Инновационные технологии ремонта и обслуживания дорог
Анисимов Никита Алексеевич
магистрант, Департамент инноваций Политехнического института Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ), anisimov.na@dvfu.ru
Шкарина Татьяна Юрьевна
кандидат экономических наук, доцент, профессор Департамента инноваций Политехнического института, Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ), shkarina.tyu@dvfu.ru
Гром Иван Петрович
магистрант. Департамент инноваций Политехнического института Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ), anisimov.na@dvfu.ru
Автомобильные дороги являются сложными инженерными сооружениями, которые нуждаются в постоянном обслуживании и своевременном ремонте. Дорожное покрытие подвержено постоянному давлению со стороны эксплуатирующих и другим негативным факторам, таких как нагревание, промерзание, увлажнение и т.п. Одним из самых распространённых дефектов дороги являются трещины. Несвоевременное устранение этого дефекта приводит тому, что происходит процесс раскрытия трещин - на дороге появляются ямы, вследствие чего дорога перестает отвечает нормативным требованиям и ей требуется дорогостоящий ремонт. Для снижения затрат на обслуживание и создания благоприятных условий на дорогах предлагаются инновационно-технологические разработки ученых из ведущих стран в области обслуживания транспортно-дорожной инфраструктуры, которые направлены на снижение вероятности появления трещин в дорожном покрытии. Ключевые слова: инновации, транспорт, рейтинг качества дорог, качество, технологии дорожного строительства.
Введение
Современные автомобильные дороги являются местом повседневной работы множества автовладельцев. В Российской Федерации, традиционно, из года в год растёт автомобильный трафик, что показывает повышение уровня автомобилизации по регионам и по стране в целом (Таблица 1).
Таблица 1
Число собственных легковых автомобилей на 1000 человек
Число собственных 2017 2018 2019 Место, занима-
легковых автомоби- емое субъек-
лей по субъектам РФ том в РФ в 2019
(на 1000 человек г.
населения)
Российская Феде- 305,0 309,1 315,5 -
рация
Центральный феде- 315,9 315,5 320,8 5
ральный округ
Северо-Западный федеральный округ 319,2 320,0 324,5 2
Южный федераль- 311,1 316,9 321,1 4
ный округ
Республика Адыгея 365,5 409,4 438,3 3
Волгоградская об- 421,6 436,2 433,8 4
ласть
Северо-Кавказский 224,8 230,7 230,2 8
федеральный округ
Приволжский феде- 305,3 316,1 323,1 3
ральный округ
Уральский феде- 335,8 343,5 353,9 1
ральный округ
Сибирский феде- 284,5 284,2 296,6 7
ральный округ
Республика Хакасия 328,8 368,7 403,6 5
Дальневосточный 307,4 314,8 320,5 6
федеральный округ
Камчатский край 495,5 498,5 510,6 1
Приморский край 417,0 431,5 443,1 2
Подобный уровень автомобилизации, особенно в регионах ДФО -сказывается на качестве автомобильных дорог. Состояние дорог стремительно ухудшается в связи с увеличением на них нагрузки, так же на это сказывается не только автомобилизация личных автомобилей, но и количество пассажирских автобусов и автомобильных поездов.
Регрессию автомобильных дорог доказывает статистика, предоставленная Росавтодором и Росстатом (Рисунок 1).
X X
о
го А с.
X
го т
о
ю
2 О
м
см
0 см
<0
01
о ш т
X
<
т О X X
Рисунок 1 - Доля автомобильных дорог общего пользования, не отвечающих нормативным требованиям, по ДФО (желтым отмечены дороги регионального или межмуниципального значения, синим - местного значения)
Из рисунка 1 следует несколько выводов.
1 В целом по ДФО, доля дорог, не отвечающих нормативным требованиям, за два года выросла на 7% (с 55,7% до 62,7%) для региональных или муниципальных дорог и 8,8% (с 48,6% до 57,4%) для местного.
