Введение к работе
Актуальность работы. Актуальность проведения исследований обоснована тем, что огромная территория Дальнего Востока России, занимающая по площади 6,2 млн км2 или 36,4% всей территории РФ, до образования Дальневосточного федерального округа (ДФО) не являлась единым экономическим пространством. В целом регион представлял собой систему со слабосвязанными между собой рынками областного ранга, обусловливающими недостаточное развитие межрегиональных и международных связей.
Для изменения сложившейся ситуации Постановлением Правительства РФ принята Федеральная целевая программа «Экономическое и социальное развитие Дальнего Востока и Забайкалья на период до 2013 г.», одной из задач которой является развитие транспортной системы региона, в том числе за счет развития и модернизации сети автомобильных дорог. Это позволит объединить в региональную транспортную систему хозяйствующие субъекты, обеспечит выход к незамерзающим портам Дальнего Востока, активно включит экономику региона в экономическое пространство стран Азиатско-Тихоокеанского региона (АТР).
К настоящему моменту формирование опорной сети автомобильных дорог Дальнего Востока не завершено, ряд ее участков не имеет устойчивой связи между экономическими районами и федеральным центром. Незавершенность опорной автодорожной сети не позволяет в достаточной мере обеспечивать автотранспортные связи с важнейшими транспортными узлами, аэропортами, железнодорожными станциями, морскими и речными портами, не обеспечивает равные возможности всех административных образований ДФО в транспортной доступности к региональной автодорожной сети и выходу на внутренние и внешние транспортные коридоры.
Резкое возрастание загрузки морских незамерзающих портов Дальнего Востока: Владивостока, Находки, Восточного и других, а также международных автотранспортных пограничных переходов – кардинальным образом изменили функциональное значение региональной сети. Вместо внутритерриториальных перевозок стали преобладать региональные и международные перевозки, возросли загрузка дорог и нагрузки на дорожные конструкции региональной сети.
В то же время транспортно-эксплуатационные характеристики существующих дорог региональной сети не соответствуют нормативным требованиям. Неблагоприятное влияние специфических природно-климатических факторов на дорожные конструкции приводит к тому, что сроки службы автомобильных дорог региона значительно ниже, чем в европейской части страны.
На существующей сети дорог региона не обеспечена эффективная работа международных автотранспортных коридоров, это затрудняет интеграцию транспортной системы региона в работу транспортной системы европейской части страны и стран АТР.
Особой проблемой для всех дальневосточных территорий является обеспечение северного завоза грузов. Создание опорной региональной автодорожной сети круглогодичной эксплуатации позволит снять социально-экономическую напряженность в районах Крайнего Севера, создать требуемый уровень необходимых социальных благ, снизить миграцию населения из этих районов.
В сложившейся ситуации становится очевидным, что точечные, единовременные меры, направленные на повышение эффективности работы отдельных дорог региона, желаемых результатов не дадут. Для создания надежно функционирующей опорной сети автомобильных дорог региона необходимо комплексное решение проблемы ее развития и модернизации, разработанное и научно обоснованное с учетом изменившихся геополитических, социально-экономических и природно-климатических условий Дальнего Востока.
Актуальность темы диссертации подтверждена выполнением научно-исследовательских работ в рамках:
1) подготовки проекта программы модернизации и развития автомобильных дорог Дальневосточного федерального округа в составе Национальной программы модернизации и развития автомобильных дорог Российской Федерации до 2025 г.;
2) выполнения научно-исследовательских работ по заказам: «Дальуправтодора», «Хабаровскуправтодора», «Сахалинуправтодора» и других организаций;
3) работ по реконструкции взлетно-посадочной полосы международного аэропорта г. Хабаровска;
4) разработки региональных дорожных норм, технических указаний и методических рекомендаций на проектирование и модернизацию автомобильных дорог опорной региональной автодорожной сети Дальнего Востока.
Цель и задачи работы. Целью исследований является разработка научного обоснования развития и модернизации региональной автодорожной сети Дальнего Востока для повышения ее надежности в процессе эксплуатации с учетом социально-экономических и природно-климатических условий региона.
Для достижения указанной цели решены следующие задачи:
1. Проведен анализ состояния автомобильно-дорожной сети и перспектив ее модернизации для социально-экономического развития Дальнего Востока.
