CC BY
25
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Быкова Н.М., СозиновВ.В., ГабитовР.Ш., Шемякин И.С, Пыхтеев Ю.В., Дьяченко А.А.
УДК693.546
ПРОБЛЕМЫ СОДЕРЖАНИЯ ПУТИ В СЕВЕРО-МУЙСКОМ ТОННЕЛЕ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ
Содержание пути регламентируется нормами [1]. Проблемы содержания пути в Севе-ро-Муйском тоннеле связаны с отрывом шпал и путевых блоков от бетонного основанияпро-садок рельсовой колеи. С одной стороны, прямой план, профиль 6%0 - 7%о, 15-километровый бесстыковой «бархатный» путь на железобетонных шпалах должны были обеспечить гарантированный ресурс поездопотоков без отказов. Но, спустя два месяца после ввода в эксплуатацию тоннеля на западном участке были оторваны - «отрясены» от монолитного путевого бетона шпалы, чуть позже на восточном участке - путевые блоки, в результате чего скорость движения поездов была ограничена. Для восстановления проектных условий оперативно проведено лечение шпал и блоков, сняты ограничения скоростей, создана независимая экспертная комиссия, которая в ходе изучения состояния вопроса пришла к следующим выводам о причинах проявленных повреждений [2].
Появление повреждений в путевом бетоне и смежных конструкциях (отрясенных шпал - 1.4 % от общего числа шпал и отрыва путевых блоков - 3,0 % от общей длины пути в тоннеле по состоянию на 20.06.2005 г.) вызвано совокупностью следующих выявленных факторов:
-повышенная обводненность тоннеля, оказывающая негативное воздействие на элементы ВСП, особенно на путевой бетон и бетон обратного свода в зоне их контакта;
-необеспечение нормативного отклонения рельсовых нитей от проектного положения в профиле и связанные с этим повышенные динамические воздействия на элементы верхнего строения пути (ВСП) на участках «отрясённых» блоков по состоянию на 2004-2005 г.г.;
- повышенная жёсткость верхнего строения пути в тоннеле по сравнению с балластной конструкцией;
-низкая адгезия путевого бетона к бетону обратного свода (необеспечение марки по водонепроницаемости, неоднородность бетона, наличие посторонних включений в холодных швах между бетоном обратного свода и путевым бетоном и т.д.) на отдельных участках тоннеля, где проявляется фильтрация подземных вод по холодному шву;
-недостаточная изученность влияния на работу конструкций тоннеля и ВСП сложных геодинамических воздействий (высокая сейсмичность района, наличие и активность тектонических разломов, сложная гидрогеологическая обстановка, проектирование объекта при неполном объеме инженерно-геологических изысканий);
-недостаточность нормативной базы по проектированию, строительству и эксплуатации безбалластной конструкций верхнего строения пути и, в частности, путевого бетона в тоннелях.
С учетом выполненных исследований за период 2003 - 2006 г.г., отраженных в предыдущих разделах, можно уточнить механизм появления деформаций конструкций ВСП. Характер работы любой конструкции определяется статикой и динамикой внешних воздействий, а также, состоянием материалов и конструкций, отвечающим этой работе.
С точки зрения статики, свой вклад вносит неоднородная пространственная работа тоннеля в горной перемычке, испытывающего вертикальный и горизонтальный изгиб [3]. Растяжение в зоне 40 пикета западного участка привело к образованию поперечных трещин по контакту шпал и путевого бетона. Высокие продольные силы в рельсах, связанные со статическим изгибом тоннеля и повышен-
МЕХАНИКА. ТРАНСПОРТ. МАШИНОСТРОЕНИЕ
0
ной просадочностью отдельных участков, а также, температурными воздействиями и неравномерностью натяжения клеммных болтов, приводят в движение участки рель-со-шпальной решетки, отрывая ее от бетона обратного свода и образуя продольные трещины по бокам путевых блоков. Дальше свой вклад вносит вибропоездная динамика, гидроудары по контакту между путевым бетоном и бетоном обратного свода, включается механизм износа того же контакта и регистрируются миллиметровые просадки. Снижение жесткости пути за счет более упругих скреплений, таких как ОП-105, или замены резиновых прокладок, может замедлить процессы, но не исключить.
