Укрепление земляного полотна железных дорог с применением разрядно-импульсных технологий

Заключение

В настоящее время автоматизация синтеза схем и методика расчета параметров ПС играют важнейшую роль в хозяйстве сигнализации, централизации и блокировки. Развитие программных и языковых средств позволяет автоматизировать процесс проектирования устройств СЦБ. Предложенная технология и алгоритм автоматизации расчета перегонной ПС позволяют облегчить трудоемкую работу, сэкономить время и улучшить качество проектов железнодорожной автоматики и телемеханики.

Библиографический список

1. Расчет параметров работы переездной сигнализации : метод. указания по проектированию устройств автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном транспорте И-276-00. - М. : ГТСС, 2000. - 32 с.

2. Эксплуатационные основы автоматики и телемеханики / Вл. В. Сапожников. -М. : Транспорт, 2006. - 247 с. - ISBN 5-89035-360-8.

3. Перегонные системы автоматики / В. Ю. Виноградов, В. А. Воронин, Е. А. Казаков, Д. В. Швалов, Е. Е. Шухин. - М. : Маршрут, 2005. - 292 с. - ISBN 5-89035-2970.

4. Типовые материалы для проектирования 410407-ТМП. Схемы переездной сигнализации для переездов, расположенных на перегонах при любых средствах сигнализации и связи АПС-04. Альбомы I, II. - М. : ГтСс, 2004. - 143 с.; 58 с.

5. Автоматическая сигнализация на переездах и искусственных сооружениях / Н. М. Степанов, М. А. Новиков. - М. : Транспорт, 1982. - 136 с.

Статья поступила в редакцию 15.03.2010;

представлена к публикации членом редколлегии Вл. В. Сапожниковым

УДК 69.059

И. А. Веприняк, Е. И. Шехтман, Ю. А. Найденов

УКРЕПЛЕНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ С ПРИМЕНЕНИЕМ РАЗРЯДНО-ИМПУЛЬСНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Рассматривается разрядно-импульсный метод укрепления земляного полотна железных дорог, приводится сравнение несущей способности анкеров, изготовленных различными способами.

разрядно-импульсный метод, несущая способность, буронабивные, анкер, свая.

Введение

Более тридцати лет в Военно-транспортном университете железнодорожных войск ведутся научно-исследовательские и опытно-конструктор-ские работы, направленные на теоретическое обоснование электрогидроэффекта и выработку рекомендаций по его внедрению в

практику транспортного строительства в виде разрядно-импульсной технологии (РИТ).

1 Результаты исследования электрогидроэффекта

Результатами исследований электрогидроэффекта стали теория и практика дробления минеральных массивов и активация цементнопесчаных растворов и мелкозернистых бетонов, обеспечивающая возможность передачи расчетной нагрузки на изготовленную конструкцию трех-пятисуточного возраста. Другим научным направлением стало создание буронабивных свай и анкеров РИТ (рис. 1).

Рис. 1. Буронабивная свая, изготовленная по разрядно-импульсной технологии

Электрический пробой слабого электролита (цементно-песчаной смеси) - это новый способ создания буронабивных свай (свай РИТ) с внутренней опрессовкой их ствола при помощи энергии электрического высоковольтного разряда. В результате выброса запасенной в конденсаторе энергии (103...106Дж) температура в канале разряда достигает 4-104 К, плотность энергии составляет 109 Дж/м3. Образующийся плазменный канал расширяется со скоростью 300.1500 м/с, порождая ударную волну и пульсирующую парогазовую полость, с гидродинамической точки зрения аналогичную воздействию взрывов бризантного ВВ. Физико-химические процессы в рабочей среде (цементнопесчаной смеси и окружающем грунте), инициируемые высоковольтным разрядом, сопровождаются увеличением диаметра исходной скважины,

изменением физико-механических характеристик грунтов погружения, их цементацией, повышением плотности тела сваи, сокращением срока набора прочности. Ключевыми параметрами в РИТ являются: радиус камуфлетного уширения Rу и требуемое количество электроразрядов:

(

nw = exp

v

R -R

У 1

кгл

\

)

где R - требуемый радиус уширения, м;

R\ и Т\ - параметры деформации скважины от одного разряда, м; к - коэффициент накопления пластических деформаций.

Размеры зон уплотнения и цементации грунта, модифицированные физико-механические характеристики грунта описываются следующими эмпирическими уравнениями (при птр > 5):

Яуп =0,6-ехр 3Ry , м;

Яцем =0Д51-ехр 3Ry , м; коэффициент пористости грунта погружения:

е = еп-13-10

угол внутреннего трения:

ф = ф0 —12*10

-4

^ + 1

V5

+ 2,2-

f п 3 —+ 1

V5 у

град;

2

удельный вес грунта:

У = Уо -328-10

-4

^ П ^ —+ 1

V5 у

2

+ 0,5-

(п Л

—+ 1

15 J

, кН/м3;

модуль общей деформации:

Е = Еп-0,3-

f \2

п Е

—+ 1

15 у

+ 4,8-

(п Л 15 J

МПа.

