Введение к работе
Актуальность работы
Инновационное направление развития железнодорожного транспорта, в т.ч. и путевого хозяйства, до 2030 года, связанное с организацией скоростного и высокоскоростного движения, организацией пропуска поездов с повышенными осевыми нагрузками и тяжеловесных поездов, диктует создание новых конструкций пути и технологий их обслуживания, а также совершенствование существующих конструкций пути для обеспечения безопасности движения поездов с максимально возможными скоростями и осевыми нагрузками при оптимизированных затратах на техническое обслуживание пути и подвижного состава. Одним из направлений в обеспечении надежной работы конструкции пути является применение в ней геосинтетических материалов.
Начиная со второй половины 90-х годов прошлого века на сети железных дорог России геосинтетические материалы (геотекстиль, георешетка, геоячейки и т.д.) уложены примерно на 12 тыс. км пути, из которых около 10 тыс. км – геотекстиль, при этом ежегодно объем укладки геотекстильного материала в конструкцию пути составляет около 1 млн. м2 на путях общего пользования.
Укладка геотекстиля в путь выполняется при новом строительстве, реконструкции и ремонте пути с глубокой очисткой балластного слоя.
Исследования позволили установить, что количество неисправностей на участках со среднесетевыми условиями эксплуатации после укладки геотекстиля уменьшается. Однако в ходе исследований было установлено, что в процессе эксплуатации у различных марок геотекстилей происходит интенсивная потеря фильтрационной способности из-за кольматации фильтрационных ходов частицами крупностью < 0,05 мм.
Целью работы является разработка технико-технологических решений по повышению нормативного срока службы геотекстиля, применяемого в конструкции балластной призмы железнодорожного пути.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:
выполнен анализ изменения фильтрационных свойств геотекстильных материалов в течение нормативного срока службы;
выполнен расчет максимально допустимой степени закольматированности геотекстильного материала;
смоделирован процесс образования внутреннего засорителя балластной призмы, являющегося основной причиной кольматации геотекстиля;
определена расчетная приточность к геотекстильному материалу;
определен гранулометрический состав кольматирующих частиц;
разработана методика гидравлического обоснования эффективности технологии обеспечения водопропускной способности частично или полностью закольматированного геотекстиля путем перфорации;
разработана технология проведения перфорации закольматированного геотекстиля с применением машины ВПР-02 и выполнена оценка эффективности этой технологии по методике, разработанной автором диссертации;
выполнен расчет параметров фильтрационного потока к перфорационным отверстиям по закольматированному геотекстилю;
разработаны техническое решение по повышению нормативного срока службы геотекстилей, подверженных кольматированию, и технология устройства защитного слоя из песка для обеспечения фильтрационных свойств геотекстилей в течение нормативного срока службы, а также методика оценки в полевых условиях эффективности этой технологии;
разработана методика подбора гранулометрического состава песка или песчано-гравийной смеси, допустимых к применению в качестве верхнего защитного слоя, обеспечивающего фильтрационные свойства геотекстилей в течение нормативного срока службы;
определен суммарный экономический эффект от применения технико-технологических решений по повышению нормативного срока службы геотекстиля, применяемого в конструкции балластной призмы железнодорожного пути.
Методика исследований.
Диссертационная работа базируется на обширном экспериментальном натурном и лабораторном материале, данных эксплуатационных наблюдений и расчетно-теоретических разработках, связанных с фильтрационной способностью геотекстиля, работающего в качестве разделительного слоя в балластной призме.
Обработка результатов проведена известными статистическими методами. Теоретические расчёты выполнены с использованием как апробированных формул, так и предложенных в диссертации.
Научная новизна.
Смоделирован процесс образования внутреннего засорителя в балластной призме под воздействием вибродинамической нагрузки, что позволило впервые в лабораторных условиях получить данные об интенсивности образования продукта истирания балласта (кольматирующих геотекстильный материал частиц) в результате воздействия на него вибродинамической нагрузки за период нормативного срока службы (30 лет) геотекстильного материала.
Выполнено гидравлическое обоснование защиты от кольматирования (повышение нормативного срока службы) геотекстильных материалов путем устройства защитного слоя из песка определенного гранулометрического состава по разработанной автором методике.
Впервые дана оценка эффективности разработанной технологии обеспечения фильтрационных свойств частично или полностью закольматированных геотекстильных материалов путем их перфорации в полевых условиях.
Достоверность и обоснованность полученных научных результатов.
Научные результаты и рекомендации подтверждаются лабораторными и полевыми экспериментальными исследованиями на действующих участках филиала ОАО «РЖД» «Октябрьская железная дорога» (в течение трех лет), а также результатами моделирования процесса образования внутреннего засорителя в балластной призме под воздействием вибродинамической нагрузки.
