CC BY
204
Студентка факультета «Строительство железных дорог», СГУПС.
E-mail: natashik2011@inbox.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Величко, Д. В. Анализ загрязненности щебеночного балласта [Текст] / Д. В. Величко, Н. А. Толстико-ва // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2016. - № 3 (27). - С. 110 - 117.
Student of the faculty «Construction of Railways», SSTU.
E-mail: natashik2011@inbox.ru BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Velichko D. V., Tolstikova N. A. Analysis of contamination of the crushed stone ballast. Journal of Transsib Railway Studies, 2016, vol. 27, no. 3, pp. 110 -117. (In Russian).
УДК 625.12:624.138
А. Л. Ланис
Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС), г. Новосибирск, Российская Федерация
СПОСОБЫ УСИЛЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ИНЪЕКТИРОВАНИЕМ
Аннотация. В статье рассмотрены способы усиления земляного полотна с использованием инъектиро-вания твердеющих растворов. Предложены технологии, позволяющие выполнять работы по усилению эксплуатируемого земляного полотна без ограничения движения. Представлены оптимальные инженерные условия для проектирования рассмотренных способов. Приведены значения физико-механических характеристик до и после усиления, полученные по результатам контроля качества выполненных работ на реальном объекте. Статья подготовлена в рамках гранта ОАО «РЖД» на развитие научно-педагогических школ в области железнодорожного транспорта.
Армирование грунтов земляного полотна с использованием инъектирования твердеющих растворов вне габарита движения поездов позволяют существенно повысить экономическую эффективность и технологичность в вопросах усиления земляного полотна. В статье предложены оптимальные способы усиления земляного полотна в зависимости стадии развития дефектов и деформаций.
Ключевые слова: земляное полотно, усиление, инъектирование, армирующий каркас, раскатывающий орган, комплексное армирование.
Alexey L. Lanis
Siberian State Transport University (SSTU), Novosibirsk, the Russian Federation METHODS OF SUBGRADE REINFORCEMENT BY INJECTION
Abstract. The reinforcement of a soil subgrade by solidifying grouts injection, outside the limiting dimensions of train movement, can significantly increase the cost efficiency and manufacturability of strengthening. The paper suggests the most appropriate methods to strengthen the subgrade depending on the stage of defects and deformations development.
Keywords: subgrade, strengthening, injection, reinforcing framework, flaring apertures mechanism, complex reinforcement.
Безопасная эксплуатация железнодорожного пути напрямую связана с состоянием земляного полотна, с достаточностью значений характеристик грунтов, его слагающих. Ошибки при проектировании и возведении, ненадлежащее качество содержания, повышение статических и динамических нагрузок, дополнительное влияние неучтенных природных факторов приводят к снижению несущей способности грунтов, к дефектам и деформациям земляного полотна с дальнейшим его разрушением. Для земляного полотна действующих железных дорог вопросы усиления грунтов имеют большую актуальность, так как позволяют прежде всего обеспечить надежность и безопасность эксплуатации.
Среди технологий усиления земляного полотна, используемых при капитальном ремонте, реконструкции, модернизации железнодорожного пути, следует выделить способы, в основе которых лежит инъектирование в массивы грунта твердеющих растворов [1]. Это направление в мировой практике существует более двухсот лет, инъектирование является оптимальным по экономическим показателям методом усиления грунтов.
Использование инъектирования для усиления земляного полотна железных дорог впервые было использовано в США в 1938 г. на Пенсильванской железной дороге, к 1970 г. этот способ использован уже на 55 участках железных дорог этой страны [2]. На рисунке 1 представлены ликвидация балластных углублений и попутное усиление основной площадки земляного полотна инъекциями цементного раствора на участке железнодорожной линии BNSF в районе г. Канейдиан штата Техас, США (Canadian, TX, USA) [3].
Исследования в области усиления земляного полотна инъектированием в нашей стране выполнены в послевоенное время. Ярким примером таких исследований является выполнение работ по усилению двенадцатиметровой насыпи на железной дороге вблизи г. Казани для укрепления откосов инъектированием цементных растворов. Руководителем работ являлся Д. В. Волоцкий (Казанский государственный архитектурно-строительный университет -КГАСУ.