Такие выводы были получены в результате дополнительных обследований и расчетов. Просадочность пути прогнозируется в дальнейшем в связи с тектоническими закономерностями формирования рифтовых впадин за счет медленного проседания деструкции горных перемычек, коррозионными процессами в бетоне основания пути и образованием полостей над обводненными трещиноватыми породами разломных зон и в результате механического износа разъединенных контактов путевого бетона и бетона обратного свода при движении поездов.
Контроль натяжения клеммных болтов скрепления КБ-65 специальным моментным тарированным ключом по всей длине тоннеля через километр по десять шпал в сечении показал, что все клеммные болты натянуты с моментом затяжки ниже нормативного 150-200 Нм и неоднородно по длине тоннеля, встречаются участки с неработающими болтами до 5-8 подряд. Наличие лопнувших двухвитковых шайб клеммных болтов может быть следствием того, что гайки клеммных болтов были раннее перетянуты, то есть, момент затяжки был больше нормативного. Нестабильность натяжения гаек клеммных болтов может привести к дополнительной нагрузке на путь в результате возникновения вибрации рельсов и узлов рельсовых скреплений под поездом. Истирание нашпальных и подрельсовых прокладок рельсовых скреплений говорит о высокой вертикальной жесткости узлов рельсовых скреплений и является следствием возникновения повышенного вертикального воздействия на путь при проходе поездов. Складывается впечатление, что раскрутка болтов сама по себе является отказом в результате действия не-
равномерных статических и динамических сил. Снижение момента затяжки ослабляет жесткость пути, но наличие участков сильно затянутых и ослабленных болтов создаетусло-вия для неравномерных деформационных процессов в рельсах.
Анализ изменения температуры в тоннеле по данным АСУ ТП СМТ показывает, что годовая температура колеблется в пределах 5 градусов в тоннеле и пределах 10 градусов на припортальных участках. Во все времена года температура изменяется по длине тоннеля за сутки на 1-3 градуса, в припортальных участках зимой на 8-12 градусов, весной - осенью 4-6 градусов, летом -два градуса. Это связано с тем, что в зимнем режиме закрываются портальные ворота.
Температурные силы в рельсах на 1 м при изменении температуры на 1 градус равны N = 41 кН. При этом согласно /1/ рельсовое скрепление КБ65 должно обеспечивать погонное сопротивление продольным перемещениям рельсов не менее Рскр =25-30 кН. Сила трения путевого блока длиной 1 м по бетону обратного свода без анкеровки составляет Ртр =30 кН. Таким образом, температурные силы, создающие неравномерные продольные силы в рельсах, превышают силы сопротивления путевого бетона.
Теплопроводность бетона X =(0,7-1,2) Вт/м-к - бетон плохой проводник тепла. Теплопроводность стали X = 47 Вт/м'к - сталь хороший проводник тепла. Рельсы быстро воспринимают изменение температуры воздуха в тоннеле, бетон - в 50 раз медленнее. Следовательно, изменение в течении суток температуры воздуха в тоннеле даже на 1 градус может вызвать отрыв блоков путевого бетона от нижней бетонной плиты. Продольная погонная сила в рельсах пропорциональна изменению температуры воздуха в тоннеле N - N и пропорциональна длине пути с незакрепленными или ослабленными скреплениями. Таким образом, из трех сил N, Рскр, Ртр продольная сила N может быть намного больше.
Содержание пути в таких условиях должно предусматривать следующие технические решения. Для обеспечения безопасности и бесперебойности перевозок в случае появления просадок и отрыва шпал и путевых блоков следует срочно восстановить работоспособность поврежденных участков пути. С
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
целью снижения вероятности появления подобных отказов необходимо:
-поддерживать нормативное равномерное натяжение клеммных болтов рельсовых скреплений;
-обеспечить герметизацию лотков, исключив возможность попадания воды под путевой бетон;
-в соответствие с полученными геофизическими данными восстановить сплошность и герметичность бетона основания пути (ПБ и БОС);
-продолжить наблюдения за деформациями тоннельных конструкций и конструкций ВСП вдоль тоннеля для изучения дальнейшего характера работы тоннеля;
-осуществлять контроль состава и объемов притоков подземных вод, выявить скорости и механизм протекания коррозионных процессов основания пути;
-продолжить геодезический контроль положения пути в плане и профиле.
