers ways of snow strengthening for winter road construction and analyses their advantages, disadvantages and possibility of application for different conditions of snow and environment. Three ways of snow are shown strengthening in the article. It is compaction, loosening follow by compaction and loosening follow by thermal exposure and compaction. Equipments are shown for snow strengthening with these ways also. They are equipments for compaction (scrapers, rubber-tired compactors, vibratory compactors), for loosing (harrows, harrow rolls, cutters) and thermal equipments of different designs for thermal exposure. The analysis is stronger of these ways revealed that snow if last way is used. This way is more applicable for winter snow road construction.

Key words: winter snow road, snow strength, snow compaction, loosening, thermal exposure.

В районах крайнего севера строительство и содержание постоянных автомобильных дорог традиционными методами может быть нецелесообразно. В таких условиях строительство автозимников представляется наиболее экономически выгодным решением. Одной из основных характеристик таких дорог является прочность снежного покрытия, которая влияет на качество дороги и, как следствие, безопасность движения по ней.

Для повышения прочности снега при строительстве зимних дорог используются следующие способы:

- уплотнение снега;

- разрыхление снега с последующим уплотнением;

- разрыхление снега с последующим тепловым воздействием и уплотнением.

Далее будет дана краткая характеристика каждого из перечисленных методов.

При уплотнении снега происходит уве-

личение количества связей между кристаллами. Такой способ используется при строительстве дороги послойно, при температуре воздуха до -10°С. В зависимости от плотности снега применяются вибровозбудители (более 0,4 г/см3), катки [1] (см. Рисунок 1) и волокуши-гладилки [2] (см. Рисунок 2) (менее 0,2 г/м3), [3]. При виброуплотнении снега вибрация передается к снежному покрову от вибровозбудителя через раму и основной уплотнитель (чаще всего катки), либо от вибророликов или виброплит. При данном виде уплотнения снежные частицы совершают колебательные движении, смещаются относительно друг друга и заполняют пустоты между ними. Таким образом, получается более прочное снежное покрытие. Преимуществом такого уплотнения является большая скорость, глубина и равномерность уплотнения, чем при использовании гладилок и катков.

Рисунок 2 - Гладилка-волокуша для уплотнения снега 1 -дышло; 2, 6, 7 - трубы; 5 - дорожное полотно; 8 - косынки

При измельчении и перемешивании снега с последующим уплотнением упрочнение происходит по следующему принципу: при интенсивном перемешивании снега его кристаллы разрушаются, кристаллические решетки перекашиваются, а адсорбированные кристаллами снега пленки воздуха нарушаются. После прекращения перемешивания и измельчения снега отдельные кристаллы начинают срастаться вследствие перехода атомов с одной кристаллической решетки на другую. Данный процесс называется рекри-

сталлизацией. При последующем уплотнении снега данный процесс развивается более активно, так как происходит сближение кристаллов между собой. Для увеличения скорости упрочнения данным способом увеличивают интенсивность перемешивания и измельчения снега путем фрезерования. Данный способ используется при строительстве дороги по уже образовавшемуся снежному покрову глубиной до 60 см при температуре до -15°С В зависимости от плотности снега для рыхления применяют бороны [1] (см. Ри-

сунок 2) (при малых плотностях), ребристые сле рыхления снега боронами снег уплотня-катки (при средних плотностях до 0,4 г/м3) и ют катками, после ребристых катков и фрез фрезы (при плотности более 0,4 г/м3) [3]. По- - вибровозбудителем.

Рисунок 3 - Борона для рыхления снега

Разрыхление снега с последующем тепловым воздействием и уплотнением происходит при температуре воздуха ниже -15°С и толщиной снежного слоя более 60 см, либо для получения более прочного, в сравнении с предыдущими способами, снежного покрова. При тепловом воздействии на снег в нем создается водная фаза, которая способствует более быстрому образовании прочных связей между частицами снега, и, таким образом, способствует повышению прочности снега. Тепловая энергия, подогревающая снег, генерируется специальной тепловой установкой, состоящей из тепловой камеры, форсунки и вентилятора. При данном способе упрочнения снежного покрова в качестве рыхлителя применяют фрезу, в качестве уплотнителя - вибровозбудитель. Упроч-

нение происходит следующим образом: на измельченный и перемешанный фрезами снег воздействуют газы из тепловой установки, затем снег уплотняется уплотнителем и вибровозбудителем. Имеется прицепное оборудование для уплотнения снега [4], в котором используются уплотняющее воздействие, вибрация, рыхление и тепловое воздействие.

Проанализировав существующие методы уплотнения снега можно сделать следующие выводы:

1. При рассмотренном способе [4] достигается наибольшая прочность покрытия в максимально короткие сроки и чаще всего используется при строительстве автозимников и зимних аэродромов, однако является более дорогостоящим, чем рассмотренные выше.