Рисунок 1 - Усиление земляного полотна инъектированием (США) [3]
Исследования, связанные с особенностями использования инъектирования твердеющих растворов для усиления грунтов земляного полотна, выполняются в Сибирском государственном университете путей сообщения в течение более чем 20 лет. Разработаны, запатентованы, внедрены способы усиления грунтов земляного полотна в зависимости от исходных параметров, являющиеся модификациями метода напорной инъекции.
Согласно статистическим данным более 40 % деформаций земляного полотна относится к основной площадке, большинство из которых так или иначе связано с балластными углублениями, развитие которых в свою очередь имеет прямую зависимость с нарушением влаж-ностного режима грунтов. Чаще всего это можно наблюдать в тех случаях, когда в основании балластной призмы залегают загрязненные балластные материалы, откосы и обочины загромождены балластными шлейфами, заилены водоотводные канавы и т. д. В такой ситуации влага, содержащаяся в загрязненных материалах, насыщает грунт. Естественным следствием этого процесса является снижение прочностных характеристик грунта. Выполнение «внешних» мероприятий по приведению пути к необходимым геометрическим параметрам -усиление основания балластногого слоя, устройство системы дренирования воды - не решает проблемы дефектности земляного полотна, связанной с существованием зон, полостей с пониженными значениями физико-механических характеристик. При увеличении осевых и погонных нагрузок возможна деформация железнодорожного пути.
118 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 3(27) ПД<| /1
■ 2016
Решением рассмотренной проблемы является одновременное удаление влаги и заполнение образующихся полостей твердеющим раствором. Этот способ ремонта земляного полотна железных дорог разработан учеными СГУПСа и защищен патентом Российской Федерации № 2277616 [4]. Указанный способ включает в себя изготовление дренажных скважин и осушение земляного полотна путем выдавливания воды из его полостей путем направленного нагнетания твердеющего раствора. В результате происходит образование массивов затвердевшего раствора с уплотнением окружающего грунта (рисунок 2).
При введении тяжеловесного движения возможно снижение устойчивости насыпей. Более того, в связи с возрастанием нагрузок на основную площадку даже при стабильном при старых нагрузках земляном полотне снижается устойчивость насыпи, что автоматически приводит к дефектам и деформации откосов насыпи: сплывам и оползаниям. Рассмотренный выше способ позволяет предотвратить причину деформирования основной площадки и возникновение сплывов и оползания откосов, в случае же, когда уже происходит деформирование откосов, эффективность способа существенно уменьшается. В рамках сотрудничества с ОАО «РЖД» были разработаны способ усиления земляного полотна и методика проектирования и реализации его на объектах.
д_^ 3
-ч Г^
а
Рисунок 2 - Способ ремонта земляного полотна: 1 - земляное полотно; 2 и 4 - дренажные скважины; 3 - инъектор
Сущность предлагаемого способа [5] заключается в создании в теле земляного полотна объемного многоэлементного армирования с попутным удалением излишней влаги. Объемный арматурный каркас создается системой армирующих элементов (сеток), пересекающихся в разных уровнях с последующей инъекцией в узлы их пересечения связующего раствора. Таким образом, в грунтовом массиве образуется жесткий несущий каркас с затвердевшим раствором и уплотненным окружающим грунтом, обладающий высокими значениями физико-механических характеристик. Армирующие элементы обеспечивают восприятие повышенных сжимающих и растягивающих напряжений и являются анкерными при необходимости удержания откосов. При этом вся объемная многоэлементная система, включаясь в работу, обеспечивает существенное снижение осадок рабочей зоны и повышение устойчивости откосов земляного полотна.
Рассмотренная технология является достаточно универсальной и позволяет выполнять как локальное, так и сплошное упрочнение ослабленных зон с недостаточным уплотнением и
высокой влажностью (рисунок 3). Расчетно-теоретические исследования позволили выявить минимально допустимые значения механических характеристик окружающих грунтов для возможности крепления откосов многоэлементным армированием (модуль деформации Е -не менее 11 МПа, удельное сцепление грунта с - не менее 0,012 МПа, угол внутреннего трения ф - не менее 18°). Если грунты обладают более низкими характеристиками, используется дополнительная проработка их инъекционными составами. Таким образом, разработаны методики крепления откосов многоэлементным армированием (рисунок 4), комплексного армирования земляного полотна с использованием напорного инъектирования.
