Введение к работе
- 3-
Актуальность. Решение задач, стоящих перед железнодорожным транспортом в настоящее время и на перспективу требует сокращения протяженности деформирующихся участков земляного полотна. Во многих случаях постоянные и длительно действующие предупреждения об ограничении скоростей движения поездов вызваны неравномерными просадками пути, выплесками. При этом наибольшие деформации железнодорожного пути происходят на участках повышенного динамического воздействия поездной нагрузки, особенно, в зоне рельсовых стыков. Образование этих деформаций связано с деформациями грунтов основной площадки земляного полотна и балластного слоя, которые наиболее восприимчивы к воздействию природных и эксплуатационных факторов, а также вибрационных и динамических силовых воздействий, вызванных наличием в эксплуатируемом пути неровностей различного вида.
Продолжающееся увеличение скорости движения поездов, обращение восьмиосных вагонов, имеющийся в практике перегруз четырехосных вагонов наряду с наличием в эксплуатируемом пути деформаций, накапливающихся со временем, неудовлетворительное водоотведение способствуют ухудшению несущей способности грунтов в зоне основной площадки земляного полотна.
Стратегия научно-технической политики Министерства путей сообщения направлена на улучшение работы всех элементов железнодорожного пути, в том числе основной площадки. В "Основных направлениях развития и социально- экономической политики железнодорожного транспорта до 2005 года" отмечено, что для коренного улучшения состояния основной площадки земляного полотна и балластного слоя необходимы разработка и внедрение технических средств и комплексных технологий, а также высокопроизводительных машин и механизмов по глубокой очистке балластной призмы с усилением зоны основной площадки земляного
полотна. Изменение норм по ширине основной площадки земляного полотна, внедрение различных способов усиления основной площадки позволяют снизить остроту проблемы. Многократно производимые подъемки пути в связи с просадками привели к образованию балластных шапок на земляном полотне, что также способствует уменьшению деформируемости грунтов собственно земляного полотна. Наиболее широкое распространение получает применение нетканого синтетического материала, пенополистиролъ-ных покрытий, гидроизоляционных пленок, что в целом улучшает состояние земляного полотна. Однако, одной из серьезных проблем остается неравномерность загружения основной площадки на различных участках пути, в том числе в зоне рельсовых стыков, где в результате повышенных динамических воздействий на стыковые шпалы происходит интенсивное накопление остаточных деформаций пути, что, в свою очередь, усиливает нагрузку на примыкающие к стыку участки. Важнейшей задачей для снижения деформаций грунтов в зоне основной площадки является выбор технических решений, обеспечивающих снижение неравномерных как силовых, так и вибрационных, воздействий на основную площадку земляного полотна,.
В соответствии с научно-техническими программами "Разработка и внедрение комплекса методов и способов по обеспечению эксплуатационной надежности земляного полотна железных дорог" (на 1987-1995 гг.) и "Разработка и внедрение комплекса методов, способов, технологий диагностики состояния и усиления земляного полотна и балластного слоя железных дорог Российской Федерации" (на 1994-2000 гг.), утвержденной ЦП МПС 13.12.1994 г., планами научно-исследовательских работ ВНИИЖТа выполняется значительный объем работ.
Цели и задачи исследования. Целью данной работы является разработка технических решений по усилению основной площадки земляного полотна в зоне рельсовых стыков на основе исследований
динамического воздействия подвижного состава и армирующих свойств геотекстильных материалов.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
1. Экспериментальное установление показателей
напряженного состояния и вибраций грунтов в зоне основной
площадки земляного полотна при диапазоне скоростей движения от
10 до 70 км/ч и осевых нагрузок 4-х осных грузовых вагонов 56, 160,
210, 230, 250, 270, 300 кН/ось, а также при воздействии восьмиосных
вагонов.
2. Исследование характера изменения параметров
напряженного состояния и вибраций грунтов на уровне основной
площадки вдоль пути от стыковых шпал к средней части звена по
мере увеличения пропущенного тоннажа во всем диапазоне
указанных скоростей движения и нагрузок.