В случае ускоренного развития просадоч-ных процессов необходимы более эффективные и дешевые ремонтные технологии, не требующие многочасовых «окон» - перерывов движений поездов.
Для существующей конструкции пути в тоннеле разработан проект и применяется
следующая технология ремонтно - восстановительных работ. Подъемка до проектных отметок проседающих путевых блоков 3 осуществляется с помощью специального устройства - сборной конструкции из продольных и поперечных двутавровых балок и реечных домкратов (рис. 1,2). Подготовительные работы выполняются в 2-3 часовые перерывы движения поездов - "окна". Основные работы производятся в "окно" продолжительностью 14 часов.
Во время подготовительных работ из лотков 8 в пределах ремонтируемого участка отводится вода, лоток очищается, для ремонта контактной зоны между банкеткой 10 лотка и бетоном обратного свода 4, со стороны пути, устанавливается опалубочная доска 18. Для закрепления продольных балок, в путевом бетоне, между шпал, с наружной стороны колеи бурятся шпуры 7 диаметром 32 мм длиной 270 мм, устанавливаются клино-щелевые анкера, которые заливаются специальным быстрос-хватывающимся раствором "стримсмесь". Для выполнения инъекционных работ по контакту между бетоном обратного свода и путевым бетоном и устройства поперечных завес бурятся шпуры 17 042 мм длиной 600 мм. Производится монтаж продольных балок 11.
Рис. 1. Способ ремонта основания железнодорожного пути тоннеля.
МЕХАНИКА. ТРАНСПОРТ. МАШИНОСТРОЕНИЕ
0
Рис. 2. Способ ремонта основания железнодорожного пути тоннеля.
Основные работы выполняются в длительное «окно» и включают монтаж поперечных балок 12, крепление их с помощью хомутов к продольным балкам 11, установку домкратов 13 под каждую поперечную балку. Ремонтируемый блок по всей длине устанавливается с помощью геодезических инструментов на проектную отметку. Для обеспечения ограничивающего непроницаемого контура выполняются работы по созданию продольных и поперечных завес замкнутыми сегментами. Продольные завесы устраивают на границе банкетки лотка и бетона обратного свода путем заливки раствора 19 «стримплаг» в приготовленную ранее опалубку 18. Шпуры 17 по 7 штук на равном расстоянии в одном шпаль-ном ящике образуют поперечные завесы, отделяющие друг от друга участки длиной 3-4м для нагнетания основного лечебного раствора. Для устройства завес в эти шпуры нагнетается быстрос-хватывающийся раствор «стрим-смесь» ручным насосом. Быстросхваты-
ваю-щиеся растворы «стримплаг» и «стрим-смесь» твердеют в течение одного часа.
Нагнетание основного лечебного раствора производится насосом по схеме до давления 0,5 МПа, снизу вверх до выхода раствора из соседних шпуров или до получения отказа. Одновременно и с некоторым опережением нагнетаетсяраствор «стримсмесь» в шпуры 17 поперечных завес последующих сегментов. После основного нагнетания в последний шпур основной лечебный раствор набирает прочность в течение 6 часов.
На завершающем этапе разбирается конструкция, проверяется положение пути в плане и профиле, вывозится или складируется оборудование для следующего участка работы. На период 7 дней па отремонтированном участке ограничивается скорость движения поездов.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути /ЦП-774.- 2000. - 223 с.
2. Заключение по независимой экспертизе состояния путевого бетона верхнего строения пути Северо-Муйского тоннеля БАМ. - Северомуйск-2005.
3. Быкова Н.М., Исайкин А.С., Моргунов А.Н., Зайнагабдинов Д.А. Измерения деформаций в стенах обделки и путевом бетоне Северо-Муйского тоннеля с использованием фотоупругих датчиков //Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2007. - № 1 (13). С. 69-74.
