CC BY
35
УДК 625.1:625.7
Е. А. Кравченко1, А. Л. Исаков2, Ц. Лю3, С. Ли4
1 Гонконгский университет науки и технологий (HKUST), Гонконг, САР КНР; 2 Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС), г. Новосибирск, Российская Федерация;
3 Университет имени Сунь Ятсена, г. Чжухай, КНР;
4 Пекинский транспортный университет, г. Пекин, КНР
ПРОБЛЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ЖЕЛЕЗНЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В ХОЛОДНЫХ РЕГИОНАХ КИТАЯ
Аннотация. Основной инженерной проблемой, связанной с деградацией вечной мерзлоты и циклическим промерзанием-оттаиванием сезонной мерзлоты, является снижение несущей способности инженерных сооружений за счет деградации основных физико-механических свойств грунтов насыпи и основания. Циклическое изменение температуры приводит к регулярному промерзанию-оттаиванию грунта, в результате чего происходят такие виды деформаций, как пучение при промерзании и осадка при оттаивании. Целью данной работы является освещение новых сведений о комплексных мероприятиях по стабилизации земляного полотна железных и автомобильных дорог в холодных регионах Китая. В работе рассмотрены такие меры, как термосифонная стабилизация, каменная наброска, установка вентиляционных труб и укладка термоизоляционных плит, а также описываются недостатки существующих мер стабилизации температурного режима насыпи и ее основания. Рассмотрена основная транспортная сеть Цинхай-Тибетского плато, включающая в себя железную дорогу Цинхай-Тибет и четыре автомагистрали. В качестве объекта исследования численного моделирования был выбран экспериментальный участок скоростной автомагистрали Ушу-Синин на Цинхай-Тибетском плато; проведен численный расчет температурных полей и полей объёмной влажности грунтов насыпи и ее основания для типового сечения насыпи и насыпи с каменной наброской на 10-й год эксплуатации. Расчеты проводились на базе программного комплекса «Freeze-Cold», специально разработанного для инженерных расчетов процесса промерзания и оттаивания грунтов. Расчет показал, что каменная наброска позволяет снизить площадь оттаивания грунта, поднимая верхнюю границу мерзлого грунта, способствует снижению деградации мерзлого грунта, что в конечном итоге положительно сказывается на несущей способности всего инженерного сооружения. Анализ собранных данных и результатов расчета позволяет сделать вывод об эффективности применения каменной наброски толщиной 0,8 м в качестве теплоизолирующего материала для поддержания стабильности теплового режима насыпи на мерзлом грунте в рассматриваемом регионе Цинхай-Тибетского плато.
Ключевые слова: дорожное строительство, вечная мерзлота, земляное полотно, методы стабилизации, численное моделирование.
Ekaterina A. Kravchenko1, Aleksandr L. Isakov2, Jiankun Liu3, Xu Li4
1 The Hong Kong University of Science and Technology (HKUST), Hong Kong, Special Administrative Region, China;
2 Siberian Transport University, Novosibirsk, the Russian Federation;
3 Sun Yat-Sen University, Zhuhai, China; 4 Beijing Jiaotong University, Beijing, China
PROBLEMS OF STABILIZING THE SUBGRADE OF RAILWAYS AND HIGHWAYS
IN COLD REGIONS OF CHINA
Abstract. The main engineering problem associated with the degradation ofpermafrost and cyclic freezing-thawing of seasonal permafrost soils is a decrease in the bearing capacity of engineering structures due to the degradation of the main physical-mechanical properties of the embankment soils. The cyclical change in temperature leads to regular freezing-thawing of the soil, as a result of which such types of deformations occur as heaving during freezing and settlement during thawing. The purpose of this work is to highlight new information about complex measures to stabilize the subgrade of railways and highways in the cold regions of China. The paper considers such measures as thermosiphon stabilization, rock fill, installation of ventilation pipes and laying of thermal insulation boards. This paper also describes the disadvantages of existing measures for stabilizing the temperature regime of the embankment and its base. Considered the main transport network of the Qinghai-Tibet plateau, including the Qinghai-Tibet railway and four highways. The experimental section of the Wushu-Xining expressway on the Qinghai-Tibet plateau was chosen as the object of the study of numerical modeling; a numerical calculation of the temperature and moisture content fields of the typical embankment was carried out, as well as numerical calculation of the embankment with rock fill for the 10th year of operation. The calculations were carried out on the basis of the «Freeze-Cold» software package specially developed for engineering calculations of the freezing and thawing process in soils. The calculation showed that rock fill allows to reduce the area of the soil thawing, raising the front offrozen soil, helps to reduce the degradation offrozen soil, which ultimately has a
positive effect on the bearing capacity of the entire engineering structure. Analysis of the collected data and calculated values allows to conclude that the use of rock fill of 0,8 meters depth as an insulating material to maintain the stability of the thermal regime of the embankment on frozen ground in the considered region of the Qinghai-Tibet Plateau. Keywords: road construction, permafrost, subgrade, stabilization methods, numerical model.