2. Разработана математическая модель модернизации опорной сети автомобильных дорог в регионе на основе прогноза существующих транспортных связей и многофункционального экономического анализа, для формирования единого транспортного пространства в регионе.
3. Уточнен аналитический метод расчета водно-теплового режима (ВТР) земляного полотна автомобильных дорог Дальнего Востока и обоснованы научные принципы его регулирования.
4. Определены критерии оценки надежности автомобильных дорог в сложных природно-климатических условиях Дальнего Востока при их строительстве, реконструкции и модернизации, а также осуществлено районирование территории Дальнего Востока по нормативным требованиям надежности.
5. Теоретически обоснованы конструктивные параметры региональных автомобильных дорог при их проектировании с учетом природно-климатических особенностей Дальнего Востока.
6. Разработана методика оценки экономических перспектив развития региональной сети автомобильных дорог и возможности активизации инвестиционной политики для привлечения иностранных и отечественных инвесторов в рамках государственно-частного партнерства (ГЧП) в дорожной отрасли региона.
Объектом исследования является автодорожная сеть, состояние и транспортно-эксплуатационные характеристики существующих автомобильных дорог Дальнего Востока, объекты формирования грузообразующих пунктов и транспортных потоков.
Методологической базой исследований являются методы решения оптимизационных задач на основе фундаментальных положений теории вероятности и математической статистики, аналитические методы оценки напряженно-деформированного состояния дорожных конструкций, программные продукты решения прикладных задач.
Научная новизна работы заключается в:
развитии метода имитационного моделирования на графах, с разработкой алгоритма оптимального плана перевозок на сети автомобильных дорог региона с учетом их фактической загрузки, пропускной способности, скорости движения и создании программного продукта для его реализации, разработке начертания опорной автодорожной сети региона с оптимизацией транспортных потоков по основным направлениям автотранспортных коридоров;
уточнении дорожно-климатического районирования региона с выделением подзоны II1 в результате многолетнего мониторинга на климатических постах и опытных участках автомобильных дорог Дальнего Востока;
разработке методики корректировки параметров автомобильных дорог в условиях деструктивного влияния климата и хозяйственной деятельности человека;
получении обобщенных аналитических выражений притока капиллярно-подвешенной и пленочной влаги в условиях неравномерного промерзания дорожных конструкций региона;
установлении расчетных зависимостей вероятностного характера изменения критерия прочности автомобильных дорог региона с определением требуемых значений этого параметра, с заданной надежностью;
осуществлении районирования южной части территории региона по критерию обеспечения прочности с заданной надежностью работы автомобильных дорог региона;
разработке научных принципов регулирования водно-теплового режима, положенных в основу региональных дорожных нормативов и методических рекомендаций на модернизацию автомобильных дорог Дальнего Востока.
Достоверность научных выводов подтверждается применением современных методов расчета, программно-аппаратных средств и современного лабораторного оборудования, уровнем сходимости результатов математического моделирования и измерений фактических величин, большим объемом экспериментальных данных, полученных в результате диагностики транспортно-эксплуатационных характеристик на федеральных автомобильных дорогах Дальнего Востока. Результаты научных исследований получены с применением методов математического анализа и современных программных продуктов для решения инженерных задач (Excel, Mat lab, Borland C ++ Builder и др.). Достоверность полученных результатов подтверждена их внедрением в региональные дорожные нормативы, методические рекомендации и технические условия на проектирование, строительство и модернизацию автомобильных дорог региона.
Практическая значимость диссертационной работы заключается в:
решении оптимизационных задач по развитию и модернизации сети автомобильных дорог с учетом социально-экономических условий развития региона для формирования единого транспортного пространства Дальнего Востока;
реализации методов расчета ВТР автомобильных дорог с учетом особенностей природно-климатических условий и дорожно-климатического районирования территории региона при назначении конструкций автомобильных дорог;
обосновании требуемых значений уровней надежности конструкций автомобильных дорог и их районирование для территории Дальнего Востока;
разработке рекомендаций по конструированию и усилению дорожных одежд для строительства и модернизации земляного полотна автомобильных дорог Дальнего Востока;
разработке предложений по привлечению инвестиций для строительства платных участков автомобильных дорог Дальнего Востока на основе принципов ГЧП.
