CC BY
25
УДК 622.583:625.7/8:624.139
© Н.П. Сигачев, В.И. Коннов, Н.А. Коновалова, Е.В. Шехтман, П.П. Панков, 2014
Н.П. Сигачев, В.И. Коннов, Н.А. Коновалова, Е.В. Шехтман, П.П. Панков
ПРИМЕНЕНИЕ КРИОТРОПНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВОДОНЕПРОНИЦАЕМЫХ ЭКРАНОВ
Приведены результаты исследования криотропных полимерных материалов. Изучены свойства этих материалов. Они могут использоваться для строительства про-тивофильтрационных экранов. Основная задача экрана - исключить поступление напорных и безнапорных подземных вод в тело и основание сооружений. Разработанные в Забайкальском институте железнодорожного транспорта полимерные материалы экологически безопасны.
Ключевые слова: криотропные полимерные материалы, водонепроницаемые экраны, многолетняя мерзлота, экологическая безопасность.
Основная задача мероприятий, направленных на развитие инфраструктуры железных дорог, заключается в повышении надежности и безопасности железнодорожного пути. Важнейшим элементом железнодорожного пути является земляное полотно и от его состояния зависит решение поставленных задач. Деформации и дефекты могут приводить к снижению уровня безопасности движения поездов, а также к повышению расходов на содержание пути, Кроме того, железные дороги северо-восточных регионов Российской Федерации находятся в особых условиях эксплуатации, характеризующихся наличием много-летнемерзлых пород грунтов [1-3].
Деградация многолетней мерзлоты, связанная с нарушением условий ее залегания, приводит к усложнению эксплуатации железных дорог. Повышенное влагонакопление и сезонное промерзание грунтов вызывает морозное пучение дисперсных пород, которое ограничивает скоростной режим движения поездов на участках жизненно важных магистралей. Особенность данных участков заключает-
ся в наличии переувлажненных грунтов, в том числе глинистых, которые представляют серьезную опасность для эксплуатируемых железных дорог в суровых зимних условиях [4-6].
Ограничение поступления влаги в тело и основание насыпи возможно за счет устройства противофильтра-ционного экрана. К настоящему времени научными, проектными и строительными организациями накоплен большой опыт успешной реализации различных решений, в том числе глубинной обработки грунтов, что позволяет осуществлять мероприятия по повышению несущей способности грунтов и создания противофильтра-ционного экрана в таких инженерно-геологических условиях, когда использование других средств практически невозможно.
Основными способами устройства противофильтрационного экрана являются: замена грунта на «глино-грунт», укладка синтетических пленок, возведение экранов из монолитного железобетона и др. [7, 8]. Однако эти способы устройства экрана трудоемки и требуют значительных финансовых
затрат. Кроме того, как показывают многочисленные натурные исследования выполненные более чем на 200 объектах в различных регионах нашей страны и СНГ, противофиль-трационные устройства, в том числе полимерные мембраны толщиной более 1 мм, не могут рассматриваться как водонепроницаемые. Через повреждения в экране, которые возникают на различных этапах строительства и эксплуатации сооружений, происходят фильтрационные утечки воды, величина которых зависит от гидростатического напора, количества и размеров единичных повреждений в экране, защитных подстилающих слоев водоупорного элемента, характеристик грунтов основания, а также гидрогеологических условий [9].
Известны составы для упрочнения грунтов и создания противофильтра-ционной завесы, которые содержат наполнители, вяжущие и другие добавки. В результате образуется зона укрепленного грунта с измененными фильтрационными свойствами, которая служит противофильтрационным экраном. Стабилизированный грунт при этом имеет высокие прочностные характеристики, но в процессе эксплуатации происходит потеря прочности укрепленной грунтовой композиции, это, в свою очередь, нарушает стабильность сооружения, либо проблематично достигнуть оптимальной морозостойкости грунта, и поэтому данные составы не пригодны для использования в районах вечной мерзлоты. Кроме того, вопрос об экологической безопасности используемых химических материалов остается открытым, так как химические методы стабилизации грунта сопряжены с риском миграции химических веществ из применяемых материалов в окружающую среду [10, 11].
