авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Эффективность применения теплоизоляции земляного полотна на пучинистых участках железнодорожного пути

-- [ Страница 2 ] --

В зависимости от осевой нагрузки к свойствам теплоизоляционного материала предъявляются различные требования и на этом основании железнодорожная сеть Немецких железных дорог разделена на три зоны воздействия холода, где рекомендуемая толщина изоляционного покрытия составляет от 30 до 50 мм.

Шведские железные дороги также установили для своей железнодорожной сети необходимую толщину изоляционного слоя. Она составляет от 50 до 140 мм.

Накопленный опыт позволил разработать международные нормы по защите железнодорожных линий экструдивными плитами из жестко-вспененного полистирола.

Теплоизоляционные слои на железнодорожной насыпи со щебеночным балластом укладываются двумя различными способами: с щебеночно-песчаными слоями над и под теплоизоляционным слоем при строительстве новых железнодорожных линий и их реконструкции, а также прокладкой в щебеночном балласте в ходе очистки железнодорожного полотна.

В ходе укладки щебеночно-песчаных слоев при строительстве новых железнодорожных линий и их реконструкции изоляционный слой располагается между двумя холодоустойчивыми щебеночно-песчаными слоями.

Работы ведутся в следующей последовательности: на подготовленную поверхность укладывается щебеночно-песчаный слой, на нем размещаются «стиродуровые» плиты, сверху укладывается второй щебеночно-песчаный слой толщиной около 10 см. Затем наносится щебеночный балласт и укладываются шпалы.

При прокладке изоляционных плит в ходе очистки железнодорожного полотна защитный песчаный слой не может быть уложен ни над теплоизоляционным слоем, ни под ним. Для того, чтобы компенсировать возможные потери теплоизоляционного эффекта, вызываемые повреждением поверхности плит при вдавливании щебеня, толщина изоляционного слоя увеличивается не менее, чем на 10 мм.

Во втором разделе выполнен анализ результатов борьбы с пучинными деформациями с помощью пенополистирола на Западно-Сибирской железной дороге.

Западно-Сибирская дорога проходит по зоне глубокого сезонного промерзания и потенциально возможного образования многолетнемерзлых толщ в процессе хозяйственного освоения территории. Глубина сезонного промерзания колеблется от (0,3…0,8)м на торфяниках до (2,0…2,5)м в песчаных и глинистых грунтах.

Основными особенностями инженерно-геологических и климатических условий района являются следующие:

  • равнинность территории со сглаженными формами рельефа;
  • основными водоразделами являются материковые возвышенности с небольшой разностью высот;
  • достаточно высокая залесенность территории, причем лес в основном смешанный;
  • наличие заболоченных участков: суммарная площадь болот и озер достигает 30%, что объясняется равнинностью рельефа, плохим поверхностным и подземным стоком воды, относительным обилием атмосферных осадков;
  • близкое к поверхности земли, особенно в пониженных формах рельефа, залегание грунтовых вод, режим которых существенно зависит от выпадения осадков, вследствие чего значительную протяженность имеют участки сырых и мокрых оснований насыпей;
  • повсеместное распространение глинистых грунтов, имеющих, как правило, повышенную влажность и высокий показатель текучести: в 27% случаев отбора проб их консистенция мягкопластичная;
  • суровость климата с морозами до минус (30…40) градусов Цельсия, вследствие чего глубина сезонного промерзания грунтов, особенно на открытой от снега поверхности, может превышать 2,5 м от поверхности балластной призмы.

Для разработки проектов ремонта пути в “Сибжелдорпроект” ОАО «РЖД» выполнено инженерно-геологическое обследование земляного полотна по «Программе инженерно-геологического обследования» в соответствии с требованиями действующих нормативных документов. Промер балласта производился на полную мощность с помощью проходки шурфов глубиной 1,5 м по оси пути через каждые 100 м. Из шурфов с шагом 300 м сделан отбор образцов грунта из-под балласта.

В результате выполненных работ составлены инженерно-геологические профили, на которых имеется полная информация о виде и толщине напластований балластных материалов на каждом пикете, о виде и состоянии грунтов земляного полотна и основания.