Рисунок 4 - Прицепное оборудование для уплотнения снега 1 - передняя скользящая опора поворотная; 2 - задняя скользящая опора; 3 - шарнир; 4 - трубчатая рама; 5 - тепловой агрегат; 6 - насосная станция; 7 - электрогенератор; 8 - кабина оператора; 9 - бункер; 10 - система динамического уплотнения; 11 - виброуплотнитель; 14 -устройство дозирования; 15 - жесткая сцепка; 16 - скользящие опоры теплового агрегата

Рисунок 5 - Мобильная универсальная установка для строительства зимних дорог 1 - шнекороторный снегоочиститель; 2 - патрубок; 3 - транспортёр; 4 - газовая горелка; 5 - насадка; 6 - рабочий орган предварительного уплотнения; 7 - прицепной пневмоколесный

виброкаток

2. Уплотнение без рыхления и теплово- способах. го воздействия является наиболее деше- Таким образом, применение того или

вым способом, однако прочность снега и иного способа упрочнения снега зависит

скорость его упрочнения (вследствие бо- от глубины слоя, температуры снежного

лее медленного протекания процесса ре- покрова и воздуха окружающей среды, а

кристаллизации) меньше, чем при других также скорости упрочнения снега и требу-

емой на выходе прочности.

Строительство зимних дорог тремя перечисленными способов возможно мобильной универсальной установкой для строительства зимних дорог [5]

Эксплуатация данной установки возможна как с тепловой установкой, рыхлителем и уплотняющими устройствами,

так и с рыхлителем и уплотняющими устройствами, либо только при наличии уплотняющих устройств. Таким образом, в зависимости от скорости упрочнения и требуемой на выходе прочности строительство зимних дорог данной установкой возможно любым из трех перечисленных способов.

Библиографический список

1. Сноу Стар [Электронный ресурс]. http:// www.snow-star.ru (дата обращения 5.06.2019).

2. Пат. 138435 Российская Федерация, МПК Е 01 Н 4/00. Волокуша для уплотнения и выравнивания снега и льда / Д. Г. Тарасов ; заявитель и патентообладатель Дочернее открытое акционерное общество "Спецгазавтотранс" Открытого акционерного общества "Газпром". № 2013142469/13 ; заявл. 17.09.2013 ; опубл. 20.03.2014, Бюл. № 8. 9 с.

3. КиберПедия [Электронный ресурс]. http://cyberpedia.su (дата обращения 5.06.2019).

4. Пат. 2268334 Российская Федерация, МПК Е 01 Н 4/00. Способ сооружения снежно-уплотненных дорожных покрытий и установка для его осуществления (варианты) / Д. Н. Устюгов ; заявитель и патентообладатель Устюгов Д.Н. № 2004137461/11 ; заявл. 21.12.2004 ; опубл. 20.01.2006, Бюл. № 02. 16 с.

5. Шульгина, К.С. Направления разработки оборудования для строительства и эксплуатации зимних автомобильных дорог при обустройстве месторождений

нефти и газа Восточной Сибири / К.С. Шульгина, М.А. Никитина, Р.Б. Желу-кевич, Ю.Ф. Кайзер // Вопросы современной науки: проблемы, тенденции и перспективы. 2018. С. 115 - 117.

References

1. Snow Star [Electronic resource]. http:// www.snow-star.ru (accessed 5.06.2019).

2. Pat. 138435 Russian Federation, IPC Е 01 Н 4/00. Scraper for compaction and leveling of snow and ice / D. G. Tarasov ; declarant и proprietor Daughter public company "Spetsgazavtotrans" of Public company "Gazprom". № 2013142469/13 ; appl. 17.09.2013 ; publ. 20.03.2014, Bull. № 8. 9 p.

3. KiberPedia [Electronic resource]. http:// cyberpedia.su (accessed 5.06.2019).

4. Pat. 2268334 Russian Federation, IPC Е 01 Н 4/00. Method of and device for building compacted snow road pavement / D. N. Ustyugov ; declarant и proprietor Ustyugov D.N. № 2004137461/11 ; appl. 21.12.2004 ; publ. 20.01.2006, Bull. № 02. 16 p.

5. Shulgina. K.S. Areas for development of equipment for construction and maintenance of winter snow roads in

construction of East Siberia oil-and-gas fields / K.S. Shulgina, M.A. Nikitina, R.B. Zhelukevich, Y.F. Kaizer // Voprosy

sovremennoj nauki: problemy, tendencii i perspektivy. 2018. P. 115 - 117.

Метелица Семён Михайлович, ассистент кафедры «Авиационные горюче-смазочные материалы», ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», Красноярск, E-mail:semenmetelica@yandex.ru

Кайзер Юрий Филиппович, к.т.н., заведующий кафедрой «Авиационные горюче-смазочные материалы», ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», Красноярск, E-mail:kaiser170174@mail.ru

Желукевич Рышард Борисович, д.т.н., профессор кафедры «Авиационные горюче-смазочные материалы», ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», Красноярск, E-mail: ykaiser@sfu-kras.ru

Монгуш Сылдыс Чамбааевич, к.т.н., доцент кафедры «Транспортно-технологиче-ские средства», ФГБОУ ВО «Тувинский государственный университет», Кызыл, E-mail: syldys-mongush@yandex.ru

Metelitsa Semen Mihailovich, assistant lecturer, Department of Aviation Fuels and Lubricants, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, E-mail:semenmetelica@yandex.ru Kaizer Yuri Filippovich, Ph.D., Head of the Department of Aviation Fuels and Lubricants, Siberian Federal University, Krasnoyarsk , E-mail:kaiser170174@mail.ru Zhelukevich Ryshard Borisovich, Grand Ph.D., professor, Department of Aviation Fuels and Lubricants, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, E-mail: ykaiser@sfu-kras.ru Mongush Syldys Chambaaevich, Ph.D., associate professor, Department of Transport and Technological Means, Tuvan State University, Kyzyl, E-mail: syldys-mongush@yandex.ru

Дата поступления статьи в редакцию 22.06.19