Практическую ценность работы составляют полученные результаты и ряд разработанных методик и технологий, а именно:
результаты натурных и лабораторных исследований процесса образования кольматирующих частиц в балластной призме за период не менее нормативного срока службы геотекстильного материала;
методика гидравлического обоснования эффективности технологии обеспечения водопропускной способности частично или полностью закольматированного геотекстиля путем перфорации;
технология проведения перфорации геотекстиля с применением высокопроизводительных путевых машин;
методика оценки эффективности технологии обеспечения фильтрационных свойств геотекстиля путем его перфорации в полевых условиях;
техническое решение по повышению нормативного срока службы геотекстилей, подверженных кольматированию;
методика подбора гранулометрического состава песка или песчано-гравийной смеси, допустимых к применению в качестве верхнего защитного слоя, обеспечивающего фильтрационные свойства геотекстилей в течение нормативного срока службы;
технология устройства защитного слоя из песка для обеспечения фильтрационных свойств геотекстилей в течение нормативного срока службы;
методика оценки в полевых условиях эффективности технологии обеспечения фильтрационных свойств геотекстилей в течение нормативного срока службы путём устройства защитного слоя из песка;
предложения по корректировке межремонтной схемы и сроков.
На защиту выносятся:
Моделирование процесса образования кольматирующих частиц в балластной призме от воздействия вибродинамической поездной нагрузки;
результаты гидравлической оценки эффективности технологии обеспечения водопропускной способности частично или полностью закольматированного геотекстильного материала путем его перфорации;
методика оценки в полевых условиях эффективности технологии обеспечения необходимой водопропускной способности геотекстиля после его перфорирования;
методика подбора гранулометрического состава песка или песчано-гравийной смеси, используемых в качестве верхнего защитного слоя, обеспечивающего фильтрационные свойства геотекстилей в течение нормативного срока службы;
методика оценки в полевых условиях эффективности технологии обеспечения фильтрационных свойств геотекстилей в течение нормативного срока службы путем устройства защитного слоя из песка.
технологии по повышению нормативного срока службы геотекстиля, применяемого в конструкции балластной призмы железнодорожного пути;
Реализация и апробация работы.
Результаты исследований по теме диссертационной работы являлись предметом докладов и обсуждений на следующих конференциях и советах: на X научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» 29-30 октября 2009 г. (МИИТ); на III научно-практической конференции «Перспективы использования современных полимерных материалов в железнодорожном транспорте» 18 ноября 2009 г. (СПбГУ); на Техническом совете Департамента пути и сооружений ОАО «РЖД» ноябрь 2008 г, ноябрь 2009 г, на Техническом совете Октябрьской дирекции по ремонту пути «Путьрем» октябрь 2009 г, на недели науки «Шаг в будущие» апрель 2010 г (ПГУПС); на Международном научно-практическом семинаре «Конструкция железнодорожного пути и вопросы технического обслуживания высокоскоростных магистралей» 3-4 июня 2010 г. (ПГУПС).
По результатам диссертационной работы получены следующие акты ввода в эксплуатацию: 1. Технологический процесс усиленного капитального ремонта бесстыкового пути на железобетонных шпалах с глубокой очисткой балластной призмы машиной RM-80 и перфорацией геотекстиля. 27.11.2009. ОАО «Российские железные дороги» Октябрьская дирекции по ремонту пути «Путьрем» - структурное подразделение Центральной дирекции по ремонту пути – филиала ОАО «РЖД». 2. Технологический процесс усиленного капитального ремонта бесстыкового пути на железобетонных шпалах с глубокой очисткой балластной призмы машиной RM-80 с заменой геотекстиля и устройством над ним защитного песчаного слоя. 27.11.2009. ОАО «Российские железные дороги» Октябрьская дирекции по ремонту пути «Путьрем» - структурное подразделение Центральной дирекции по ремонту пути – филиала ОАО «РЖД»
Основные положения диссертации изложены в статьях, вошедших в сборники трудов III-й Научно-практической конференции «Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство» 4 – 6 марта (МИИТ - РОАТ), Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт 2010» 14-16 апреля 2010 г РГУПС.
Разработка отдельных вопросов велась в рамках НИОКР Департамента пути и сооружений ОАО «РЖД».
Разработана и запатентована конструкция железнодорожного пути, имеющая перфорацию геотекстиля, расположенную вдоль рельсов с обеих сторон (патент № 97737).
Публикации.
Основные научные результаты исследований и положения диссертации опубликованы в 6 научных работах, в том числе в двух источниках, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации.