Для масштабного хозяйственного освоения холодных регионов Китая уже эксплуатируется и продолжает развиваться транспортный каркас, состоящий из Цинхай-Тибетской железной дороги и стратегических автомобильных дорог Цинхай-Тибет, Сычуань-Тибет, Синьцзян-Тибет и высокоскоростной автомобильной дороги Гонгюй. Согласно планам развития сети высокоскоростных железных дорог Китая «Восемь вертикалей» и «Восемь горизонталей» (рисунок 1), протяженность высокоскоростной железной дороги увеличится до 50 тыс. км. Китайская инициатива «Шелковый путь», включающая в себя строительство железной дороги в регионах вечной и сезонной мерзлоты, является основополагающим проектом в направлении развития интеграции евразийских стран. Именно по причине экономической и социальной важности ведения полноценной деятельности в регионе проектирования «Шелкового пути» в последнее время применяются инновационные технологичные решения и усовершенствуются уже имеющиеся меры по стабилизации земляного полотна в суровых климатических условиях.
Примерно 23 % от общемировой площади суши составляют мерзлые грунты. Площадь сезонномерзлых грунтов Китая составляет 53,5 % от площади суши страны. Большая часть мерзлого грунта в Китае представлена высокотемпературным мерзлым грунтом низких и высоких широт Цинхай-Тибетского плато и мерзлым грунтом низких и средних широт на северо-востоке страны. Формирование Цинхай-Тибетского плато в основном связано со столкновением и сжатием континентальных плит Евразии и Индии. Из-за последовательных поднятий Цинхай-Тибетское плато стало самым большим и самым молодым плато на Земле. Геотехническое районирование КНР характеризуется еще и тем, что Цинхай-Тибетское плато - это центральная часть территории, которая с запада на восток ступенчато понижается и соединяется с впадиной Тихого океана [2]. По сравнению с вечной мерзлотой в высоких широтах Северо-Восточного Китая, Сибири и Северной Америки вечная мерзлота на Цинхай-Тибетском плато имеет выраженную нестабильность и более сильную реакцию на климатические изменения [1].
¡Still-
""¡пЧКК
«9§iB
линия Маньчжурия ■ Пекчр-Лячьчжлу Цинъинс.
Урумчи-J 1ян ьюн ьган Линч я <Bioni iw к»
Ш ШаНИЙКуНКИИН
Я Сямэнъ-Нунции Гуанчягпу-Куньмнн
Ё59
* Е
it-
ц
'Ж
¡¡Ш
ЯЙ
№
т
Рисунок 1 - Карта проекта «Восемь горизонталей» (а) и «Восемь вертикалей» (б)
Цинхай-Тибетская железная дорога считается самой длинной на нагорье и самой высокогорной железной дорогой в мире. Она соединяет г. Синин в провинции Цинхай и г. Лхаса в Тибетском автономном районе. Общая длина железнодорожной линии составляет 1956 км, а средняя высота - свыше 4000 м над уровнем моря. Строительство этой железной дороги успешно решило три основные задачи строительства железных дорог в мире: строительство
б
а
железной дороги на мерзлом грунте; работа в условиях высокогорной гипоксии; защита уникальной окружающей среды.