На стадии разработки проекта производился подробный анализ продольного профиля и разбивка его на расчетные участки с одинаковыми условиями, к которым относятся: тип земляного полотна, вид и состояние (интенсивность пучения) грунтов земляного полотна и основания, характер напластований и мощность балластных материалов, величина проектной подъемки или срезки.

В зависимости от вида грунта, числа пластичности, плотности в сухом состоянии, естественной влажности и влажности на границе текучести определялись: коэффициент теплопроводности, объемная теплоемкость для талого и мерзлого состояний и теплота фазовых переходов для каждого грунта, которые необходимы для теплотехнических расчетов.

При усиленном капитальном ремонте пути верхний, как правило, асбестовый, слой балласта заменяется на щебень твердых пород, что может привести к значительному увеличению глубины промерзания и влажности глинистых грунтов земляного полотна, а значит и величины пучения. Рекомендуемая ЦПИ24 методика расчета толщины теплоизолирующих покрытий не учитывает такого важного фактора, как наличие в балластном слое асбеста, что приводит к значительному увеличению объема пенополистирола.

Алгоритм, реализующий метод решения системы дифференциальных уравнений теплопроводности применительно к расчету процессов промерзания и оттаивания грунтовых оснований, был впервые предложен к.т.н. Палькиным Ю.С. в 1966 году. Далее он прошел широкую апробацию при прогнозе теплового состояния проектируемых транспортных объектов – земляного полотна, зданий, мостов, водопропускных труб на железнодорожных линиях Сибири и Востока страны. В 1999г. в “Сибжелдорпроекте” по этому алгоритму была разработана программа «Led-IА».

Программа позволяет определять температуры грунта на любой период промерзания при одномерном процессе теплопередачи в системе «атмосфера – балластная призма - теплоизоляция – грунт». Фактически температурное поле в земляном полотне формируется в результате двухмерного процесса теплопередачи с учетом горизонтальных теплопотоков. Однако, влияние этих теплопотоков существенно меньше, чем теплопередача по вертикали. Если при этом учесть, что точность воспроизведения nмерного пространства в тепловых задачах должна соответствовать точности назначения исходной информации, которая принимается в практических расчетах с известной степенью приближения, правомерность применения одномерной схемы промерзания вполне оправдана.

Имея всю исходную информацию, легко решается задача о глубине промерзания, и, соответственно, величине пучения любого подрельсового основания. Мощность пенополистирола, принятая к укладке, определена как уточненная расчетная с запасом на вдавливание щебня (1см) и кратная толщине поставляемого пенополистирола «Стиродур» типа RHS (40, 50, 60 мм). Результаты расчетов выдаются в табличной форме, где показаны: границы участков; вид, последовательность напластований и толщина балластных материалов, теплоизоляции, грунтов; глубина промерзания общая и глинистых грунтов; интенсивность пучения; величина пучения.

В настоящее время анализ существующего и прогноз послеремонтного водно-теплового режима земляного полотна на Западно-Сибирской железной дороге производится по описанной выше методике.

В 1999 г. кафедрой «Путь и путевое хозяйство» СГУПС под руководством профессора Щепотина Г.К. были выполнены инструментальные наблюдения за опытными участками, на которых были уложены покрытия из пенополистирола. Сравнение результатов натурных исследований глубины промерзания любого подрельсового основания с расчетными показало хорошее совпадение расчетных и фактических данных. В частности, по измерениям на Называевской дистанции пути отличие натурных измерений от расчетных составило не более 11%.

Кроме обоснованного назначения толщины и ширины теплоизоляции важным условием ее эффективности является правильное проектирование сопряжений противопучинного устройства с соседними участками. Сопряжения выполняются за счет уменьшения толщины и (или) ширины слоя тепловой изоляции, а также укладкой пенополистирола с постепенным увеличением зазора между плитами.

Длина сопряжения L определяется расчетной величиной равномерного пучения Рр у краев теплоизоляционного покрытия и допустимым уклоном отвода рельсовых нитей.

Наиболее распространенная технология проведения капитального ремонта включает шесть этапов:

  1. Подготовительные работы.
  2. Основные работы.

- вырезка загрязненного балласта машиной RM 80;

- разборка существующей рельсошпальной решетки;

-срезка, планировка и уплотнение верхнего слоя балластной призмы комплексом автотракторной техники;

- укладка новой рельсошпальной решетки с инвентарными рельсами и звеньевого пути;

- укладка тепловой изоляции из плит пенополистирола;

- балластировка пути новым щебеночным балластом.