При этом для сравнения качества дорог ДФО и РФ в целом с другими мировыми лидерами необходимо обратится к Всемирному экономическому форуму (WEF). Для доклада о состоянии экономики в мире ежегодно собирается оперативная информации о состоянии автомобильных дорог. Эксперты форума оценивают качество покрытия по всей территории страны (Таблица 2).
Таблица 2
Позиция Страна Индекс
в рей-
тинге
1 Сингапур 90,9
2 Нидерланды 90,5
3 Швейцария 88,0
4 Гонконг (КНР) 85,6
5 Япония 84,8
17 США 74,5
30 Канада 67,2
99 РФ 41,3
141 Чад 15,7
Среднее значение 51,1
Медианное значение 50,3
транспортных средств. Так как превышение расчетных нагрузок на дорожное полотно, приводит к его быстрому износу. Расчет вреда, наносимого тяжеловесными ТС закреплен законодательно.
4 Большой интерес вызывают показатели Хабаровского края, Амурской области, Магаданской области и частично Еврейской автономной области. В них всего за один год произошло резкое падение количества качественных дорог, при том как регионального, так и местного значения.
Такие сильные скачки в количестве некачественных дорог сказываются на федеральный и региональный бюджет. Согласно Минтрансу, на 2019 в среднем на 1 полосу протяжённостью 1 км необходимо: -на строительство 49,5 млн руб.; -на реконструкцию 30,4 млн руб.; -на ремонт 9,9 млн руб. 3.
При том, что гарантийный срок на верхний слой покрытия из асфальтобетона, в зависимость от интенсивности движения, составляет от 2 до 8 лет.
В таблице 3 приведена стоимость восстановления доли дорог до прежнего него уровня.
Таблица 3
Стоимость восстановления повреждённых дорог
Регион Протяженность А дорог соответ- Стоимость
дорог, км ствующих нормативам (между 2019 и 2017 го- восстановления (ремонта) количества
дом) , % дорог до
регион. мест- регион. мест- прежнего
или ного или ного уровня, млн
межму- значе- межму- значе- руб
ниц. зна- ния ниц. зна- ния
чения чения
Хабаров- 3 010,2 5 636,4 15,2 14,7 12732,5
ский край
Амурская 5 709,4 5 301,9 41,7 62,5 56375,6
область
Магадан- 1 167,2 616,9 62,7 11,5 7947,7
ская об-
ласть
Еврейская 479,6 1 610,1 9,5 2,2 801,8
автоном-
ная об-
ласть
Из представленной таблицы можно сделать вывод, что на 2019 год РФ и ДФО в частности обладает дорогами качеством ниже, чем среднее по миру.
2 Как видно из рисунка, в 6 регионах ДФО из 11 идет планомерное увеличение доли соответствующих нормативам дорог.
То есть деньги на поддержание дорожной сети выделяют. Финансирование идет по проекту «Безопасные и качественные дороги», цель которого до 2024 года увеличить долю автомобильных дорог регионального значения соответствующих нормативам до 50% [2].
3 На 2019 год качественных дорог местного значения больше, чем регионального или межмуниципального.
Это может свидетельствовать о том, что региональные дороги получают больше урона от тяжеловесных
Из приведенной таблицы видно, что затраты на восстановление поврежденных дорог составляют около 80 млрд. рублей.
Резкое ухудшение количества качественных дорог в этих регионах может свидетельствовать о неблагоприятных погодных условиях, произошедших годами ранее. На автомобильных дорогах Российской Федерации с нежесткими покрытиями по природно-климатическим условиям образование различного рода трещин неизбежно. Это обусловлено перепадами температур в течение года в различные его сезоны. Особенно это актуально для регионов с резко континентальным климатом, к которым относится и Хабаровский край.
Основной проблемой автомобильных дорог в РФ являются дорожные трещины, впоследствии образующие дорожные ямы. При эксплуатации дорожного полотна образуются микротрещины, в которые попадает вода. При изменении температуры воздуха, под действием термического расширения и сужения, вода образует более глубокие и широкие трещины. Поэтому дорожное
полотно необходимо не только ремонтировать, но и полностью заменять.