Для увеличения сроков эксплуатации выполняемого усиления рекомендуется рассмотреть возможность использования арматуры, изготовленной из композитных материалов. При этом вместо металлических инъекторов возможно применение стеклопластиковых труб, обладающих теми же преимуществами, что и стеклопластиковая арматура.
Для создания элементов закрепленного грунта рекомендуется использовать один из известных методов инъекционного закрепления грунта, выбор которого зависит от конкретных грунтовых условий земляного полотна. Инъектированию твердеющего раствора должен предшествовать монтаж армирующих элементов. В противном случае нагнетание раствора может спровоцировать начало деформаций откосной части. Рецептура, концентрация, объем инъекции растворов, рабочее давление, критерии отказа, методы операционного контроля и диагностики качества закрепления рассматриваются в проектной документации на основании разработанных методик.
Тонки шторного
Коллектор
Рисунок 3 - Способ многоэлементного армирования
Армирцющии каркас
Поверхность ослабления
а б
Рисунок 4 - Способ многоэлементного армирования: а - крепление откоса; б - вид сверху; 1 - земляное полотно; 2 - армирующие анкерные элементы; 3 - твердеющий раствор; 4 - дрены; 5 - удаление воды; 6 - водосборный коллектор; 7 - обводненная зона
Экспериментально-теоретические исследования подтвердили более высокую эффективность использования сеток из армирующих элементов по сравнению со стержнями, при этом использование армирующих каркасов существенно повышает деформационные характеристики слоев армирования.
На основе комплексного армирования разработано решение и для слабых оснований земляного полотна. Повышение прочностных и деформационных характеристик осуществляется путем погружения раскатывающего органа (рисунок 5), а образующаяся скважина заполняется твердеющим раствором, который подается через рабочий орган при его реверсивном ходе (патент РФ 147223 [6]). Усиление грунтов происходит за счет создания композитной структуры из уплотненных грунтов и более прочных элементов из затвердевшего инъек-тирвуемого раствора. При внедрении раскатывающего рабочего органа происходит последовательное послойное уплотнение окружающих грунтов от его оси к периферии. При этом в отличие от бурения выемки грунта из скважин не происходит. Грунт скважины втрамбовывается в стенки, в результате происходит уплотнение окружающего грунта до двух диаметров раскатчика, а возможность инъектирования твердеющего раствора через раскатывающее устройство позволяет существенно расширить границы использования способа и увеличить пределы значений физико-механических характеристик укрепляемых грунтов. Следует отметить также возможность использования способа для создания как вертикальных, так и наклонных скважин [7].
С научно-практичной точки зрения интерес представляют результаты выполняемых работ, в данном случае значения физико-механических характеристик грунтов после усиления. К настоящему времени накоплен большой материал как по специально выполненным экспериментальным исследованиям, так и по результатам контроля качества, выполняемого на каждом объекте усиления. На рисунке 6 представлен шурф, выполненный при контроле качества на объекте 88 км линии Алтайская - Артышта Западно-Сибирской железной дороги. Отчетливо видны прослои затвердевшего раствора и уплотненного окружающего грунта. В таблице представлены нормативные значения физико-механических характеристик грунтов, усиленных напорной инъекцией на экспериментальном полигоне. Модули деформаций получены штамповыми испытаниями, прочностные характеристики - методом консолидированного среза целиков диаметром 400 мм в соответствии с требованиями ГОСТ 20276-99.
А-А
ыр г.*' ■"■ - -ч-с.4
а б
Рисунок 5 - Схема раскатывающего рабочего органа (патент РФ 147223): 1- полый вал для инъектирования твердеющего раствора; 2 - хвостовик; 3 - наконечник; 4 - 8 - элементы, выполненные с эксцентриситетом; 9, 10 - хвостовая и головная части наконечника
Спустя месяц после выполнения работ по инъектированию твердеющего раствора в грунты земляного полотна и его основания проведены полевые исследования свойств упрочненного массива динамическим зондированием, штамповыми испытаниями, методом консолидированного среза целиков диаметром 400 мм в соответствии с требованиями ГОСТ 20276-99.