  1. Отделочные работы.
  2. Замена инвентарных рельсов на рельсовые плети.
  3. Ввод рельсовых плетей в расчетный интервал температур
  4. Шлифовка рельсов.

До начала выполнения основных ремонтно–путевых работ в подготовительный период демонтируются стеллажи покилометрового запаса рельсов, снимаются путевые и пикетные знаки. Путевым стругом производится срезка загрязненного балласта с обочины земляного полотна и откоса балластной призмы. Подготавливаются места для въезда на путь и съезда с него землеройной техники. Производится опробование и смазка стыковых болтов. Подготавливаются места для зарядки машины ВПО3000. Производится детальная разбивка трассы с выноской проектных отметок на опоры контактной сети.

Перед началом работы машины RM 80 производится подъемка рельсошпальной решетки машиной ВПО-3000 и подготавливается место для зарядки выгребного устройства щебнеочистительной машины.

При вырезке загрязненного балласта машиной RM 80 по слою старого балласта устраивается срез с уклоном 0,04 в сторону обочины на глубине 40 см под шпалой. Загрязненный балласт отгружается в состав из ПУ. Затем транспортируется в отвал с последующей отвозкой в хранилище.

Исправление искажений продольного профиля, в основном, выполняется машиной RM 80 при срезке верхнего слоя балластной призмы и подготовке постели для укладки звеньев. Окончательная выправка пути производится в отделочных работах (третий этап).

Анализ опыта применения противопучинных мероприятий на железных дорогах с учетом результатов борьбы с пучинами на Западно-Сибирской дороге показал, что использование пенополистирольных покрытий в конструкции верхнего строения пути является наиболее перспективным направлением ликвидации пучинных деформаций. В то же время имеется ряд малоизученных вопросов, что нередко приводит к неоправданному завышению объема пенополистирола или неэффективному его применению.

В частности, не выявлены рациональные сферы теплоизоляции основной площадки в сочетании с ее гидроизоляцией в зависимости от величины пучения; при назначении толщины пенополистирола, не учитывается наличие в промерзающем слое грунта зоны пассивного пучения, формирующейся при температуре близкой 00С в конце зимнего периода; отсутствует практика использования асбестовых отходов в совокупности с покрытием из пенополистирола.

Выполненная работа является попыткой решения данных вопросов применительно к условиям Западно-Сибирской дороги. Исследования включали в себя наблюдения за промерзанием подрельсового основания на опытном участке, геодезические измерения на линии с уложенным покрытием и математическое моделирование процессов промерзания на персональном компьютере.

В третьем разделе изложена методика и приведены результаты экспериментальной части работы.

Для измерения температуры по глубине подшпального основания использована методика дистанционного определения величин электрического сопротивления грунтов с помощью медных электрических датчиков температуры (ЭДТ).

Комплект для полевого измерения температуры грунтов в скважинах представляет собой гирлянду (сборку) электрических датчиков температуры, закрепленных на несущем шнуре в соответствии с глубиной точек измерения

После установки термоплети в скважину необходима ее выдержка (1…1,5) часа для восстановления теплового равновесия между ЭДТ и грунтом. После этого при помощи декадных переключателей снимаются показания сопротивлений электрических датчиков температур, а далее вычисляется температура по формуле:

,

где t – вычисляемая температура, оС;

Rt – измеренное электрическое сопротивление, Ом;

R0 – номинал сопротивления электрического термометра, Ом, при температуре 0оС;

S – коэффициент чувствительности, полученный в результате градуировки термометров (индивидуальная поправка на "место нуля" электрического термометра), Ом/оС.

В октябре 2001г. на двухпутном электрифицированном участке железнодорожной линии Кабинетное – Коченево в районе о.п. Лесная Поляна на пк 32723+80,00 было выполнено бурение трех наблюдательных скважин глубиной 3,0 м с последующей обсадкой металлическими трубами.

В процессе бурения отбирались монолиты и образцы грунта через 0,5 м, для которых в лабораторных условиях устанавливались следующие параметры:

- природная влажность;

- пределы пластичности;

- гранулометрический состав;

- реакция с соляной кислотой.