Массовое появление микротрещин в самых пострадавших регионах может объяснить прошедшими в 2016 году землетрясениями магнитудами 4,1 и 5,0 в Амурской области и 4.0 в Магаданской области [1, 5, 6].
Время, за которое трещина полностью раскрывается (образуется яма) описано в работе Казаринова А.Е. Увеличение ширины раскрытия трещины протекает по экспоненциальной зависимости, с максимальным ежегодным ее ростом в первые годы эксплуатации покрытия (от 3 до 5 лет).
Для совершенствования транспортно-дорожной инфраструктуры Российской Федерации необходимо внедрять новые системы качества и инновационные технологии строительства автомобильных дорог, так как высокой уровень качества дорожного полотна в странах с высоким индексом, поддерживается внедрением постоянно развивающихся инновационных технологий и технических решений. В странах, имеющие большее значения валового продукта, данный путь развития технологий строительства подобных объектов показал свою результативность.
Для решения данной проблемы изобретаются новые технологии строительства и обслуживания дорог:
Волокна, проводящие электричество из Нидерландов. При строительстве, замене или ремонте автомобильных дорог в состав асфальтобетона добавляется волокна, способные проводить электричество с конфигурацией замкнутых контуров. При образовании трещин или при интервальном обслуживании подается электрический ток на волокна, в результате чего создается тепло. Вяжущее вещество, входящее в состав дорожного полота, начнет плавиться, заполнив тем самым пустоты в автомобильной дороге.
Наночастицы оксида железа из Швейцарии. Нано-частицы вводят в трещину. После на них воздействуют магнитным полем. В результате действия магнитного поля дорожное полотно становится мягким, а трещины устраняются. Подобный подход к ремонту трещин занимает несколько секунд.
Специальный состав для заделывания трещин из США. Американские ученые предложили соединить в один состав железную руду, с примесями магнетита в количестве 1-2%, битум, крошку проработанных бетонных или кирпичных изделий. После нанесения состава на дорожные покрытия происходит его нагрев с помощи микроволнового блока. По исследованиям данное покрытие дольше не нуждается в ремонте.
Замена на диатомит, который заменит традиционный асфальтобетон. В Тюменском индустриальном университете предложили использовать диатомит - природный материал, обладающий водоотталкивающими свойствами и устойчив к низким температурам. Это означает что сам факт наличия трещин - отсутствует.
В качестве рекомендации при строительстве автомобильных дорог предлагается использование В1М-техно-логий. Данная технология позволят смоделировать трассу с прилегающими ее конструкциями. Появляется возможность не только создание 3D модели транспортной инфраструктуры, но и анализ ее характеристик и параметров, что позволит определить будущие недостатки и дефекты. Помимо этого, можно корректировать себестоимость проекта. В1М-технологии по скорости проводимого анализа не имеют аналогов в мире.
Рисунок 1 - Использование BIM-технологии при моделировании дороги
Использование предложенных инновационных технологий для автомобильных дорог позволит снизить себестоимость дорожной инфраструктуры, скорость ремонта и строительства и повысить качество самих дорог и обслуживания.
Литература
1 В Амурской области произошло землетрясение. Режим доступа (свободный) : https://ria.ru/20160911/1476618383.html (дата обращения: 05.06.2021).
2 В Приморье отремонтируют более 80 км дорог. Режим доступа (свободный) : https://tass.ru/nacionalnye-proekty/8349481 (дата обращения: 05.06.2021).
3 Доклад о стоимости строительства, реконструкции, капитального ремонта, ремонта и содержания 1 км автомобильных дорог общего пользования Российской Федерации (2019 год). Режим доступа (свободный) : https://mintrans.gov.ru/documents/11/11086 (дата обращения: 01.06.2021).
4 Доля автомобильных дорог общего пользования, не отвечающих нормативным требованиям, по субъектам Российской Федерации : Росстат. Режим доступа (свободный) : https://rosstat.gov.ru/folder/23455?print=1 (дата обращения 29.05.2021).