Частный случай усиления грунтов земляного полотна и основания напорной инъекцией представлен в таблице. Результаты усиления зависят от множества факторов: от инженерно-геологических условий, от технологии, используемого оборудования, от проектных решений и др. Следует отметить также существенное увеличение сцепления грунтов (прочность, устойчивость), увеличение модуля деформаций и модуля упругости (деформации, осадки) и в меньшей степени увеличение угла внутреннего трения.
Рисунок 6 - Вид контрольного шурфа Нормативные характеристики усиленных грунтов
Слой грунтов Модуль деформации Е, МПа Модуль упругости Еупр, МПа Удельное сцепление с, кПа Угол внутреннего трения ф, град.
Насыпь до усиления 13 39 20 20,1
Насыпь после усиле- 34 99 42 25,3
ния
Основание до усиле- 3,4 17 0 14,5
ния
Основание после уси- 18 57 34 27,2
ления
Использование многоэлементного армирования повышает степень увеличения характеристик, так как в работу включается армирующий каркас. Предложенные технологии позволяют использовать недорогое и доступное оборудование и выполнять работы без ограничения движения и с учетом расчета экономической эффективности могут быть рекомендованы для усиления земляного полотна железнодорожного пути и основания.
Список литературы
1. Ланис, А. Л. Применение метода напорной инъекции для усиления насыпей [Текст] / А. Л. Ланис // Путь и путевое хозяйство / ОАО «Российские железные дороги». - М., 2009. -№ 6. - С. 33 - 35.
2. Грушевой, Н. Г. Земляное полотно зарубежных железных дорог [Текст] / Н. Г. Грушевой. - М.: Трансжелдориздат, 1961. - 138 с.
3. http://www.haywardbaker.com/WhatWeDo/Applications/SubgradeStabilization/default.aspx.
4. Пат. № 2277616 Российская Федерация, МПК Е 02 D 3/12, Е 01 В 1/00. Способ ремонта железнодорожного земляного полотна [Текст] / М. Я. Крицкий, А. Л. Ланис, В. Ф. Скор-кин; заявитель и патентообладатель Сибирский гос. ун-т путей сообщения. -№ 2004122283/03; заявл. 19.07.2004; опубл. 10.06.2006, Бюл. № 16.
5. Пат. № 2012112721 Российская Федерация, МПК Е 02 D 17/20. Способ укрепления откосов земляного полотна [Текст] / А. Л. Ланис, В. Ф. Скоркин, С. А. Овчинников; заявитель и патентообладатель Сибирский гос. ун-т путей сообщения. - № 2012112721/03; заявл. 02.04.2012; опубл. 10.10.2013, Бюл. № 28.
6. Пат. № 147223 Российская Федерация, МПК Е 02 F 5/16 Раскатчик для изготовления вертикальных и наклонных скважин [Текст] / А. Л. Ланис, П. О. Ломов, В. Ф. Скоркин; заявитель и патентообладатель Сибирский гос. ун-т путей сообщения. - № 2014116920/03; заявл. 25.04.2014; опубл. 27.10.2014, Бюл. № 30.
7. Ланис, А. Л. К вопросу определения грунтовых параметров, оказывающих влияние на диаметр раскатанной скважины [Текст] / Ланис А. Л., Ломов П. О. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока / Новосибисквся гос. академия водного трансп. -Новосибирск. - 2015. - № 3. - С. 92 - 97.
References
1. Lanis A. L. Applying pressure injection method for the amplification embankments [Prime-nenie metoda napornoi in"ektsii dlia usileniia nasypei]. Put' i putevoe khoziaistvo - Path and track facilities, 2009, no. 6, pp. 33 - 35.
2. Grushevoi N. G. Zemlianoe polotno zarubezhnykh zheleznykh dorog (Subgrade foreign railways). Moscow: Transzheldorizdat, 1961, 138 p.
3. http://www.haywardbaker.com/WhatWeDo/Applications/SubgradeStabilization/default.aspx.