Земляное полотно представлено насыпью высотой более 3,0 м. Откосы насыпи устойчивы, задернованы, покрыты шлейфовыми отложениями.

На момент обследования по I пути в сентябре 2001г. выполнен капитальный ремонт с заменой асбеста на щебень и укладкой пенополистирола толщиной 6 см. По II пути капитальный ремонт был выполнен в 2000 г. без укладки пенополистирола. Балластная призма по оси I пути однослойная, по оси II пути – двухслойная.

Балластные отложения песчано-гравийные толщиной (30…65) см.

Суммарная мощность вновь уложенного и старого балласта от верха шпалы (128…157) см.

Грунты земляного полотна представлены суглинками тяжелыми пылеватыми черно-бурого цвета с включениями почвы, вскрытой мощностью (1,43…1,72) м.

Суглинки тяжелые пылеватые с числом пластичности 0,13…0,17 при влажности на границе текучести 0,32…0,38, раскатывания 0,16…0,25. Грунты средней степени водонасыщения (коэффициент водонасыщения 0,75…0,78) и насыщенные водой (коэффициент водонасыщения 0,83…0,85). По показателю текучести суглинки, преимущественно, полутвердой консистенции (показатель текучести 0,06…0,25), реже тугопластичной (показатель текучести 0,31…0,50) и мягкопластичной (показатель текучести 0,63). Плотность грунта составляет (1,81…1,93)г/см3, плотность сухого грунта (1,46…1,57) г/см3, коэффициент пористости 0,739…0,870.

Скважинами глубиной 3,0 м грунтовые воды на момент обследования не вскрыты.

Слагающие земляное полотно полутвердые суглинки при природной влажности на момент обследования – слабопучинистые, реже среднепучинистые, тугопластичные суглинки – средне и сильнопучинистые, мягкопластичные – чрезмернопучинистые.

Для измерений были использованы три термоплети. На каждой термоплети через 0,5 м. расположены шесть ЭДТ. В качестве измерительного прибора был использован лабораторный мост сопротивления Р 4833 с классом точности 0,02/1,5х10-4 Ом.

Измерения температуры грунтов проводились с декабря 2001 г. по март 2002 г. один раз в месяц. По результатам измерений и вычислений построены графики изменения температур по глубине скважин для каждого измерения (рис.1). Построены также температурные поля в поперечном профиле земляного полотна на каждую из дат измерений.

Из полученных данных видно, что в декабре, в связи с резким похолоданием и из-за небольшого снежного покрова, произошло интенсивное промерзание верха балластного слоя (чистого щебня) на глубину более 0,5 м, то есть в промерзшую зону попал и пенополистирол, и асбест. На данном этапе их теплоизолирующая роль практически не проявляется. В январе интенсивность морозного воздействия снизилась, мощность снежного покрова увеличилась, и скорость промерзания уменьшилась. Причем, на II пути отрицательные температуры практически достигли грунта основания земляного полотна. В феврале каких-либо заметных изменений ни в средней температуре воздуха, ни в измеренных температурах в скважинах не произошло. В марте ситуация коренным образом не изменилась: на втором пути отрицательные температуры проникли в грунты земляного полотна, а под пенополистиролом на поверхности грунтов основной площадки минимальная температура не достигла отрицательных значений и составила около 0,50С.

С декабря 2002 г. по март 2003 г. один раз в месяц проводилось нивелирование отметок головки рельса наружной нити обоих путей опытного участка (по 150 м в каждую сторону от рассматриваемого поперечника – 6 звеньев).

Нивелирование производилось геометрическим способом из середины при максимальном расстоянии нивелирования (100…150)м в каждую сторону. В качестве измерительного прибора был использован нивелир Н-3К, рейка типа РН­ 3.

В декабре, январе и феврале пучинных деформаций отмечено не было. В марте по второму пути на протяжении 100 м было отмечено равномерное пучение с высотой горба 5…7 мм.

В четвертом разделе описано расчетное моделирование промерзания подрельсового основания на персональном компьютере. В настоящее время при усиленном капитальном ремонте пути верхний, как правило, асбестовый слой балласта заменяется на щебень твердых пород, что, учитывая теплотехнические

Изменение температуры грунтов по глубине по данным наблюдений

Наклонная скважина; Ось I пути; Край шпалы II пути.


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.