На защиту выносятся:
- результаты опытно-экспериментальных работ на опытных участках сети автомобильных дорог региона;
- метод оптимизации развития и модернизации сети автомобильных дорог Дальнего Востока;
- аналитический метод расчета и регулирования водно-теплового режима автомобильных дорог с учетом природно-климатических особенностей региона;
- критерии оценки надежности автомобильных дорог в специфических природно-климатических условиях региона;
- рекомендации по проектированию и усилению дорожных конструкций автомобильных дорог региона.
Внедрение результатов работы осуществлено при разработке планов развития и модернизации автомобильных дорог «Дальуправтодора». Результаты исследований включены в региональные технические документы:
1. РДН 218-002-02. Проектирование земляного полотна и дорожных одежд автомобильных дорог Сахалинской области.– Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2002. – 43 с.
2. РДН 218-002-09. Рекомендации по определению оптимальных сроков ограничения осевых нагрузок на региональных или межмуниципальных дорогах Хабаровского края.– Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2009. – 23 с.
3. Методические рекомендации по применению текстильных синтетических материалов для осушения земляного полотна и дорожных одежд автомобильных дорог южной части Дальнего Востока. – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2004. – 17 с.
4. Рекомендации по совершенствованию методов борьбы с пучинами при ремонте автомобильных дорог / НПО Росавтодор. – М.: ЦБНТИ государственного концерна «Росавтодор», 1991.– 87 с.
5. Рекомендации по усовершенствованию мероприятий для ремонта пучинистых участков на автомобильных дорогах Хабаровского ДРСУ / ГП «Хабаровскавтодор».– Хабаровск, 1997.– 22 с.
6. Рекомендации по повышению устойчивости откосов высоких подтопляемых насыпей с использованием ребристых плит.– Хабаровск , 1994.– 24 с.
7. ТУ 5718-002-02067971-2005 «Смеси пористые чернощебеночные для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог Хабаровского края». –Хабаровск: Хабаровскуправтодор, 2005. – 15 с.
8. ТУ 5718-007-02067971-98 «Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон с использованием золы-уноса Благовещенской ТЭЦ Амурской области».
Апробация работы. Вклад автора в исследование проблемы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на десяти международных конференциях и семинарах (1 международном семинаре, 1 международной конференции МАДИ (ГТУ), 5 международных научно-практических конференциях, 2 международных научно-технических конференциях, 1 международной научной конференции) и 7 межрегиональных и региональных конференциях, международных, всероссийских и региональных конференциях.
Основными из них являются:
1. Научно-практическая конференция «Методы решения проблем дорожно-транспортного комплекса г. Хабаровска в условиях переходного периода к рыночной экономике» (Хабаровск, 1999).
2. Научно-техническая конференция «Проблемы дорожно-транспортного комплекса Дальневосточного региона в связи с вводом в эксплуатацию автодорожного проезда по мосту через реку Амур у г. Хабаровска» (Хабаровск, 1999).
3. Научно-техническая конференция «Развитие городской инфраструктуры и земельной реформы в условиях перехода к рыночной экономике» (Хабаровск, 2000).
4. Региональная научно-практическая конференция «Повышение эффективности и качества строительства и ремонта автомобильных дорог в Дальневосточном регионе» (Хабаровск, 2001).
5. 50-я международная научно-методическая конференция МАДИ ГТУ (Москва, 2002),
6. Международный семинар «Развитие региональной автодорожной сети Дальнего Востока за счет повышения сроков службы дорожных одежд» (Хабаровск, 2002).
7. Региональная научно-практическая конференция «Современная практика продвижения современных идей в сфере лизинга на Дальнем Востоке России» (Хабаровск, 2003).
8. Международная научно-практическая конференция «Проблемы развития экономики Дальнего Востока» (Хабаровск, 2003).
9. II-III международные научно-технические конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (Пенза, 2002, 2004).
10. II-III международные научно-практические конференции «Современные перспективы, технологии и материалы для строительного, дорожного комплексов и жилищно-коммунального хозяйства» (Брянск, 2003, 2004).
11. Межрегиональная научно-практическая конференция «Автомобильный транспорт Дальнего Востока и Сибири 2004» (Хабаровск, 2004).
