В результате выполненных работ составлены инженерно-геологические профили, на которых имеется полная информация о виде и толщине напластований балластных материалов на каждом пикете, о виде и состоянии грунтов земляного полотна и основания.
На стадии разработки проекта производился подробный анализ продольного профиля и разбивка его на расчетные участки с одинаковыми условиями, к которым относятся: тип земляного полотна, вид и состояние (интенсивность пучения) грунтов земляного полотна и основания, характер напластований и мощность балластных материалов, величина проектной подъемки или срезки.
В зависимости от вида грунта, числа пластичности, плотности в сухом состоянии, естественной влажности и влажности на границе текучести определялись: коэффициент теплопроводности, объемная теплоемкость для талого и мерзлого состояний и теплота фазовых переходов для каждого грунта, которые необходимы для теплотехнических расчетов.
При усиленном капитальном ремонте пути верхний, как правило, асбестовый, слой балласта заменяется на щебень твердых пород, что может привести к значительному увеличению глубины промерзания и влажности глинистых грунтов земляного полотна, а значит и величины пучения. Рекомендуемая ЦПИ‑24 методика расчета толщины теплоизолирующих покрытий не учитывает такого важного фактора, как наличие в балластном слое асбеста, что приводит к значительному увеличению объема пенополистирола.
Алгоритм, реализующий метод решения системы дифференциальных уравнений теплопроводности применительно к расчету процессов промерзания и оттаивания грунтовых оснований, был впервые предложен к. т.н. в 1966 году. Далее он прошел широкую апробацию при прогнозе теплового состояния проектируемых транспортных объектов – земляного полотна, зданий, мостов, водопропускных труб на железнодорожных линиях Сибири и Востока страны. В 1999г. в “Сибжелдорпроекте” по этому алгоритму была разработана программа «Led-IА».
Программа позволяет определять температуры грунта на любой период промерзания при одномерном процессе теплопередачи в системе «атмосфера – балластная призма - теплоизоляция – грунт». Фактически температурное поле в земляном полотне формируется в результате двухмерного процесса теплопередачи с учетом горизонтальных теплопотоков. Однако, влияние этих теплопотоков существенно меньше, чем теплопередача по вертикали. Если при этом учесть, что точность воспроизведения n‑мерного пространства в тепловых задачах должна соответствовать точности назначения исходной информации, которая принимается в практических расчетах с известной степенью приближения, правомерность применения одномерной схемы промерзания вполне оправдана.
Имея всю исходную информацию, легко решается задача о глубине промерзания, и, соответственно, величине пучения любого подрельсового основания. Мощность пенополистирола, принятая к укладке, определена как уточненная расчетная с запасом на вдавливание щебня (1см) и кратная толщине поставляемого пенополистирола «Стиродур» типа RHS (40, 50, 60 мм). Результаты расчетов выдаются в табличной форме, где показаны: границы участков; вид, последовательность напластований и толщина балластных материалов, теплоизоляции, грунтов; глубина промерзания общая и глинистых грунтов; интенсивность пучения; величина пучения.
В настоящее время анализ существующего и прогноз послеремонтного водно-теплового режима земляного полотна на Западно-Сибирской железной дороге производится по описанной выше методике.
В 1999 г. кафедрой «Путь и путевое хозяйство» СГУПС под руководством профессора были выполнены инструментальные наблюдения за опытными участками, на которых были уложены покрытия из пенополистирола. Сравнение результатов натурных исследований глубины промерзания любого подрельсового основания с расчетными показало хорошее совпадение расчетных и фактических данных. В частности, по измерениям на Называевской дистанции пути отличие натурных измерений от расчетных составило не более 11%.
Кроме обоснованного назначения толщины и ширины теплоизоляции важным условием ее эффективности является правильное проектирование сопряжений противопучинного устройства с соседними участками. Сопряжения выполняются за счет уменьшения толщины и (или) ширины слоя тепловой изоляции, а также укладкой пенополистирола с постепенным увеличением зазора между плитами.
Длина сопряжения L определяется расчетной величиной равномерного пучения Рр у краев теплоизоляционного покрытия и допустимым уклоном отвода рельсовых нитей.
Наиболее распространенная технология проведения капитального ремонта включает шесть этапов:
1. Подготовительные работы.
2. Основные работы.
- вырезка загрязненного балласта машиной RM 80;
- разборка существующей рельсошпальной решетки;
-срезка, планировка и уплотнение верхнего слоя балластной призмы комплексом автотракторной техники;
- укладка новой рельсошпальной решетки с инвентарными рельсами и звеньевого пути;
- укладка тепловой изоляции из плит пенополистирола;
- балластировка пути новым щебеночным балластом.
3. Отделочные работы.
4. Замена инвентарных рельсов на рельсовые плети.