Первая задача включает в себя технологические решения на этапе проектирования и строительства, а также мероприятия по стабилизации земляного полотна после введения в эксплуатацию. Исследования вечной мерзлоты на Цинхай-Тибетской железной дороге основаны на опыте строительства на мерзлых грунтах автомобильной дороги Цинхай-Тибет, нефтепровода Цинхай-Тибет, прокладки магистральной оптической кабельной линии Ланьси [3]. В настоящее время китайскими учеными были приняты следующие меры:
замена наземного расположения железной дороги «сухими мостами» - эстакадными переходами (рисунок 2), что, с одной стороны, позволяет избежать строительства насыпей на трудностабилизируемых льдистых участках местности и, с другой стороны, способствует беспрепятственной миграции животных и произрастанию растительности;
вентилируемое земляное полотно, реализованное вентилируемыми трубами с автоматическими или механическими затворами. Закладка гофрированных труб в тело насыпи способствует увеличению поверхности контакта между воздухом и телом насыпи, что дает возможность климатическим характеристикам Цинхай-Тибетского плато достичь цели активного охлаждения фундамента вечной мерзлоты. Полевые испытания показывают, что вентиляционная труба должна быть установлена в нижней части земляного полотна на расстоянии 1 ~ 1,5 м от поверхности земли, а расстояние между трубами должно составлять 1,6 ~ 2,0 м при диаметре трубы 0,3 ~ 0,4 м;
б
Рисунок 2 - Эстакадный участок Цинхай-Тибетской железной дороги
защита откосов земляного полотна каменной наброской, способствующей активному снижению температуры вечной мерзлоты и одновременно регулирующей асимметрию температуры искусственной верхней границы земляного полотна. Поскольку солнечный склон насыпи поглощает больше тепла, чем тенистый склон, что приводит к разной глубине залегания вечной мерзлоты на склоне насыпи, то осадка солнечного склона больше, чем у тенистого, что в итоге вызывает наклон насыпи и образование продольных трещин. Каменная наброска на откосах насыпи участка вечной мерзлоты Цинхай-Тибетской железной дороги представлена на рисунке 3;_
а б
Рисунок 3 - Каменная наброска на откосах насыпи железной дороги
ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 2(46)
=
Термосифоны - устройства для терморегуляции грунта с помощью теплоносителя, циркулирующего под действием силы тяжести. В условиях вечной мерзлоты термосифон решает главную задачу охлаждения массива многолетнемерзлого грунта. Установка термосифонов происходит как вертикально, так и под углом к вертикальной оси (рисунок 4).
Таким образом, решение первой задачи затрудненного строительства сводится к комплексу мер по стабилизации земляного полотна с помощью различных инженерных решений.
Во время строительства железной дороги с 2001 по 2005 г. приблизительно 140 тыс. рабочих должны были работать в условиях сильной гипоксии [4]. Решение второй задачи - нехватки кислорода, которая влияет на работу персонала, свелось к регулярным поставкам на плато больших кислородных генераторов, чтобы обеспечить достаточным количеством кислорода рабочую бригаду, строившую туннели Цинхай-Тибетской железной дороги. В то время содержание кислорода в тоннелях было эквивалентно содержанию кислорода на высоте 1000 м над уровнем моря.
а
Рисунок 4 - Термосифоны на экспериментальных участках железных дорог Китая: а - наклонные термосифоны; б - вертикальные термосифоны, установленные в два ряда
Что касается третьей задачи, то Китайская Народная Республика инвестировала более 2 млрд юаней только в охрану окружающей среды, что составляет 8 % от общего объема инвестиций в проект. В 2008 г. проект Цинхай-Тибетской железной дороги был оценен Министерством охраны окружающей среды как «Экологически безопасный национальный проект» [5]. Охрана окружающей среды в зоне инженерных сооружений и полосе отвода осуществляется специально учрежденным органом экологического надзора. На основе дистанционного зондирования и базы географических информационных технологий, при поддержке программного обеспечения дистанционного зондирования ERDAS, ENVI, IDL и программного обеспечения GIS ARCGIS, основанного на продукте индекса растительности GIMMS-NDVI спутника NOAA США и MODIS-NDVI данных EOS, MODIS-LST и радарного спутника периодически дается оценка состояния растительного покрова и миграции животных как вдоль Цинхай-Тибетской железной дороги, так и Цинхай-Тибетского плато в целом [6].
Три автомобильные дороги Цинхай-Тибет, Сычуань-Тибет, Синьцзян-Тибет и скоростная автомагистраль Гонгюй создают базовый каркас автомобильной транспортной сети в холодном регионе Китая. По данным 30-летних наблюдений и исследований на автодороге Цинхай-Тибет проанализированы основные типы и характеристики заболеваний земляного полотна и слоев дорожной одежды в районах вечной мерзлоты в разные периоды времени. Анализ заболеваний земляного полотна выявил, что на фоне глобального потепления температура подстилающего мерзлого грунта под слоями дорожной одежды поднимается, верхняя граница мерзлого грунта опускается и в итоге мерзлый грунт деградирует и разупрочняется [7]. 528 км
трассы Цинхай-Тибет пересекает район вечной мерзлоты на Цинхай-Тибетском плато, половина протяженности этого участка подвержена периодическому неравномерному замерзанию-оттаиванию земляного полотна, вызванному эффектом «солнечно-тенистого склона», особенно в регионе Южный Танглха. Исследования показали, что до 60 % повреждений имели асимметричный характер, в основном включающий в себя неравномерную деформацию при оттаивании и продольные трещины [8]. Для снижения уровня воздействия солнечного тепла и антропогенного воздействия при строительстве земляного полотна автодороги Цинхай-Тибет использовались теплоизоляционные пенополистирольные плиты, которые способствуют сдерживанию деградации мерзлого грунта [9]. Для повышения морозоустойчивости дорожного покрытия применяются также специальные присадки к асфальтовым смесям и армирующие материалы для предотвращения появления трещин.