Установлены следующие технико-экономические показатели

разрядно-импульсной технологии изготовления буронабивных свай:

3

трудоемкость изготовления 1 м сваи РИТ почти в три раза меньше, чем по традиционной технологии;

несущая способность свай РИТ превышает несущую способность гладких свай в 5-10 раз;

стоимость изготовления на порядок ниже цены обычных свай; применение активированного по РИТ бетона создает 20 % экономии цемента, обеспечивает возможность бетонирования при низких температурах (до -40 °С).

Расчетная несущая способность свай РИТ на вдавливающую нагрузку, в зависимости от длины и физико-механических характеристик грунтов, составляет от 500 до 8000 кН (рис. 2). Такие прочностные показатели позволяют применять сваи РИТ в фундаментах мостов и других сооружений.

Рис. 2. Графики зависимости несущей способности свай РИТ от длины и физико-механических характеристик грунтов

Однако основная область применения буронабивных свай РИТ-укрепление грунтовых массивов. Разрядно-импульсная технология, применяемая в структурно-неустойчивых или заторфованных грунтах, в настоящее время не имеет альтернатив. Сооружение земляного полотна,

его капитальный ремонт, восстановление, особенно в процессе ликвидаций последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий, преднамеренного разрушения путей сообщений, требует надежного уплотнения грунта (Ку = = 0,9...0,95)\ Однако реализовать это на практике часто не представляется возможным. Осадки свежеотсыпанных насыпей составляют 3.6 %. При высоте насыпи 10 м деформации могут достигать 60 см и более, что делает невозможным движение по такому участку.

Устройство в теле земляного полотна жестких подпорных стен из свай РИТ приводит к значительному уплотнению грунтов, снижая упругие и исключая остаточные деформации (рис. 3). Опыт подтверждает эффективность РИТ для стабилизации подвижных шлейфов высоких насыпей, сползающих косогоров и откосов выемок.

Рис. 3. Подпорная стенка из свай РИТ

Особую роль РИТ играет в деле упрочения оснований железнодорожных насыпей, отсыпанных на просадочных грунтах. Буронабивные сваи РИТ, заглубленные в подстилающие грунты, повышают их несущую способность. Установлено, что по окончании работ практически сразу же прекращается обжатие торфа под воздействием переменной нагрузки, а водный режим болота остается неизменным, так как грунтовый массив работает в режиме фильтрующей насыпи, что весьма важно с экологической точки зрения. Создание буронабивных свай

1 Организация, планирование и управление железнодорожным строительством : учебник / Под общ. ред. В. П. Химченко; Военно-транспортный университет железнодорожных войск Российской Федерации. - ООО «ВиТ-принт», 2004. - 480 с. - ISBN 5-93583-009-4.

РИТ, работающих на выдергивающую или поперечную нагрузку, - новое направление научных исследований.

Анкеры РИТ, в зависимости от глубины погружения и характеристик грунтов, характеризуются несущей способностью от 500 до 20000 кН. Они могут быть использованы при расчистке завалов, для закрепления мостов, мачт, опор кабель-кранов, для удержания летательных аппаратов и в других случаях. На графиках (рис. 4) показано сравнение несущей способности анкеров РИТ с аналогичными отечественными и зарубежными конструкциями.

ф,град

Рис. 4. График сравнения несущей способности анкеров и других конструкций

Достижением последних лет в области укрепления земляного полотна на железных дорогах явилось внедрение РИТ в практику транспортного строительства, а также обоснование конструкции и теории работы мобильных разрядно-импульсных комплексов на железнодорожном, автомобильном и гусеничном ходу (рис. 5). Главное предназначение комплекса состоит в доставке к фронту работ (укрепляемому грунтовому массиву) основного технологического элемента - электроразрядника. Модульный подход к конструированию элементов комплекса позволил реализовать замкнутый технологический процесс от бурения скважин, установки обсадных труб, заполнения скважин раствором до

формирования камуфлетных уширений в теле буронабивных свай и устройства подпорной стены из них.

В настоящее время мобильный комплекс укрепляет земляное полотно на шести железных дорогах России в интересах повышения безопасности движения поездов.

Рис. 5. Мобильный разрядно-импульсный комплекс

Заключение

Для укрепления земляного полотна железных дорог используется разрядно-импульсная технология. В основу данной технологии положено сооружение буронабивных свай как в основании, так и в теле насыпи. Работы по сооружению свай в теле насыпи могут проводиться без перерыва в движении поездов.

Статья поступила в редакцию 14.07.2010;

представлена к публикации членом редколлегии Л. С. Блажко

УДК 652.25.071