Оценка состояния и мероприятия по усилению земляного полотна железных дорог, подверженного деформациям пучин

1.

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО
УСИЛЕНИЮ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ЖЕЛЕЗНЫХ
ДОРОГ, ПОДВЕРЖЕННОГО ДЕФОРМАЦИЯМ ПУЧИН,
ПРОСАДОК И ОСАДОК НА СЛАБЫХ ОСНОВАНИЯХ
Зайцев А.А.1, Леонюк В.В.2, Воробьев С.С.3
1Российский университет транспорта РУТ (МИИТ),
Москва, Россия; [email protected]
2 НПО «Стандарт», Ярославль;
[email protected]
3 ООО «ТР Инжиниринг», Санкт-Петербург; Россия;
[email protected]

2.

СОДЕРЖАНИЕ
- Пучины и просадки, эксплуатируемый железнодорожный путь
- Осадки земляного полотна на слабых основаниях
- Строительство и эксплуатация земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах
Зайцев А.А., Леонюк В.В., Воробьев С.С.
2

3.

Проблемы строительства и эксплуатации
земляного полотна и искусственных
сооружений в северных регионах
Схема линии Салехард – Игарка, 1949-1953 год
Полярная магистраль /Под
общей
редакцией
Т.Л.
Пашковой. – М.: Вече, 2007. –
448 с.
НОРИЛЬСК
Экспедиция на объекты
стройки № 503, 2005 г.
Игарка
Обдорск (Салехард)
Ливеровский Александр Васильевич
501→
Полуй
←503
УРЕНГОЙ
Долгий
Надым
Строительство в условиях вечной мерзлоты, 1941
Ливеровский А. В. (на фото) и
Морозов К. Д.
После 27 лет забвения железная дорога пришла в регион
Мост деревянный «горбатый»
пучение грунта
насыпи с бермами
насыпи с из мерзлых грунтов
https://rusneb.ru/catalog/000199_000009_005243935/
наледь в тоннеле
Зайцев А.А., Леонюк В.В., Воробьев С.С.
Деформация
водопропускной трубы
3

4.

Экспедиции РГО по проекту «Трансполярная магистраль»
НОРИЛЬСК
Игарка
Обдорск (Салехард)
501→
Полуй
←503
УРЕНГОЙ
Долгий
Надым
После 27 лет забвения железная дорога пришла в регион
Участники совместной Трансполярной экспедиции РГО,
Института пути, строительства и сооружений РУТ (МИИТ),
2019 -2021 г.г.
+50С
27 октября
26 ноября
00С
25 января
25 февраля
-100С
-150С
Регистратор данных и
абрис температурного
хода
осень / зима
2019 /2020
-350С
4

5.

Пучины и просадки, основная площадка земляного полотна. Защитные слои
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПУТЬ, ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО, ОСНОВНАЯ ПЛОЩАДКА,
МОРОЗНОЕ ПУЧЕНИЕ ГРУНТА, ДЕФОРМАЦИИ, БАЛЛАСТНЫЕ УГЛУБЛЕНИЯ,
ПУЧИНЫ (грунтовые, балластные), ПРОСАДКИ
Виды пучин:
а - горбы; б - впадины; в - перепады;
1 - уровень головки рельса зимой; 2 уровень головки рельса летом;
3 - балластный слой; 4 - песчаная
подушка; 5,6,8 - глинистые грунты;
7 - граница промерзания; 9 - песчаная
линза; 10 - уровень грунтовых вод
Допустимые величины равномерного
пучения при проектировании нового земляного полотна
ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТРОЙСТВУ
ПОДБАЛЛАСТНЫХ ЗАЩИТНЫХ СЛОЕВ ПРИ
РЕКОНСТРУКЦИИ (МОДЕРНИЗАЦИИ)
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ 2012
20 - 25 - 35 мм и выше (в зависимости от категории линии)
Расчет противопучинных подушек
Войтов, Станислав Алексеевич.Исследование вопросов применения пенопластов в целях
предупреждения образования пучин на железнодорожном пути : диссертация ... кандидата технических наук
: 05.22.06. - Москва, 1972. - 148 с. : ил.
(I)
(II)
(I)
Nurmikolu A., Pauli K. Extruded polystyrene (XPS) foam frost insulation boards in r
ailway structures // Proceedings of the 16th International Conference on Soil
Mechanics and Geotechnical Engineering (16ICSMGE), 2005, Osaka, Japan .
(II)
Amsterdam: IOS Press, 2005 . P.1761-1764.
Зайцев А.А., Леонюк В.В., Воробьев С.С.
5

6.

Грунты (материал) защитных слоев
График гранулометрического состава
Карьер Нименьга. 2009
2007 г. / перевод,
Обобщение июнь 1999г.
100
90
80
ТУ 2008
70
60
50
40
30
20
DB
10
0
0.01
Зайцев А.А., Леонюк В.В., Воробьев С.С.
0.1
1
10
100
6

7.