Как при стабилизации земляного полотна железной дороги Цинхай-Тибет, так и на одноименной автодороге применяются термосифоны для активного замораживания грунта в зимний период ниже границы сезонного оттаивания-промерзания там, где сформировались так называемые талики - области талого грунта, не замерзающего в холодное время года [10]. Термосифоны устанавливаются только на особо проблемных участках и часто несут практическую пользу и служат исследовательской базой для многих ученых. Так, группа ученых изучила влияние угла наклона установки термосифона и расстояния между термосифонами на конечный результат температурных полей земляного полотна, а также создала ряд численных прогнозных моделей изменения температурного режима земляного полотна и его основания [11]. Результаты численного моделирования показывают хорошую сходимость с натурными полевыми исследованиями. Эти результаты также свидетельствуют о том, что использование двухфазных закрытых термосифонов в сочетании с другими инженерными методами, такими как теплоизоляционные плиты, каменная наброска и т. д., может быть более эффективным инженерным решением для обеспечения стабильности земляного полотна в регионах с неравномерной деградацией вечной мерзлоты.
Синьцзян-Тибетское шоссе, соединяющее Йеченг, Синьцзян и Лхасу, протяженностью 2269 км поднимается на пять гор высотой более 5 тыс. м, на 44 ледника и проходит сотни километров по нейтральной полосе. Согласно анализу данных трудностями эксплуатации проектов в гористой местности являются сильное обледенение проезжей части, обочин и откосов земляного полотна, селевые потоки, оползни и обвалы [12]. На железных дорогах КНР также широко применяются гравитационные подпорные стены, а для решения геотехнических задач появился ряд новых удерживающих сооружений: подпорные стены с анкерными плитами, подпорные стены на свайных фундаментах, армирогрунтовые подпорные сооружения, подпорные стены с предварительно напряженными якорными канатами и укрепление откосов решетчатыми покрытиями [13]. На данных линиях удерживающие сооружения применяются в комплексе с усиленными мерами по водоотведению и снегоочистке, а также теплоизоляционными материалами на участках мерзлого грунта с угрозой деградации.
Численное моделирование изменения температурных полей насыпи с использованием каменной наброски. В качестве объекта для численного моделирования был выбран экспериментальный участок скоростной автомагистрали Ушу-Синин на Цинхай-Тибетском плато. 227,7 км этой трассы проходит в районе вечной мерзлоты, большая часть которой представляет собой высокотемпературную нестабильную вечную мерзлоту. По данным метеостанции с 1999 по 2018 г. известно, что максимальная скорость ветра составляет 34 м/с, а среднегодовая - 3,2 м/с; направление ветра в основном северо-западное; среднегодовое и максимальное годовое количество осадков составляет 323,7 и 585,5 мм соответственно [15]. Максимальная толщина снежного покрова на открытом пространстве с учетом выдувания ветром - 0,2 м. При этом основную проблему создают снежные отложения, скапливающиеся с подветренной стороны дорожной насыпи, способствующие деградации многолетнемерзлых грунтов основания земляного полотна за счет отепляющего эффекта.
Расчетная модель представляет собой насыпь высотой 3,5 м с отсыпкой земляного полотна наполнителем групп А-В по классификации грунтов КНР. Такие наполнители представляют собой качественную смесь местного крупнозернистого грунта и песка с содержанием мелких частиц размером 0,075 мм не более 15 %. Характеристики материалов, используемые при моделировании, получены из лабораторных и полевых экспериментов, проведенных научной группой Пекинского транспортного университета [16].
Рассмотрим два варианта сечения насыпи: типовая насыпь и насыпь с каменной наброской высотой 1 м и длиной 1,7 м вдоль основания, как изображено на рисунке 5. Для иллюстрации влияния снежного покрова на глубину оттаивания грунтов основания земляного полотна слева от насыпи оставлена область, свободная от снега. В таблице 1 приведены среднемесячные значения температуры воздуха, взятые из данных местной метеостанции, что в совокупности с расчетными значениями так называемых температурных поправок на солнечную радиацию дает первое граничное условие теплофизической задачи на дневной поверхности.
