Введение к работе
Актуальность работы. Опыт транспортного освоения территорий показывает, что наиболее сложные задачи в управлении строительством и дальнейшим функционированием автомобильных дорог возникают в районах со специфическими ландшафтно-климатическими и инженерно-геологическими условиями, к каковым, в частности, относятся горные территории, строительство и эксплуатация различных сооружений в которых характеризуются высокой степенью геоэкологической и геодинамической напряженности и связаны с чрезвычайно большими материальными затратами и трудоемкостью. Вместе с тем очевидна и общепризнанна необходимость усиления охраны горного рельефа из-за роста опасности его существенного негативного изменения.
Анализ проектов сооружения автомобильных дорог, расположенных в высокогорной зоне, показывает, что имеющаяся в распоряжении строительных организации инженерно-геологическая и геоэкологическая информация дает основу для решения, в основном, задачи приспособления проектируемых сооружений к относительно статичным условиям. При этом задачи защиты дорог от опасных природных явлений, связанных с сильным распространением явлений эрозии, проявлением слабой устойчивости склонов, таких как оползни, землетрясения, паводки, сели, лавины и т.п. решаются лишь частично и преимущественно на основе визуальной информации. Недостаточность методов и средств для решения этих задач приводит к большим трудностям в управлении транспортным освоением горных территорий, что снижает его эффективность. Тенденция к увеличению объемов дорожного строительства в местах с особо сложными условиями, в которых невозможно или нерационально применение типовых конструктивных и технологических решений лишь обостряет проблему. Типизация принимаемых внутри каждой группы особых условий решений, когда комплексные методы оценки воздействия на окружающую среду не находят широкого применения для прогнозирования последствий строительства, не привели к улучшению экологического состояния природной среды. Проблема изучения взаимосвязи между антропогенными видами деятельности и их экологическими последствиями не только остается открытой, но и усиливает к себе внимание.
«ЖИВШИ : СКА {
Актуальность проблемы, исследуемой в настоящей работе, обусловлена, таким образом, необходимостью обеспечениЮПрНДЛрІЖЖЖСНМ» И эксплуата-
библкатЕм
СПСМ|
ции автомобильных дорог в горньж условиях максимальной экологической безопасности, определяемой способностью окружающей среды противостоять воздействию на нее дестабилизирующих факторов, способных нарушить равновесное состояние окружающей среды и её ресурсоемкости, а также технической безопасности, рассматриваемой как способность технической системы -автодороги - противостоять нарушению ее работоспособности под влиянием конструктивных недоработок и внешних воздействий.
Цель работы состоит в разработке методов оценки воздействия на окружающую среду строительства и эксплуатации автомобильных дорог в горньж условиях и выбора на основе всестороннего сопоставления альтернатив строительства оптимального проектного варианта дороги, а также в разработке моделей и алгоритмов адаптации трассы к горному рельефу, обеспечивающих заданный уровень устойчивости дорожного полотна, что по своей совокупности представляет собой реализацию двухуровневой системы управления строительством автомобильных дорог в горньж условиях.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
-
Разработать общую концепцию выбора оптимального варианта трассы из множества альтернативных как решение многокритериальной задачи.
-
Осуществить градацию целей с критериями оценки их достижения и систематизировать процедуру оценки по каждому показателю.
-
Обобщить известные методы геотехнических расчетов устойчивости склонов и откосов и разработать методику количественной оценки устойчивости дорожного полотна на горном склоне применительно к задаче трассирова-ниядороги.
4. Разработать методы оптимизации применения конструктивно-
технологических решений, обеспечивающих устойчивость дорожного полотна
нагорном склоне.
-
Разработать компьютеризованную методику оценки и выбора оптимального варианта дороги и методику проложения оптимальной трассы на горном склоне.
-
Выполнить экспериментальную проверку разработанной методики на конкретном объекте.
Основная идея работы заключается в предложении двухуровневой системы принятия решений в деле строительства автомобильных дорог. Первый уровень представляет собой исследование, заключающееся во всестороннем сопоставлении альтернатив строительства с уделением особого внимания раз-
работке комплексных методов оценки воздействия на окружающую среду и выбора оптимального варианта автомобильной дороги. Второй предполагает организацию строительства, обеспечивающего максимальную адаптацию трассы автодороги к горному рельефу на основе использования геологического подхода к оценке степени влияния строительства дорог на устойчивость горных территорий.
Методы исследования. Работа выполнена с привлечением основных положений системного анализа. Включает математический анализ, математическое моделирование, методы теории многокритериальной оптимизация. Применены результаты исследований в области геологии, ландшафтной геофизики, экологии.
Научная новизна и значимость работы заключаются в следующем: 1. Предложен новый метод решения многокритериальной задачи оценки и выбора оптимального альтернативного варианта дороги в условиях горного
2. Разработана процедура оценки полезности альтернативных вариантов строительства с разделением района планирования на экологические ландшафтные единицы, что позволяет более эффективно производить сравнительный анализ показателей функционирования дорог.
3. Построена математическая модель устойчивости склона, адаптированная к задаче поиска расположения оси трассы, обеспечивающего требуемую степень устойчивости дорожного полотна на горном склоне.
-
Усовершенствована методика назначения проектного варианта трассы и выбора оптимального положения трассы дороги на горном склоне.
-
Построены алгоритмы принятия решений для оценки и выбора проектного варианта горной дороги и трассирования.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена аналитическими выкладками, а также результатами практического использования предложенных в диссертации методик, алгоритмов и программных средств.
Практическая значимость. Результаты исследований являются значительным вкладом в теорию оптимизации проектных решений в деле управления состоянием автомобильньж дорог в горной местности. Впервые предложена оптимизационная модель, адаптированная к задаче минимизации экологической нагрузки, для оценки и выбора альтернативы дороги методом поиска варианта, ближайшего к «идеальному». Усовершенствована методика трассиро-
вания, ориентированная на повышение надежности проектных решений и снижение расходов на строительство.
Систематизация и обобщение большого фактического материала в этой области дали возможность решить ряд задач, имеющих как научное, так и практическое значение для правильного определения характера взаимодействия автодороги с окружающей средой и с целью предотвращения развития опасньж природных и природно-техногенньж процессов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и практические результаты обсуждались на научно-технических конференциях Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета) (1999 - 2002 г.г.); на международных научно-практических конференциях: «Устойчивое развитие горных территорий: проблемы и перспективы развития» (г. Владикавказ, 2001,2004 г.г.), «Информационные технологии и системы: наука и практика» (г. Владикавказ, 2002г.), «Evolutionary Methods for Design, Optimization and Control with Applications to industrial and Societal Problems» (Barcelona, Spain, 2003); «Информационные технологии и системы: новые информационные технологии в науке, образовании, экономике» (г. Владикавказ, 2003 г.)
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 12-ти статьях.
Струю-ура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 90 наименований. Общий объем диссертации составляет 158 страниц текста, включая 24 рисунка и 9 таблиц.
Похожие диссертации на Анализ и разработка математических моделей и алгоритмов оптимизации транспортной нагрузки при освоении горных территорий