12. Международная научная конференция «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке» (Хабаровск, 2005).
13. Международная научно-практическая конференция «Прогресс транспортных средств и систем – 2005» (Волгоград, 2005).
14. Научно-техническая конференция «Пути повышения эффективности функционирования улично-дорожной сети г. Хабаровска» (Хабаровск, 2005).
15. Международная научно-практическая конференция «Современные технологии усиления дорожных одежд при модернизации и капитальном ремонте автомобильных дорог» (Хабаровск, 2005).
Диссертационная работа является результатом исследований, которые проводились автором в течение двадцатилетнего периода при кафедре «Автомобильные дороги» Тихоокеанского государственного университета (ТОГУ). Исследования включают в себя многолетние натурные наблюдения на климатических постах и опытных участках автомобильных дорог Дальнего Востока, в частности, в южной и центральной частях рассматриваемого региона. В результате чего был накоплен большой статистический материал и проведен непрерывный мониторинг за работой автомобильных дорог региона. Работа выполнялась в соответствии с отраслевыми и государственным программами по заданию Росавтодора России. В диссертацию вошли материалы проведенных автором исследований в рамках работ по заказам: ФГУ «Дальуправтодор», ГУ ДСД «Дальний Восток», «Хабаровскавтодор», «Хабаровскуправтодор», Комитета дорожного хозяйства Приморского края, ГУ «Управтодор Республики Саха (Якутия)». В исследованиях участвовали преподаватели, аспиранты и студенты дальневосточного автодорожного института, специалисты краевых и федеральных автодорожных предприятий, проектных и научных предприятий региона. Ряд аналитических решений в области водно-теплового режима сезонно-промерзающих грунтов были получены в результате многолетней совместной работы с лабораторией СоюздорНИИ и Центральной научно исследовательской лабораторией ЦНИИС, с использованием программ по расчету температурного режима земляного полотна на основе численных методов. На основании этих исследований совместно со специалистами Хабаровского филиала ГипродорНИИ, «Дальуправтодора»и «Хабаровскуправтодора» разработаны региональные нормативно-технические документы на проектирование и модернизацию автомобильных дорог Дальнего Востока.
В проведенных исследованиях по заданию Росавтодора России по теме «Обоснование требований к ширине обочин и типу их укрепления» на основании контракта № Д 031203/1 автором выполнены работы по разделам 1-3,7: «Влияние ширины обочин на водно-тепловой режим земляного полотна и дорожной одежды автомобильных дорог», «Оценка влияния ширины обочин на водно-тепловой режим земляного полотна и дорожной одежды автомобильных дорог», «Обоснование ширины обочин при организации зимнего содержания автомобильных дорог».
Разработанный автором программный продукт «Roads» (подтвержденный свидетельством об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2007614319) «Программа моделирования оптимального плана перевозок на сети автомобильных дорог, минимизирующая общее время перевозок за счет выбора кратчайших незагруженных путей «Roads»») использован при подготовке проекта программы модернизации и развития автомобильных дорог Дальневосточного федерального округа в составе Национальной программы модернизации и развития автомобильных дорог Российской Федерации до 2025 г.
Разработанная в соавторстве конструкция земляного полотна внедрена при проектировании автомобильных дорог региона, вошла в РДН 218-002-02 «Проектирование земляного полотна и дорожных одежд автомобильных дорог Сахалинской области» и защищена патентом № 2288986 «Конструкция земляного полотна».
Разработанный автором проект по привлечению инвестиций для строительства платных участков автомобильных дорог Дальнего Востока на основе принципов ГЧП прошел апробацию в рамках международной программы Sida’s International Training Programme “Road Sector Management” в Швеции и Сербии и получил положительную оценку.
Теоретические разработки и практические результаты исследований, полученные автором, внедрены в период 1999 – 2008 гг. в учебный процесс при подготовке студентов строительных и транспортных специальностей ТОГУ: разработано три учебных пособия (два в соавторстве), два из них с грифом УМО.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 75 научных статей, получен патент, издано три учебных пособия, три монографии.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти глав, выводов, библиографического списка и приложений. Основной текст изложен на 413 страницах машинописного текста и иллюстрирован 86 рисунками и 33 таблицами. Список литературы включает 268 наименований, из них 17 – на иностранных языках.