Из практики эксплуатации пути - Локальные балластные пучины 1 (2)
перегон Ломовое – Тундра,
Северной ДИ
Земляное полотно представлено насыпью до 2 м.
Балласт щебеночный с загрязненностью до 30%. Ширина обочины в норме.
конец марта, на 2х пикетах - резкие перепады продольного
профиля в виде «горбов» в стыковой зоне.
шурфы по торцу шпал в зоне стыка - напрессовка
снега под 4-мя стыковыми шпалами (по 2 с каждой
стороны стыка) величиной от 30 до 50 мм. Во
время осмотра просадка под поездами в данном
месте не наблюдалась.
Опасное место
Зайцев А.А., Леонюк В.В., Воробьев С.С. + Кекелев А.И.
… в данном месте во время летне-путевых работ
производилась замена шпал.
В дальнейшем при стабилизации и уплотнении балластной
призмы под шпалами образовывались пустоты.
….. напрессовка снег.
7

8.

Из практики эксплуатации пути - Локальные балластные пучины 1 (2)
В ходе выполнения работ по устранению данной
неисправности с использованием пропарочной
станции ….
снег был удален из под шпал, однако возможность
повторного попадания под шпалы снега не
исключается, т.к. уплотнение балласта произвести
не представлялось возможным.
Новая инструкция устранению пучин и
просадок железнодорожного пути, в
работе в 2023 г.
Зайцев А.А., Леонюк В.В., Воробьев С.С. + Кекелев А.И.
8

9.

Железнодорожный путь, земляное полотно, насыпи, торф в основании,
деформации, осадки, физическое моделирование
Участок
Ломовое
–
Тундра
линии
Вологда
–
Архангельск
Северной
ж.д. (1080 км)
Участок Обозерская - Маленьга
Установка
свай на объекте
Установка
модели свай
Проблемы
обустройства
поддерживающих
сооружений, берм,
подпорных стен,
ростверков, не
решены полностью
Зайцев А.А., Леонюк В.В., Воробьев С.С.
9

10.

Подпорные стены, обустройство оголовков водопропускных труб. Габионные
конструкции. Инновации в применении габионных конструкций.
Проблема:
Отсутствие регламента по сертификации (методов испытаний)
габионных конструкций
Решение:
разработан регламент по сертификации габионных конструкций
RockBox с описанием методов испытаний.
Проблема:
ГОСТы на габионы рассчитаны только на изделия из сетки двойного
кручения или из сварной сетки.
Решение:
Разработка совместно с ТК375 ГОСТ на изделия из панелей для
габионных конструкций.
ГАБИОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Рекомендации по проектированию и строительству
габионных конструкций ROCKBOX в транспортном
строительстве. СТО 15215947-002-2020
Зайцев А.А., Леонюк В.В., Воробьев С.С.
Проблема:
Нормативные документы на проектирование и строительство
рассчитаны только на стандартные габионы.
Решение:
Разработка совместно со специалистами в области инфраструктуры
автодорожного и железнодорожного строительства СТО
«Рекомендации по проектированию и строительству габионных
конструкций RockBox в транспортном строительстве
10

11.

Вибродиагностика насыпей на слабых основаниях.
Состояние насыпи
Устойчивое
Относительно
устойчивое
Неустойчивое
Основной
Средняя амплитуда
виброскорости на
бровке насыпи v 0,
мм/сек;
v 0 < 15
15< v 0< 50
v 0 >50
Критерий
Дополнительные
Коэффициент затухания
колебаний по откосу
насыпи , 1/м
Характер спектра колебаний
>0,3
Низкие частоты (0,1-10 Гц)
вносят незначительный вклад в
колебания до 20%, основная
часть (80-90%) спектра
формируется частотами от 10 до
100
0,1< < 0,3
Низкие частоты (0,1-10 Гц)
вносят большую часть вклада
(50-60%) в колебания, но
имеется также составляющая в
диапазоне частот от 10 до 100
Гц
< 0,1
Низкие частоты (0,1-10 Гц)
вносят основной вклад (более
60%) в колебания,
составляющая в диапазоне
частот от 10 до 100 Гц
фактически отсутствует
Зайцев А.А., Леонюк В.В., Воробьев С.С.
Для неустойчивой насыпи характерны
Признаки колебательного процесса:
большие амплитуды колебаний как на бровке
насыпи (более 50 мм/с) (1,5 -1,8 метра от оголовка
ближайшего рельса), так и в других частях откоса;
фактически полное отсутствие на спектре высоких
частот (10-100 Гц);
низкие коэффициенты затухания i (менее 0,1).
Для устойчивой насыпи характерны следующие
признаки колебательного процесса (рисунок А.12 б):
небольшие амплитуды колебаний, как на бровке
насыпи, так и в других частях откоса (менее 15 мм/с);
плавное затухание амплитуд колебаний от бровки
вниз по откосу насыпи, по закону, близкому к экспоненте;
повышенные коэффициенты затухания i (более 0,3);
пологий спектр колебательного процесса с
преобладанием максимума амплитуд в полосе более высоких
частот.
а)
б)
11

12.