Одним из перспективных направлений решения этой проблемы яв-
ляется использование криотропного полимерного материала, разработанного в Забайкальском институте железнодорожного транспорта совместно с Институтом химии нефти СОРАН (г. Томск). Криотропный полимерный материал по своей природе является полимерным телом, образующимся в результате замораживания и последующего оттаивания водного раствора полимера. Чем больше циклов замораживания-оттаивания испытывает материал, тем лучше становятся его механические свойства (увеличивается его прочность, упругость, усиливается сцепление с породой).
При применении криотропных полимерных материалов происходит повышение водонепроницаемости и структурной прочности грунтов, повышение их гидроизоляционных свойств, улучшение сцепления с грунтовым карбонатным материалом. Криогенное воздействие на систему полимервода позволяет в широких пределах варьировать свойства криотропного полимерного материала и видоизменять его макропористую структуру, что делает возможным его использование для улучшения строительных свойств грунтов и создания противофильтра-ционного экрана [12].
Установлено, что уровень миграции с поверхности криотропного полимерного материала, в воздушную среду бензола, дибутилфталата, ди-октилфталата, этилацетата, ацетона, метанола, винилацетата в заданных модельных условиях (при насыщенности 0,01 м2/м3, температуре воздуха +20 °С) создает в атмосферном воздухе концентрации, не превышающие среднесуточные (максимально разовые) предельно допустимые концентрации, установленные гигиеническими нормативами РФ.
Результаты испытаний образцов грунта, обработанного криотропным полимерным материалом, на мигра-
Таблица 2
Эффективная удельная активность радионуклидов в образцах
Таблица 1
Результаты испытаний образцов грунта на миграцию в воздушную среду вредных химических веществ
№ Наименование химических веществ Класс опасности Обнаруженная концентрация, мг/м3 Предельно допустимая среднесуточная концентрация в атмосферном воздухе, мг/м3
1 Бензол 2 менее 0,02 0,1
2 Дибутилфталат ОБУВ менее 0,01 0,1
3 Диоктилфталат ОБУВ менее 0,01 0,02
4 Этилацетат 4 менее 0,01 0,1
5 Ацетон 4 менее 0,01 0,35
6 Метанол 3 менее 0,01 0,5
7 Винилацетат 3 менее 0,05 0,15
Наименование показателей, ед. измерения Результаты испытаний среднее значение по 5 пробам Величина допустимых уровней
Калий-40, удельная активность, Бк/кг 446±134 Норматив отсутствует
Радий-226, удельная активность, Бк/кг 26,3±7,9 Норматив отсутствует
Торий-232, удельная активность, Бк/кг 8,7±2,6 Норматив отсутствует
Эффективная удельная активность ЕРН, Бк/кг 77,7±23,3 <370 1 класс
цию в воздушную среду вредных химических веществ представлены в табл. 1.
Интенсивность запаха составов оценена в 0 баллов, при нормативе - не более 2 баллов. Вещества 1-го класса опасности для здоровья человека в воздушной среде, за счет миграции с поверхности составов, также не были обнаружены. Химические вещества, из которых изготовлен материал, не образуют групп сумма-ции вредного действия в соответствие с гигиеническими нормативами ГН 2.1.6.1338-03. Проведенными испытаниями установлено, что эффективная удельная активность радионуклидов в образцах составляет 77,7 Бк/кг при нормативе не более 370 Бк/кг (табл. 2).
Таким образом, данный материал представляет большой интерес в научном и прикладном плане, что во многом обусловлено доступностью полимерного материала, превосходными механическими, диффузионными и теплофизическими свойствами, а также его нетоксичностью и отсутствием опасного воздействия на окружающую природную среду.
Нами изучена возможность использования криотропного полимерного материала для создания проти-вофильтрационного экрана с целью ликвидации процессов морозного пучения и осадки грунтов железнодорожной насыпи на участке 6101 км ПК 3+00 - ПК 6+00 четного и нечетного пути Могзонской дистанции пути Транссибирской магистрали.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сигачев Н.П., Коновалова Н.А., Панков П.П. Криотропные полимерные гели -новые материалы для предотвращения и ликвидации дефектов земляного полотна при строительстве, реконструкции и ремонте железных дорог / Фундаментальная наука и технологии - перспективные разработки: Материалы II межд. научн.-практич. конф. -М., 2013. - Т.2. - С. 118-120.