3. Оценка влияния на показатели напряженного состояния и
вибрации грунтов основной площадки земляного полотна сочетания
неблагоприятных эксплуатационных факторов в стыковой зоне
(силовых и геометрических неровностей на рельсовой колее) с
последующими стендовыми испытаниями прочностных свойств
грунтов при условиях, близких к реально имеющим место в пути.
4. Исследование эффективности усиления основной
площадки геотекстильными материалами при указанном диапазоне
нагрузок, скоростей движения с ростом пропущенного тоннажа до 50
млн.т.брутто, установление влияния прочностных и деформативных
характеристик различных геотекстильных материалов, в том числе
стеклопластиков, на их армирующую способность и снижение
вибраций.
Научная новизна. 1) Установлена необходимость учета при оценке динамических воздействий подвижного состава на основную площадку земляного полотна как силовых (в том числе, короткоимпульсных), так и вибрационных показателей ее состояния;
2) Получены зависимости показателей напряженного состояния и вибраций грунтов основной площадки земляного полотна в зоне рельсовых стыков при различном состоянии пути от значений осевых нагрузок 4-х осных и 8-ми осных грузовых вагонов; 3) Обосновано применение геотекстильных материалов с высокой прочностью на разрыв и небольшим относительным удлинением с целью снижения напряжений и вибраций фунтов в зоне основной площадки земляного полотна и выравнивания силовых воздействий как вдоль пути, так и в поперечном сечении.
Практическая ценность работы. Доведен до практического применения способ усиления основной площадки земляного полотна армирующими материалами в местах наиболее интенсивного динамического воздействия от поездной нагрузки - в зоне рельсовых стыков, уравнительных пролетов бесстыкового пути, на участках обращения вагонов с повышенными осевыми нагрузками, восьмиосных вагонов и целесообразная глубина их укладки. Результаты исследований используются проектными организациями при разработке мероприятий по усилению основной площадки земляного полотна, в том числе с целью подготовки его под скоростное движение и при введении вагонов с повышенными осевыми нагрузками, дистанциями пути при осуществлении мероприятий по устранению деформаций грунтов основной площадки земляного полотна в период проведения ремонтов пути.
Реализация и апробация работы. Результаты исследований нашли применение в составе "Указаний по техническим решениям по усилению и стабилизации основной площадки земляного полотна на участках обращения вагонов с повышенными осевыми и погонными нагрузками, тяжеловесных и длинносоставных поездов", утвержденных Главным управлением пути (ЦП) МПС 18.12.1992 г., используются проектными организациями при разработке методов усиления земляного полотна.
Основные положения и результаты работы были доложены на Всесоюзных научно-технических конференциях "Обеспечение
-7-эксплуатационной надежности земляного полотна железных дорог" (Москва 1989, Ленинград, 1991), на VII Всесоюзной конференции по динамике оснований, фундаментов и подземных сооружений (Днепропетровск 1989), на XXXVI научно-технической конференции кафедр ХабИИЖТа с участием представителей железных дорог и предприятий транспортного строительства (Хабаровск 1989), на научно-практической конференции "Проблемы изысканий, проектирования, строительства железных дорог и содержания железнодорожного пути" (Москва 1990).
В 1995 году на участке Московско- Рижской дистанции пути Московской железной дороги внедрены результаты исследований по усилению основной площадки земляного полотна армирующей конструкцией из стеклопластика, в том числе в сочетании с нетканым синтетическим материалом "Дорнит" в период проведения капитального ремонта пути с целью снижения просадок, активизирующихся в периоды весеннего оттаивания грунтов, а также в местах неравномерных упругих и остаточных осадок рельсовых нитей на подходном участке к мосту.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов по каждой главе, общих выводов и предложений, списка литературы и приложения, содержит 90 страниц основного текста, 52 . рисунка, 32 таблицы. Список литературы включает 167 наименований.