Протяжение участков пути с криогенными деформациями и затраты на усиление
Дорога
Всего,
км
Деформа
ций, км
С огранич.
скорости, км
% деформ
Северная
464,0
40,3
15,8
8,7
Свердлов
318,0
13,6
6,3
4,2
Вост-Сиб
1128,0
90,9
29,7
8,1
Забайкал
524,0
30,4
2,0
5,8
Дальневост
2423,0
543,3
8,1
22,4
Всего сеть
4857,0
718,5
61,9
14,8
Ашпиз Е.С. 2009
Мероприятие
Сфера
применения
Скальная
наброска
Стоимость,
млн. руб./км
пути
Осадки насыпей
для Восточного
региона
(СОУ) + бермы Осадки насыпей
для Северного
региона
Теплоизоляция Пучины при
пенополистиро сезонном
лом
промерзании
Канава с
Продольный
укрепле-нием
водоотвод
камнем
Композитные
Продольный
лотки
водоотвод
22,5
Дренажи
18,8
Наледи в
выемках
31,0
10,5
4,6
9,4
(пересчет в цены 2022г. 2,65)
Зайцев А.А., Леонюк В.В., Воробьев С.С.
12

13.

Внедрение инновационных технических решений ООО «ТР Инжиниринг» ГОСТ Р 59287-2020
на полигоне ОАО «РЖД»
Участок ж/д «Санкт-Петербург
– Бусловская» ПК2+20 ПК3+70. Скальная выемка 132
км
Капитальный ремонт портала
водопропускного коллектора р.
Мурзинки
Воробьев С.С.
Научный эксперимент на участке
железнодорожной линии
Пангоды – Новый Уренгой 709 км
ПК 5+9 ЯЖДК
13

14.

ТЕСТОВЫЙ УЧАСТОК
Натурный научный эксперимент для подтверждения эффекта охлаждения начат в 2020г.
Линия Н.Уренгой-Надым 709 км
Февраль 2021 г.
Прогноз состояния через 50 лет.
Перед началом эксперимента были определены цели
(прогноз), разработана схема и формализованы
требования к сооружению участка.
Воробьев С.С.
14

15.

ОБЩИЙ ВИД И РАЗРЕЗ ТЕСТОВОГО УЧАСТКА
Воробьев С.С.
15

16.

РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОГО ГОДА ИСПЫТАНИЙ
Сопоставление фактических и расчетных температур на глубине 1,4 м для площадки с
габионами
По результатам первого года наблюдений зафиксировано охлаждение насыпи
до - 4,9°C на глубинах 3-3,5м и сохранения охлажденного участка в летний сезон,
что свидетельствует о начале формирования замороженного ядра (ядра холода)
16

17.

РЕШЕНИЕ ДЛЯ СООРУЖЕНИЙ ВЫСОКИХ
НАСЫПЕЙ НА ПОДХОДАХ К МОСТАМ
Типовое решение
Решение с применением
Габионных конструкций
Объем насыпи на 1 м.п.:
Объем насыпи на 1 м.п.:
298 м3
103 м3
Габионная
конструкция
(hнас = 5м)
(hнас = 5м)
• С К О Р О С Т Ь С Т Р О И Т Е Л Ь С Т В А В 2 , 5 РА З А Б Ы С Т Р Е Е ( Э К О Н О М И Я Н А О Б Ъ Е М А Х Н А С Ы П И )
• С Т А Б И Л И З А Ц И Я О С Н О В А Н И Я ( С О Х РА Н Е Н И Е В Е Ч Н О Й М Е Р З Л О Т Ы )
• С Т Р О И Т Е Л Ь С Т В О П Р И Л Ю Б Ы Х Т Е М П Е РАТ У РА Х
Воробьев С.С.
17

18.

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО
УСИЛЕНИЮ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ЖЕЛЕЗНЫХ
ДОРОГ, ПОДВЕРЖЕННОГО ДЕФОРМАЦИЯМ ПУЧИН,
ПРОСАДОК И ОСАДОК НА СЛАБЫХ ОСНОВАНИЯХ
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Зайцев А.А.1, Леонюк В.В.2, Воробьев С.С.3
1Российский университет транспорта РУТ (МИИТ),
Москва, Россия; [email protected]
2 НПО «Стандарт», Ярославль;
[email protected]
3 ООО «ТР Инжиниринг», Санкт-Петербург; Россия;
[email protected]