Введение к работе
Актуальность темы. В России электрифицировано около 42 тыс. км. железных дорог, на них установлено более 1,5 миллиона опор контактной сети различной конструкции, в том числе 40% - раздельные на фундаментах. В ближайшие 10 лет намечено электрифицировать еще около 11 тыс. км железных дорог. Часть действующих железнодорожных магистралей подлежит реконструкции с переходом на контактную сеть типов КС-160 и КС-200.
В программных документах МПС России одной из важнейших целей реконструкции определена безопасность движения поездов. Требуемого уровня безопасности движения можно достичь только при надежных и долговечных опорных конструкциях контактной сети (ОККС).
Около 16% эксплуатируемых опор контактной сети (КС) относятся к категории дефектных, так как исчерпали ресурс прочности по материалу или имеют недостаточную несущую способность по грунту и требуют замены. Такие конструкции не могут обеспечивать надежную работу системы электроснабжения в целом и, следовательно, безопасность движения поездов.
Дефектность опор КС объясняется рядом причин, из которых основными являются физическая деградация материала опор и их соединений в зоне контакта с грунтовым массивом, а также потеря устойчивости опор в грунте. Повышенная интенсивность коррозии опорных конструкций наблюдается на железнодорожных участках, электрифицированных на постоянном токе (повреждения арматуры и анкерных болтов токами утечки).
В ряде случаев причинами дефектов является недостаточно высокое качество выполнения строительно-монтажных работ.
Выявление и устранение причин повышенной дефектности опорных конструкций КС электрифицированных железных дорог является актуальной задачей.
Целью работы является повышение долговечности опорных конструкций контактной сети путем защиты материалов опорных конструкций КС от электрокоррозии, обеспечения их устойчивости в грунте за счет применения современной методики
расчета несущей способности и усовершенствованных технологий замены дефектных ОККС.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
выполнен анализ отечественного и зарубежного опыта применения ОККС, методов расчета прочности их закрепления в грунте, а также состояния комплексной механизации и технологических процессов выполнения строительно-монтажных работ при строительстве и реконструкции контактной сети;
на основе принципов системного подхода разработана модель комплексного анализа ОККС при их взаимодействии с другими компонентами природно-технической системы «Электрифицированная железная дорога»;
разработана конструкция фундаментов опор контактной сети с электрической изоляцией от тела бетона забетонированных анкерных болтов, обеспечивающая надежную антикоррозионную защиту опорной конструкции в целом;
уточнена (усовершенствована) методика расчета несущей способности фундаментов и опор контактной сети для различных условий их установки в грунте;
разработаны технологии установки ОККС при сплошной и выборочной их замене в зависимости от типа применяемых механизмов, продолжительности и количества «окон» и определены области их рационального применения;
выполнена оценка технико-экономической эффективности применения предложенных технических (конструктивных, аналитических и технологических) решений.
Научная новизна работы:
разработана модель системного анализа ОККС при их взаимодействии с другими элементами комплекса «Электрифицированная железная дорога»;
выполнены теоретические и экспериментальные обоснования направлений усовершенствования конструктивных и технологических решений ОККС;
- установлены зависимости электрического сопротивления арматуры железобетонных фундаментов от конструкции узла их соединения с опорой;
установлена зависимость прочности заделки ОККС от условий их установки в грунте;
выполнен комплексный анализ, определены и ранжированы факторы по степени их влияния на несущую способность опорных конструкций КС;
усовершенствована методика расчета несущую способность опор контактной сети по грунту с учетом влияния дополнительных факторов;
разработана компьютерная программа расчета прочности заделки ОККС в грунте для различных условий их установки.
Практическая значимость работы:
внедрены в массовое производство разработанные новые конструкции фундаментов ТФА (для консольных опор), ТФП (для стоек жестких поперечин) для железных дорог электрифицированных на переменном токе и фундаментов ТФАЭ, ТФПЭ для участков постоянного тока с защитой замоноличенных анкерных болтов от электрокоррозии с помощью термоусаживае-мых трубок, что позволяет повысить срок службы фундаментов до 70 лет;
разработан и утвержден МПС России новый альбом условий закрепления ОККС, обеспечивающих требуемую несущую способность фундаментов и опор по грунту, расчет которой выполнен с помощью разработанной программы, учитывающей дополнительные факторы. Альбом уже применяют более, чем в 20 проектных организациях;
разработаны различные варианты технологий выполнения строительно-монтажных работ при обновлении контактной сети и определены область и условия их рационального применения в зависимости от используемых механизмов, количества и продолжительности «окон», а также даны рекомендации по дальнейшему совершенствованию технологии, механизмов и оборудования для производства работ по замене опор.
На защиту выносятся следующие положения: 1) повышение долговечности и надежности ОККС достигнуто при системном решении комплекса конкретных задач на следующих иерархических уровнях: материалы - изделия (элементы соединения) - конструкции - технологии;
-
повышение коррозионной стойкости соединений (анкерных болтов) конструктивных элементов ОККС обеспечено путем разработки нового конструктивного решения фундаментов опор контактной сети с устройством термоусаживаемых трубок для электрической изоляции забетонированных анкерных болтов; увеличение электрического сопротивления новых опорных конструкций в 3,5-100 раз по сравнению с нормами для традиционных конструкций (10 кОм) подтверждено экспериментально;
-
учет дополнительных факторов (геометрии земляного полотна, первоначального наклона опор и допусков при их установке, вибрации от проходящих скоростных и тяжеловесных поездов на насыпях и др.), влияющих на устойчивость ОККС в грунте, позволяет повысить их несущую способность на 30%; предложена усовершенствованная методика расчета несущей способности ОККС для различных условий закрепления опор в грунтовом массиве земляного полотна;
-
технологии замены опор (состав, последовательность и режимы выполнения операций) при обновлении контактной сети с применением новых конструкций в зависимости от плановых объемов, используемых машин и механизмов, количества и продолжительности выделяемых «окон».
Апробация работы: рассматриваемые в диссертационной работе вопросы по обеспечению устойчивости ОККС в грунте и разработке фундаментов для 'железнодорожных участков постоянного тока обсуждены на научно-технических совещаниях в Департаменте электрификации и электроснабжения МПС России (с участием специалистов ОАО «ЦНИИС», ГУП «ВНИИЖТ», ЗАО «УКС» и ГУП «Трансэлектропроект»); основные положения по 3, 4 главам были доложены на сетевой школе по обмену передовым опытом в области эксплуатации и технического содержания опор контактной сети в хозяйстве электроснабжения в г. Екатеринбург в 2002 году; тезисы по 2-4 главам диссертации были доложены на конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора B.C. Лукьянова (ЦНИИС, 2002 г).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 8 научных статьях и в 2 патентах на полезную модель.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений.
Работа изложена на 146 страницах печатного текста, включает 52 рисунка и 20 таблиц. Список литературы содержит 62 наименования. Приложения включают 16 страниц текста и 2 таблицы.