5 Землетрясение в Амурской области не отразилось на работе нефтепровода ВСТО. Режим доступа (свободный) : https://tass.ru/tek/3863807 (дата обращения: 05.06.2021).
6 Землетрясение магнитудой 4,0 произошло в 180 км от Магадана. Режим доступа (свободный) : https://tass.ru/proisshestviya/3745527(дата обращения: 05.06.2021).
7 Иноземцев Сергей Сергеевич, Королев Евгений Валерьевич Технико-экономическая эффективность применения наномодифицированного наполнителя для асфальтобетонa // Вестник МГСУ. 2018. №4 (115). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehniko-ekonomicheskaya-effektivnost-primeneniya-nanomodifitsirovannogo-napolnitelya-dlya-asfaltobetona (дата обращения: 30.05.2021).
8 Казаринов, А. Е. Современные тенденции технологии ремонта и заделки трещин на проезжей части улиц и дорог / А. Е. Казаринов // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения : международный сборник научных трудов. - Хабаровск: Тихоокеанский государственный университет, 2016. - С. 42-44.
9 Казаринов, А. Е. Установление оптимальных сроков заделки трещин на асфальтобетонном покрытии с целью продления его срока службы / А. Е. Казаринов, С. П. Гавшин // Дальний Восток. Автомобильные дороги и
X X
о го А с.
X
го m
о
ю
2 О
м
es
0 es
<0
01
о ш m
X
безопасность движения : Международный сборник научных трудов / Под редакцией А.В. Каменчукова. - Хабаровск : Тихоокеанский государственный университет, 2019. - С. 168-171.
10 Кожин, А. Г. Зарубежный опыт развития дорожного строительства / А. Г. Кожин // Международный научно-исследовательский журнал. - 2013. - № 2(9). -С. 71-74.
11 Отраслевой дорожный методический документ: Рекомендации по установлению гарантийных сроков конструктивных элементов автомобильных дорог и технических средств организации дорожного движения: [ОДМ 218.6.029-2017].
12 Постановление Правительства РФ от 31.01.2020 N 67 (ред. от 26.10.2020) "Об утверждении Правил возмещения вреда, причиняемого тяжеловесными транспортными средствами, об изменении и признании утратившими силу некоторых актов Правительства Российской Федерации" Режим доступа (свободный) : http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_34443 6/ (дата обращения: 27.05.2021).
13 Протяжённость дорог че-то там по субъектам Российской Федерации : Росстат. Режим доступа (свободный) : https://rosstat.gov.ru/folder/23455?print=1 (дата обращения 29.05.2021).
14 Рахматуллина, Е. С. BIM-моделирование как элемент современного строительства / Е. С. Рахматуллина // Российское предпринимательство. - 2017. - Т. 18. - № 19. - С. 2849-2866. - DOI 10.18334/rp.18.19.38345.
15 Число собственных легковых автомобилей на 1000 человек населения по субъектам Российской Федерации : Росстат. Режим доступа (свободный) : https://rosstat.gov.ru/folder/23455?print=1 (дата обращения 29.05.2021).
16 Global Competitiveness Report 2019 | World Economic Forum Рейтинг стран по качеству дорог. Режим доступа (свободный) : http://www3.weforum.org/docs/WEF_TheGlobalCompetitiv enessReport2019.pdf (дата обращения 03.06.2021)
Innovative technology of repair and maintenance of roads
Anisimov N.A., Shkarina T.Yu., Grom I.P.
FEFU
JEL classification: L61, L74, R53
Highways are complex engineering structures that need constant maintenance and timely repair. The road surface is subject to constant pressure from the operating and other negative factors, such as heating, freezing, moisture, etc. Cracks are one of the most common road defects. Untimely elimination of this defect leads to the process of opening cracks - holes appear on the road, as a result of which the road ceases to meet regulatory requirements and requires expensive repairs. To reduce maintenance costs and create favorable conditions on the roads, innovative and technological developments of scientists from leading countries in the field of maintenance of transport and road infrastructure are proposed, which are aimed at reducing the likelihood of cracks in the road surface.