13 м
3,5 м
Каменная наброска
ШЙ^КШ ШШШ :.......иг :;:.::: : !'.;::;:;:; .7 ;..:; ::.;:. ;!:;: ;!;:; :п;
. ... . .:.....;.. . .:. ... 4 М : Е ■ . * ИЛИСТЫ И ■ ■ ::: .:.....; .
• ' • : ' . ■ : : . . . : ..:..:.:.....:.. ..... : : .
■ .......' ... '.-.■..-.—- ..-. ■ -— . ............. .. ■' .л..-.- ■■.■.■■■..■ '.¿.—: ■-.-■■■ .-. ..
Рисунок 5 - Базовая схема насыпи с каменной наброской и снежным отложением
Таблица 1 - Среднемесячные значения температуры воздуха
Месяц I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Температура воздуха, °С -18,4 -17,7 -12,3 -7,4 -0,2 8,6 17,2 14,4 5,3 -4,9 -10,0 -15,6
Вторым граничным условием задачи является температура мерзлого грунта на глубине годовых нулевых амплитуд, которая принята равной минус 1 °С. В таблице 2 представлены следующие значения: плотность твердых частиц р5, коэффициент пористости e, влажность Ж, удельная теплоемкость твердых частиц Си и С^ в талом и мерзлом состоянии соответственно, а также коэффициент теплопроводности материла в талом и мерзлом состоянии Хи и Х^ соответственно.
Таблица 2 - Теплофизические характеристики материалов модели
Наименование материала Расчетные характеристики
глубина залегания, м Рз, кг/м3 e Ж с Дж/(кг-°С) Дж/(кг-°С) Вт/(м-°С) Вт/(м^ °С)
Асфальтобетон и щебеночно-
песчано-гра- 3,5 ~ 2,75 2200 0,6 0,04 1400 1350 1,1 1,47
вийная смесь
(ЩПГС)
Грунт группы А-В 2,75 ~ 0,5 1800 0,5 0,12 1250 1025 0,87 0,89
Щебень 0,5 ~ 0 2500 0,5 0,02 1050 1050 0,79 0,79
Илистый песок 0 ~ -4 2600 0,5 0,10 1200 1130 1,2 1,23
Суглинок -4 ~ -7 2700 0,6 0,19 1400 1280 0,9 0,96
Каменная
наброска 1 ~ 0 2700 0,6 0,02 1050 1050 0,79 0,79
(щебень)
Таблица 3 - Помесячное распределение параметров снежного покрова и его толщины на открытом пространстве
Месяц р, кг/м3 Ло, Вт/(м-К) ^, м
Ноябрь 200 0,13 0,06
Декабрь 240 0,17 0,12
Январь 280 0,21 0,14
Февраль 300 0,27 0,16
Март 360 0,33 0,2
Апрель 400 0,4 0,1
Решение задачи Стефана с подвижными границами фазовых переходов, описывающее динамику полей температуры грунта с указанными выше граничными условиями, было реализовано с помощью разработанной для этой цели программы «Freezе-Cold» [17]. На рисунке 6 представлены результаты расчета полей объемной влажности грунтов насыпи и ее основания без каменной наброски на 10-й год эксплуатации в апреле и октябре соответственно. Масштаб изображений задан координатной сеткой размером 1x1 м. Поле объемной влажности грунта, изменяющейся в пределах от 0 до 1, является наиболее информативным для наглядного представления областей талого грунта, которые отчетливо выделяются на фоне мерзлого грунта с содержанием незамерзшей воды, не превышающим 10 %. На рисунке 6 видна зона талого грунта, не замерзающая в течение всего года и образовавшаяся вследствие отепляющего действия снега в зимний период. К 10-му году эксплуатации насыпи глубина талика - области незамерзающего грунта - в течение всего года достигает 3,7 м. Зона под левым откосом насыпи, где снег отсутствует, к концу зимы не имеет участков талого грунта. Глубина сезонного оттаивания грунтов насыпи и ее основания достигает своего максимума к октябрю (рисунок 6, б).
£
а б
Рисунок 6 - Поле объемной влажности грунтов насыпи и ее основания без каменной наброски на 10-й год: а - состояние на 1 апреля; б - состояние на 1 октября
Наличие каменной наброски, как видно из рисунка 7, приводит к существенному снижению площади оттаивающего грунта к концу теплого сезона. Так, на 10-й год эксплуатации земляного полотна наблюдается снижение глубины оттаивания грунта под подошвой насыпи с 3,7 до 1,5 м за счет охлаждающего действия каменной наброски.