5. Ввод рельсовых плетей в расчетный интервал температур
6. Шлифовка рельсов.
До начала выполнения основных ремонтно–путевых работ в подготовительный период демонтируются стеллажи покилометрового запаса рельсов, снимаются путевые и пикетные знаки. Путевым стругом производится срезка загрязненного балласта с обочины земляного полотна и откоса балластной призмы. Подготавливаются места для въезда на путь и съезда с него землеройной техники. Производится опробование и смазка стыковых болтов. Подготавливаются места для зарядки машины ВПО‑3000. Производится детальная разбивка трассы с выноской проектных отметок на опоры контактной сети.
Перед началом работы машины RM 80 производится подъемка рельсошпальной решетки машиной ВПО-3000 и подготавливается место для зарядки выгребного устройства щебнеочистительной машины.
При вырезке загрязненного балласта машиной RM 80 по слою старого балласта устраивается срез с уклоном 0,04 в сторону обочины на глубине 40 см под шпалой. Загрязненный балласт отгружается в состав из ПУ. Затем транспортируется в отвал с последующей отвозкой в хранилище.
Исправление искажений продольного профиля, в основном, выполняется машиной RM 80 при срезке верхнего слоя балластной призмы и подготовке постели для укладки звеньев. Окончательная выправка пути производится в отделочных работах (третий этап).
Анализ опыта применения противопучинных мероприятий на железных дорогах с учетом результатов борьбы с пучинами на Западно-Сибирской дороге показал, что использование пенополистирольных покрытий в конструкции верхнего строения пути является наиболее перспективным направлением ликвидации пучинных деформаций. В то же время имеется ряд малоизученных вопросов, что нередко приводит к неоправданному завышению объема пенополистирола или неэффективному его применению.
В частности, не выявлены рациональные сферы теплоизоляции основной площадки в сочетании с ее гидроизоляцией в зависимости от величины пучения; при назначении толщины пенополистирола, не учитывается наличие в промерзающем слое грунта зоны пассивного пучения, формирующейся при температуре близкой 00С в конце зимнего периода; отсутствует практика использования асбестовых отходов в совокупности с покрытием из пенополистирола.
Выполненная работа является попыткой решения данных вопросов применительно к условиям Западно-Сибирской дороги. Исследования включали в себя наблюдения за промерзанием подрельсового основания на опытном участке, геодезические измерения на линии с уложенным покрытием и математическое моделирование процессов промерзания на персональном компьютере.
В третьем разделе изложена методика и приведены результаты экспериментальной части работы.
Для измерения температуры по глубине подшпального основания использована методика дистанционного определения величин электрического сопротивления грунтов с помощью медных электрических датчиков температуры (ЭДТ).
Комплект для полевого измерения температуры грунтов в скважинах представляет собой гирлянду (сборку) электрических датчиков температуры, закрепленных на несущем шнуре в соответствии с глубиной точек измерения
После установки термоплети в скважину необходима ее выдержка (1…1,5) часа для восстановления теплового равновесия между ЭДТ и грунтом. После этого при помощи декадных переключателей снимаются показания сопротивлений электрических датчиков температур, а далее вычисляется температура по формуле:
,
где t – вычисляемая температура, оС;
Rt – измеренное электрическое сопротивление, Ом;
R0 – номинал сопротивления электрического термометра, Ом, при температуре 0оС;
S – коэффициент чувствительности, полученный в результате градуировки термометров (индивидуальная поправка на "место нуля" электрического термометра), Ом/оС.
В октябре 2001г. на двухпутном электрифицированном участке железнодорожной линии Кабинетное – Коченево в районе о. п. Лесная Поляна на пк 32723+80,00 было выполнено бурение трех наблюдательных скважин глубиной 3,0 м с последующей обсадкой металлическими трубами.
В процессе бурения отбирались монолиты и образцы грунта через 0,5 м, для которых в лабораторных условиях устанавливались следующие параметры:
- природная влажность;
- пределы пластичности;
- гранулометрический состав;
- реакция с соляной кислотой.
Земляное полотно представлено насыпью высотой более 3,0 м. Откосы насыпи устойчивы, задернованы, покрыты шлейфовыми отложениями.
На момент обследования по I пути в сентябре 2001г. выполнен капитальный ремонт с заменой асбеста на щебень и укладкой пенополистирола толщиной 6 см. По II пути капитальный ремонт был выполнен в 2000 г. без укладки пенополистирола. Балластная призма по оси I пути однослойная, по оси II пути – двухслойная.
Балластные отложения песчано-гравийные толщиной (30…65) см.
Суммарная мощность вновь уложенного и старого балласта от верха шпалы (128…157) см.
Грунты земляного полотна представлены суглинками тяжелыми пылеватыми черно-бурого цвета с включениями почвы, вскрытой мощностью (1,43…1,72) м.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 |