Keywords: innovation, transport, road quality rating, quality, road construction technologies.
Reference
1 An earthquake has occurred in the Amur Region. Access mode (free): https://ria.ru/20160911/1476618383.html (date of access: 05.06.2021).
2 More than 80 km of roads will be repaired in Primorye. Access mode (free): https://tass.ru/nacionalnye-proekty/8349481 (date of access: 05.06.2021).
3 Report on the cost of construction, reconstruction, overhaul, repair and maintenance of 1 km of public roads in the Russian Federation (2019). Access mode (free): https://mintrans.gov.ru/documents/11/11086 (date of access: 01.06.2021).
4 Share of public roads that do not meet regulatory requirements by constituent entities of the Russian Federation: Rosstat. Access mode (free): https://rosstat.gov.ru/folder/23455?print=1 (date of access 05/29/2021).
5 The earthquake in the Amur Region did not affect the operation of the ESPO pipeline. Access mode (free): https://tass.ru/tek/3863807 (date of access: 05.06.2021).
6 An earthquake with a magnitude of 4.0 occurred 180 km from Magadan. Access mode (free): https://tass.ru/proisshestviya/3745527 (date of access: 05.06.2021).
7 Inozemtsev Sergei Sergeevich, Korolev Evgeny Valerievich Technical and economic efficiency of using nanomodified filler for asphalt concrete // Vestnik MGSU. 2018. No. 4 (115). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehniko-ekonomicheskaya-effektivnost-primeneniya-nanomodifitsirovannogo-napolnitelya-dlya-asfaltobetona (date accessed: 05/30/2021).
8 Kazarinov, A.E. Modern trends in the technology of repair and sealing cracks on the carriageway of streets and roads / A.E. Kazarinov // Far East. Roads and traffic safety: an international collection of scientific papers. - Khabarovsk: Pacific State University, 2016 .-- P. 42-44.
9 Kazarinov, AE Establishment of the optimal time for sealing cracks on asphalt concrete pavement in order to extend its service life / AE Kazarinov, SP Gavshin // Far East. Roads and traffic safety: International collection of scientific papers / Edited by A.V. Kamenchukov. -Khabarovsk: Pacific State University, 2019 .-- S. 168-171.
10 Kozhin, A.G. Foreign experience in the development of road construction / A.G. Kozhin // International research journal. - 2013. - No. 2 (9). - S. 7174.
11 Sectoral road methodological document: Recommendations for the establishment of warranty periods for structural elements of highways and technical means of traffic management: [ODM 218.6.029-2017].
12 Decree of the Government of the Russian Federation of January 31, 2020 N 67 (as amended of October 26, 2020) "On approval of the Rules for compensation for damage caused by heavy vehicles, on amendment and invalidation of certain acts of the Government of the Russian Federation" Access mode (free): http: //www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_344436/ (date accessed: 05/27/2021).
13 The length of roads is something there in the constituent entities of the Russian Federation: Rosstat. Access mode (free): https://rosstat.gov.ru/folder/23455?print=1 (date of access 05/29/2021).
14 Rakhmatullina, E. S. BIM-modeling as an element of modern construction / E. S. Rakhmatullina // Russian Journal of Entrepreneurship. - 2017. - T. 18. - No. 19. - S. 2849-2866. - DOI 10.18334 / rp.18.19.38345.
15 The number of own cars per 1000 population in the constituent entities of the Russian Federation: Rosstat. Access mode (free): https://rosstat.gov.ru/folder/23455?print=1 (date of access 05/29/2021).
16 Global Competitiveness Report 2019 | World Economic Forum Ranking of countries by road quality. Access mode (free): http://www3.weforum.org/docs/WEF_TheGlobalCompetitivenessReport 2019.pdf (date of access 03.06.2021)
<
m о x
X