2. Бедрин Е.А. Определение направлений по обеспечению устойчивости земляного полотна дорог в зоне вечной мерзлоты // Вестник СибАДИ, вып. 2(20), 2011. - С. 15-21.
3. ВдовинЕ.А., МавлиевЛ.Ф., Строганов В.Ф. Пути повышения эффективности укрепления грунтов для строительства дорожных одежд // Вестник СибАДИ, вып. 1(29),
2013.- С. 52-57.
4. Бургонутдинов А.М., Тякина Р.Н. Деформации морозного пучения / Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе, 2013. - Т.3. - С. 55-59.
5. Ельчанинов Е.А., Сигачев Н.П., Коннов В.И., Шехтман Е.В., Коробко С.М. Мероприятия по снижению пучения и осадки грунтов оснований горных и природоохранных сооружений в Забайкалье // Горный информационно-аналитический бюллетень. -
2014. - № 4. - С. 86-90.
6. Иванов С.П. Морозное пучение грунтов и его влияние на фундамент (на примере Заполярного нефтегазоконденсатного месторождения) // Академический журнал Западной Сибири. - 2012. - № 4. - С. 6-7.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
7. Семашкин К. В. Устройство противо-фильтрационного экрана в эксплуатируемых подтопляемых земляных насыпях управляемым защелачиванием грунта // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. - 2011. - № 4(24). - С. 137143.
8. Лупачев О.Ю. Применение геосинтетических материалов в гидротехническом строительстве в качестве противофильтраци-онных элементов потин и дамб // Гидротехника. - 2009. - № 1(14). - С. 71-75.
9. Чумаганов А.П., Сирота Ю.Л. К вопросу водопроницаемости через различные дефекты и повреждения в полиэтиленовых экранах гидротехнических сооружений // Гидротехника. - 2009. - № 2 (15). - С. 79-81.
10. Глебов Н.В. Экологические риски химического закрепления в городском строительстве // Научный вестник Московского государственного горного университета. -2011. - № 9. - С. 9-15.
11. Куликова Е.Ю. Технологический риск при химукреплении грунтов вокруг подземного сооружения // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. -№ 6. - С. 128-130.
12. Коновалова Н.А., Панков П.П. Возможность использования криотропных полимерных материалов для преобразования и улучшения строительных свойств грунтов / Теория и практика современной науки: Материалы XII межд. научн.-практич. конф. -М., 2013. - Т. I. - С. 130-133. ЕЛЗ
Сигачев Николай Петрович - доктор технических наук, директор,
Коннов Василий Иванович - кандидат технических наук, декан, e-mail: konnovvi54@mail.ru,
Коновалова Наталья Анатольевна - кандидат химических наук, доцент,
Забайкальский институт железнодорожного транспорта,
филиал Иркутского государственного университета путей сообщения;
Шехтман Евгений Викторович - директор ПИИ «Забайкалжелдопроекта»,
e-mail: Shehtmane@yandex.ru;
Панков Павел Павлович - аспирант,
Забайкальский институт железнодорожного транспорта,
филиал Иркутского государственного университета путей сообщения.
UDC 622.583:625.7/8:624.139 CRYOTROPIC POLYMERIC MATERIALS FOR GROUND WATER CUTOFF CONSTRUCTION
Sigachev N.P., Doctor of Technical Sciences, Director,
Konnov V.I., Candidate of Technical Sciences, Dean, e-mail: konnovvi54@mail.ru, Konovalova N.A., Candidate of Chemical Sciences, Assistant Professor,
Transbaikalian Railway Transport Institute, a branch of Irkutsk State Railway Transport Engineering University; Shekhtman E.V., Director of Zabaikalzheldorproekt, e-mail: Shehtmane@yandex.ru; Pankov P.P., Graduate Student,
Transbaikalian Railway Transport Institute, a branch of Irkutsk State Railway Transport Engineering University.
In the article the results of research cryotropic polymeric materials. Properties of these materials were researched. It can be used for the construction of ground water cutoff. The main task of ground water cutoff to exclude the admission of pressure and non-pressure underground water in the body and base structures. Developed in the TRANS-Baikal Institute of railway transport polymer materials are environmentally friendly.
Key words: cryotropic polymeric materials, ground water cutoff, permafrost, environmental safety.