4. Kritskii M.Ia., Lanis A.L., Skorkin V.F. Patent RU 2277616 Е 02 D 3/12, Е 01 В 1/00, 10.06.2006.
5. Lanis A. L., Skorkin V. F., Ovchinnikov S. A. Patent RU 2012112721 E02D 17/20, 10.10.2013.
6. Lanis A. L., Lomov P. O., Skorkin V. F. Patent RU 147223 E 02 F 5/16, 27.10.2014.
7. Lanis A.L., Lomov P.O. On the question of determining groundwater parameters affecting the diameter of the rolled wells [K voprosu opredeleniia gruntovykh parametrov, okazyvaiushchikh vliianie na diametr raskatannoi skvazhiny]. Nauchnye problemy transporta Sibiri i Dal'nego Vos-toka - Scientific problems of transportation in Siberia and the Far East, 2015, no. 3, pp. 92 - 97.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Ланис Алексей Леонидович
Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС).
Дуси Ковальчук ул., д. 191, г. Новосибирск, 630049, Российская Федерация.
Начальник Управления научно-
исследовательских работ, кандидат технических наук, доцент кафедры «Геология, основания и фундаменты», СГУПС.
Тел.: +7 (383) 328-04-55.
E-mail: lanisal@stu.ru
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Lanis Alexey Leonidovich
Siberian Transport University (SSTU). 191, D. Kovalchuk st., Novosibirsk, 630049, the Russion Federation.
The Head of Scientific Research Office, PhD in Engineering, Associate Professor of Geology and Foundation Engineering Department, SSTU. Phone: +7 (383) 328-04-55. E-mail: lanisal@stu.ru
Управление перевозочными процессами и безопасность движения поездов
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Ланис, А. Л. Способы усиления земляного полотна инъектированием [Текст] / А. Л. Ланис // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. -Омск. - 2016. - № 3 (27). - С. 117 - 124.
Lanis A. L. Methods of subgrade reinforcement by injection. Journal of Transsib Railway Studies, 2016, vol. 27, no. 3, pp. 117 - 124. (In Russian).
УДК 656.259.1
М. М. Соколов
Югорский государственный университет, г. Ханты-Мансийск, Российская Федерация
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБСЛУЖИВАНИЯ СТАНЦИОННЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
Аннотация. В статье рассматривается процесс технического обслуживания устройств железнодорожной автоматики. Целью работы является предложение способа снижения трудозатрат на обслуживание рельсовых цепей железнодорожной автоматики. Предлагаются метод автоматизации процесса проверки рельсовых цепей на шунтовую чувствительность путем шунтирования рельсовой цепи на кроссовом стативе и схема устройства, реализующего этот метод. Рассчитаны значения сопротивления шунтирования, эквивалентного наложению нормативного шунта в заданных точках рельсовой цепи. Результаты применения разработанного метода, приведенные в статье, могут быть использованы при совершенствовании систем автоматики действующих железных дорог.
Ключевые слова: рельсовая цепь, устройства автоматики, автоматизация, техническое обслуживание.
Maxim M. Sokolov
Yugra State University (YSU), Khanty-Mansiysk, the Russian Federation
REDUCING THE TIME MAINTENANCE OF STATION TRACK CIRCUITS OF
RAILWAY AUTOMATION
Abstract. This article discusses the process of maintenance of railway automation devices. The aim of the work is to reduce labor costs for maintenance of track circuits of railway automation. Presents the method for automating the process of checking on the shunt track circuits shunting sensitivity of track circuit by at cross-rack and scheme of the device that implements this method. The values of shunt resistance equivalent to the imposition of regulatory shunt at predetermined points of the track circuit are calculated. The results obtained in the paper can be used for the improvement of systems of automation of existing railways.
Keywords: track circuit, automatic devises of railroad, automation, maintenance.
Наряду с разработкой и внедрением микропроцессорных устройств и систем диагностики (создание современного малообслуживаемого напольного оборудования ЖАТ) одной из стратегических задач хозяйства автоматики и телемеханики является организация производства с применением современных материалов и ресурсосберегающих технологий. Использование такого оборудования позволит изменить технологию технического обслуживания и ремонта устройств СЦБ. Конечной целью всех разработок должно быть снижение эксплуатационных затрат, переход сначала к малообслуживаемым устройствам, а в перспективе - к устройствам, не требующим периодического технического обслуживания при условии сохранения требований по обеспечению безопасности движения в течение всего срока эксплуатации [1].
Одним из основных объекты внедрения современных материалов и технологий является напольное оборудование автоматики и телемеханики, в состав которого входит аппаратура рельсовых цепей (РЦ).