Г Г П- — 1-р-р- — _ _ _ — : г п
1 . ] ■ч
: г : ; ! г* гг т '1 .... п ■г _
- - □ - - - ■ тг 1 1 - - ■ ■ □ й щ г = — а - — - р — н н р — = = - =1 ■ 1 1 и | ■ я 1 ■ ■ 1 в 1 1 | ■ Я н
1 ... . . ... ] . р _ ; _ п г •я № 1 _ и ... ... ■ □ ...
г с н > г г _ -
г ■ _ г п .... 'л 1
■ Чг!- и *Л я ■ ■ ■ ■ ¡н ■ ■ ■
■■■■■ ■■■■■ ■ ■ ■ ЕМП ■ ВВВВВВВВВ
■шш ■ ВВВВНВВВВИЙННВВВШ
Рисунок 7 - Поле объемной влажности грунтов насыпи и ее основания с каменной наброской
на 10-й год (1 октября)
На рисунках 8 и 9 представлены результаты расчетов температурных полей земляного полотна и его основания на конец теплого сезона года с каменной наброской и без нее. Из сопоставления приведенных рисунков видно, что градиент температурного поля под зоной снежных накоплений в отсутствие каменной наброски (см. рисунок 8) существенно ниже по сравнению
с другими областями, что является следствием локального опускания границы мерзлоты в этой области.
Рисунок 8 - Температурное поле грунтов насыпи и ее основания без каменной наброски
на 10-й год (1 октября)
Рисунок 9 - Температурное поле грунтов насыпи и ее основания с каменной наброской
на 10-й год (1 октября)
Данный расчет был выполнен по типовому сечению насыпи с каменной наброской автомагистрали экспериментального участка Ушу-Синин на Цинхай-Тибетском плато, а параметры наброски были взяты из ранее опубликованной работы [16]. Очевидно, что каменная наброска является эффективным способом стабилизации температурного режима земляного полотна и его основания, в частности, на снегозаносимых участках. Каменная наброска позволяет снизить площадь оттаивания грунта, поднимая верхнюю границу мерзлого грунта, способствуя снижению его деградации, что в итоге положительно сказывается на несущей способности всего инженерного сооружения. Применение специализированных расчетных комплексов для численного моделирования изменения температуры земляного полотна и его основания при изменяющейся внешней температуре может дать полноценную оценку температурного режима. Однако для достоверных оценок динамики водно-теплового режима любых грунтовых сооружений результаты, полученные расчетным путем, необходимо дополнять данными натурных исследований. Только в этом случае можно полноценно судить об эффективности использования конкретных методов борьбы с деградацией мерзлых грунтов, включая каменную наброску, для полной стабилизации температурного режима грунтовых сооружений в холодных регионах.
Степень эффективности применения различных способов предотвращения деградации многолетнемерзлых грунтов основания земляного полотна существенным образом зависит от конкретных условий их использования. Так, применение термосифонов как сезонно-охлажда-ющих устройств наиболее эффективно при наличии уже сформировавшихся областей незамерзающих грунтов (таликов), существенно удаленных от дневной поверхности. В этом случае их «промораживание» возможно в максимально короткие сроки, в то время как использо-
вание других способов потребует многих лет. Наибольшая эффективность применения каменной наброски имеет место при наличии повышенного снегонакопления с подветренной стороны земляного полотна, поскольку в этом случае она не только является охлаждающей конструкцией, но и снижает толщину снежных отложений, частично замещая собой объем снега в приподошвенной зоне откоса.
Список литературы
1. Су, Д. Геотехническое районирование на железных дорогах Китайской Народной Республики / Д. Су, А. А. Пиотрович. - Текст : непосредственный // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. - 2011. - Т. 2. - С. 166-171.
2. Shi E. Investigation of the stability of the roadway on frozen ground under the influence of train load and freeze-thaw cyclic. Doctor's thesis, Beijing Jiaotong University, Beijing, 2011, 153 p. (на китайском языке).
3. Zhan L., Sun C., Han L. Qinghai-Tibet Railway in permafrost region: construction in conditions of frozen soils. Beijing People's Communications Publishing House. 2011, № 3 (на китайском языке).
4. Wu Tianyi M. D. High-Altitude Medical Research in China: Importance and Relevance. High Altitude Medical Research Institute, Qinghai, China, The American Association for the Advancement of Science, 2012, pp. 3.
5. Wang I. Qinghai Tibet Plateau. Environmental and Wildlife Protection. China Academic Journal Electronic Publishing House. 2016, S863 (на китайском языке).
6. Li Y. Research of the Eco-geological Environment Along of Qinghai-Tibet Railway. Doctor's thesis, Beijing, 2014, 115 p (на китайском языке).
7. Zheng Z. Common Diseases and Prevention Methods of Subgrade in Highway Reconstruction. Transportation World, 2018, 31, pp. 54-55 (на китайском языке).