REFERENCES
1. Sigachev N.P., Konovalova N.A., Pankov P.P. Fundamental'naya nauka i tekhnologii perspektivnye razrabotki: Materialy II mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Fundamental science and technology of advanced development: Materials of the II international scientific-practical conference), Moscow, 2013, vol. 2, pp. 118-120.
2. Bedrin E.A. Vestnik SibADI, no 2(20), 2011, pp. 15-21.
3. Vdovin E.A., Mavliev L.F., Stroganov V.F. Vestnik SibADI, no 1(29), 2013, pp. 52-57.
4. Burgonutdinov A.M., Tyakina R.N. Modernizatsiya i nauchnye issledovaniya v transportnom kom-plekse (Modernization and scientific research in the transport sector), 2013, vol. 3, pp. 55-59.
5. El'chaninov E.A., Sigachev N.P., Konnov V.I., Shekhtman E.V., Korobko S.M. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten'. 2014, no 4, pp. 86-90.
6. Ivanov S.P. Akademicheskii zhurnal Zapadnoi Sibiri. 2012, no 4, pp. 6-7.
7. Semashkin K.V. Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. 2011, no 4(24), pp. 137-143.
8. Lupachev O.Yu. Gidrotekhnika. 2009, no 1(14), pp. 71-75.
9. Chumaganov A.P., Sirota Yu.L. Gidrotekhnika. 2009, no 2 (15), pp. 79-81.
10. Glebov N.V. Nauchnyi vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo gornogo universiteta. 2011, no 9, pp. 9-15.
11. Kulikova E.Yu. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten'. 2009, no 6, pp. 128-130.
12. Konovalova N.A., Pankov P.P. Teoriya i praktika sovremennoi nauki: Materialy ХП mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii (Theory and practice of modern science: Materials of the XII international scientific-practical conference), Moscow, 2013, vol. 1, pp. 130-133.
_ ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ В СОВРЕМЕННОЙ СИСТЕМЕ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
Кожарский Павел Валентинович - соискатель кафедры, Зайцева Диана Игоревна - аспирант, e-mail: shuga-diana@mail.ru, Череповицын Алексей Евгеньевич - доктор экономических наук, профессор, Смирнова Наталья Владимировна - кандидат экономических наук, доцент, Ильинова Алина Александровна - кандидат экономических наук, ассистент, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», e-mail: rectorat@spmi.ru; Шейкин Артем Геннадьевич - кандидат экономических наук,
Санкт-Петербургский университет управления и экономики, е-mail: rector@spbume.ru.
Обоснованы принципов устойчивого развития макро- и микроэкономических систем в условиях современных требований развития мировой экономики. Обеспечение устойчивого развития топливно-энергетического комплекса (ТЭК) предполагает поддержание эффективной системы менеджмента и контроллинга предприятия, механизмов регулирования и взаимодействия государства и бизнеса, эко-логосбалансированного функционирования отраслей ТЭК, рационального недропользования.
Ключевые слова: угольный холдинг, система контроллинга, функции управления, сырьевая база углеводородов, организационно-экономический механизм, рентабельность, устойчивое развитие, технологии захвата и захоронения, нефтегазовый комплекс, малый бизнес; нефтяной сектор.
ECONOMIC ASPECTS OF SUSTAINABLE DEVELOPMENT IN THE MODERN SYSTEM OF THE FUEL AND ENERGY COMPLEX
Kozharskiy P. V, Applicant; Zaytseva D.I., Graduate Student; Cherepovitcyn A.Е., Doctor of Economic Sciences, Professor; Smirnova N.V., Candidate of Economic Sciences, Associate Professor; Il'inova A.A., Candidate of Economic Sciences, Assistant - National Mineral Resource University «University of Mines». Sheikin A.G., Candidate of Economic Sciences, Saint-Petersburg University of Management and Economics.
The aim of the articles is to substantiate the principles of sustainable development at both the micro and the macro level in terms of modern requirements of the global economy. Sustainable development of the fuel and energy complex involves maintaining of an effective management and controlling system of enterprise, control mechanism and interaction between government and business, environmentally balanced functioning of the fuel and energy industries, sustainable mining.
Key words: coal holding, controlling system, control functions, the resource base of hydrocarbons, the organizational-economic mechanism, profitability, sustainability, technology capture and storage, oil and gas complex, small business, the oil sector.