8. Song Y., Jin L., Peng H., Liu H. Development of thermal and deformation stability of Qinghai-Tibet Highway under sunny-shady slope effect in southern Tanglha region in recent decade. Soils and Foundations, 2020 60(2), pp. 342-355 (на китайском языке).
9. Bian B. Analysis and prevention of subgrade diseases in the permafrost regions of the Qinghai-Tibet plateau. Roads and Bridges, Sichuan Cement, 2019 (2), p. 26 (на китайском языке).
10. Природные бедствия на железных дорогах Китая и защита / Филиал Ассоциации по защите от бедствий Китая при Министерстве железных дорог КНР. - Пекин : Железные дороги Китая, 2007. - Текст : непосредственный (на китайском языке).
11. Zhang M., Lai Y., Zhang J. Numerical study on cooling characteristics of two-phase closed thermosyphon embankment in permafrost regions. Cold Regions Science and Technology, 2011, 65 (2), pp. 203-210.
12. Chen J. Diseases of Sichuan-Tibet highway and treatment measures. Maintenance and Management Department of China Road Society, 2009 (2), pp. 32-43 (на китайском языке).
13. Су, Д. Строительство железных дорог Китая: из XIX в XXI век / Д. Су, А. А. Пиотро-вич. - Текст : непосредственный // Новые идеи нового века : материалы междунар. науч. конф. - Хабаровск : Тихоокеанский гос. ун-т, 2013. - Т. 3. - С. 276-283.
14. Рисунок 2 // blog.sina.com.cn : сайт. - Текст : электронный. - URL : http://blog.sina. com.cn/s/blog_52ec14de01015mhj.html (дата обращения: 28.06.2021).
15. Открытые данные метеостанции г. Мадо // weather.com.cn : сайт. - Текст : электронный. - URL: http://www.weather.com.cn/cityintro/101150506.shtml (дата обращения: 28.06.2021).
16. Tai B., Liu J., Wang T., Tian Y., Fang J. Thermal characteristics and declining permafrost table beneath three cooling embankments in warm permafrost regions, Applied Thermal Engineering. 2017, 123, pp. 435-447.
17. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2021611121 Российская Федерация. Программа для расчета температуры многолетнемерзлых грунтов земляного полотна «Freeze-Cold». - № 2021610134 : заявлено 11.01.2021 : опубликовано 21.01.2021 / Машуков В. И., Исаков А. Л.; заявитель и правообладатель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет путей сообщения». - 1 с. - Текст : непосредственный.
References
1. Su D., Piotrovich A. A. Geotechnical zoning on the railways of the People's Republic of China [Geotekhnicheskoye rayonirovaniye na zheleznykh dorogakh Kitayskoy Narodnoy Respubliki]. Nauchno-tekhnicheskoe i ekonomicheskoe sotrudnichestvo stran ATR vXXIveke - Scientifically technical and economical cooperation in Asia-Pacific countries in the 21st century, 2011, vol. 2, pp. 166-171.
2. Shi E. Investigation of the stability of the roadway on frozen ground under the influence of train load and freeze-thaw cyclic. Doctor's thesis, Beijing Jiaotong University, Beijing, 2011, 153 p. (in Chinese).
3. Zhan L., Sun C., Han L. Qinghai-Tibet Railway in permafrost region: construction in conditions of frozen soils. Beijing People's Communications Publishing House, 2011, № 3 (in Chinese).
4. Wu Tianyi M. D. High-Altitude Medical Research in China: Importance and Relevance. High Altitude Medical Research Institute, Qinghai, China, The American Association for the Advancement of Science, 2012, pp. 3.
5. Wang I. Qinghai Tibet Plateau. Environmental and Wildlife Protection. China Academic Journal Electronic Publishing House, 2016, S863 (in Chinese).
6. Li Y. Research of the Eco-geological Environment Along of Qinghai-Tibet Railway. Doctor's thesis, Beijing, 2014, 115 p. (in Chinese).
7. Zheng Z. Common Diseases and Prevention Methods of Subgrade in Highway Reconstruction. Transportation World, 2018, 31, pp. 54-55 (in Chinese).
8. Song Y., Jin L., Peng H., Liu H. Development of thermal and deformation stability of Qinghai-Tibet Highway under sunny-shady slope effect in southern Tanglha region in recent decade. Soils and Foundations, 2020 60(2), pp. 342-355 (in Chinese).
9. Bian B. Analysis and prevention of subgrade diseases in the permafrost regions of the Qinghai-Tibet plateau. Roads and Bridges, Sichuan Cement, 2019 (2), p. 26 (in Chinese).
10. Prirodnye bedstviia na zheleznykh dorogakh Kitaia i zashchita / Filial Assotsiatsii po zash-chite ot bedstvii Kitaia pri Ministerstve zheleznykh dorog KNR (China Railways Natural Disasters and Protection. Branch of the China Disaster Protection Association under the Ministry of Railways of the People's Republic of China). Beijing: China Railways Publ., 2007.
11. Zhang M., Lai Y., Zhang J. Numerical study on cooling characteristics of two-phase closed thermosyphon embankment in permafrost regions. Cold Regions Science and Technology, 2011, 65 (2), pp. 203-210.
12. Chen J. Diseases of Sichuan-Tibet highway and treatment measures. Maintenance and Management Department of China Road Society, 2009 (2), pp. 32-43 (in Chinese).
13. Su D., Piotrovich A. A. Construction of Chinese Railways: from the 19th to the 21st Century. [Stroitel'stvo zheleznykh dorog Kitaya: iz XIX v XXI vek]. Novye idei novogo veka: materialy mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii (New ideas of the new century: materials of the International scientific conference). - Khabarovsk, 2013, vol. 3, pp. 276-283.
14. Risunok 2 (Figure 2). Available at: http://blog.sina.com.cn/s/blog_52ec14de01015mhj.html (accessed 28 June 2021).
15. Otkrytye dannye meteostantsii g. Mado (Open data of the Maduo weather station). Available at: http://www.weather.com.cn/cityintro/101150506.shtml (accessed 28 June 2021).
16. Tai B., Liu J., Wang T., Tian Y., Fang J. Thermal characteristics and declining permafrost table beneath three cooling embankments in warm permafrost regions, Applied Thermal Engineering. 2017, 123, pp. 435-447.
17. Mashukov V. I., Isakov A. L. Certificate of state registration of a computer software package RU2021611121, 21.01.2021.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Кравченко Екатерина Александровна
Гонконгский университет науки и технологий (HKUST).
Гонконг, САР КНР.
Кандидат технических наук, постдок кафедры «Гражданское и экологическое строительство».
Тел.: +8-618-933-205-044.
E-mail: [email protected]
Исаков Александр Леонидович
Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС).
Дуси Ковальчук ул., д. 191, г. Новосибирск, 630049, Российская Федерация.
Доктор технических наук, профессор кафедры «Изыскания, проектирование, постройка железных и автомобильных дорог», СГУПС.
Тел.: +7-913-985-92-85.
E-mail: [email protected]
Лю Цзянькунь
Университет имени Сунь Ятсена, г. Чжухай, 519082, КНР.
Доктор, профессор, заместитель декана школы гражданского строительства.
Тел.: +8-613-581-986-007.
E-mail: liuj [email protected]. cn
Ли Сю
Пекинский транспортный университет.
Шанъюань Хайдянь ул., д. 3, г. Пекин, 100044,
КНР.
Доктор, профессор кафедры геотехнической инженерии.
Тел.: +8-613-466-374-338.
E-mail: [email protected]
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Проблемы стабилизации земляного полотна железных и автомобильных дорог в холодных регионах Китая / Е. А. Кравченко, А. Л. Исаков, Ц. Лю, С. Ли. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2021. - № 2 (46). - С. 94 - 104.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Kravchenko Ekaterinа Aleksandrovna
The Hong Kong University of Science and Technology.
Hong Kong Special Administrative Region.
Ph. D. in Engineering, postdoc of the department «Civil and Environmental Engineering».
Phone: +8-618-933-205-044.
E-mail: [email protected]
Isakov Aleksandr Leonidovich
Siberian Transport University (STU).
191, Dusi Kovalchuk st., Novosibirsk, 630049, the Russian Federation.
Doctor of Sciences in Engineering, professor of the department «Survey, design and construction of railways and highways», STU.
Phone: +7-913-985-92-85.
E-mail: [email protected]
Liu Jiankun
Sun Yat-Sen University, Zhuhai, 519082, China.
Ph. D., professor and the associate dean of the school of civil engineering.
Phone: +8-613-581-986-007.
E-mail: [email protected]
Li Xu
Beijing Jiaotong University.
3, Shangyuan Haidian, Beijing, 100044, China.
Ph. D., professor of the department of geotechnical engineering.
Phone: +8-613-466-374-338.
E-mail: [email protected]
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Kravchenko E. A., Isakov A. L., Liu J., Li X. Problems of stabilizing the subgrade of railways and highways in cold regions of China. Journal of Transsib Railway Studies, 2021, no. 2 (46), pp. 94 - 104 (In Russian).
