12 апреля 2004
Одна из острых проблем в путевом хозяйстве - повышение надежности земляного полотна. Его деформации оборачиваются дорогостоящими перерывами в движении и ограничением скорости поездов, а случается - и бедой, которую не измерить ни потерянными деньгами, ни упущенным временем. Полотно подводит как на состоящих на спецучете у эксплуатационников участках, так и там, где это становится неприятным сюрпризом.
Какими знаниями, опытом и техническими средствами обладают путейцы для решения сложной проблемы? На этот вопрос отвечают доктор технических наук Е.С. Ашпиз (МИИТ) и кандидат технических наук А.Г. Круглый (Департамент пути и сооружений ОАО "РЖД").
Главное - профилактика
Предотвращение неприятностей, связанных с выходом из строя земляного полотна, основано на своевременном выявлении нестабильных участков. Проведение мероприятий по их усилению - задача сложная и трудоемкая. Только профилактика способна исключить серьезные деформации пути, создающие угрозу безопасности движения. Не пропустить момент, предшествующий разрушению, принять эффективные предупредительные меры - значит, сберечь труд и немалые материальные средства.
Решить нашу задачу нельзя, не располагая постоянной объективной информацией о состоянии земляного полотна, о его изменении во времени. Тут не обойтись без системы строгого инструментального мониторинга. Как показывает практика, надзор за полотном, основанный преимущественно на визуальном контроле, зачастую оказывается неэффективным.
В последние годы созданы совершенные средства измерения, диагностики и компьютерной техники, позволяющие создать результативную систему контроля. Первые шаги уже сделаны. Мониторинг начинает внедряться на железных дорогах сети.
К средствам диагностики земляного полотна, позволяющим наладить оперативную оценку его состояния, следует отнести вагон-лабораторию инженерно-геологического обследования (ВИГО). Он оснащен различным оборудованием, позволяющим вести комплексное обследование.
В МИИТе при участии сотрудников института ВСЕГИНГЕО создана система мониторинга для сложных инженерно-геологических условий. Система включает в себя анализ информации, методики необходимого обследования, выделения потенциально опасных участков, а также организацию инструментального контроля земляного полотна, отдельных нестабильных объектов.
В качестве основы для контроля принята фиксация геометрии рельсовой колеи путеизмерительными вагонами. Выявив "подозрительный" участок, производят компьютерную обработку данных о просадках пути по специальной методике, в которой определяются статистические параметры его ровности. По изменению этих показателей во времени (от проходов вагона) делается вывод о степени стабильности земляного полотна, что позволяет засечь начало его деформаций.
На георадар можно положиться
Большие перспективы у радиолокационного метода, хотя применение георадара на наших дорогах только начинается. Метод основан на определении геологических характеристик земляного полотна и его основания с помощью высокочастотных электромагнитных импульсов (создаваемых генератором). Они передаются и принимаются антеннами, расположенными на поверхности грунта. По скорости распространения волн и коэффициенту их поглощения грунтом выявляются геологические слои, их форма, расположение границ между ними. Глубина "просвечивания" радиолокационным методом зависит от разрешающей способности георадара и состава грунтовой толщи. Для глин, сильно поглощающих энергию сигнала, это - 3-5 м, для песка - до 25-30 м.
Применение этого метода эффективно для сплошной диагностики протяженных участков. Радару под силу проверка строения основной площадки земляного полотна (на наличие балластных углублений), исследование откосных частей насыпей (определение размеров и расположения балластных шлейфов), выяснение границ торфяных грунтов в основаниях насыпей на болотах, а также мерзлых грунтов.
Система мониторинга, основанная на инструментальном контроле, разработана для высоких насыпей, которым потенциально угрожает сплыв откосов, для участков пути на оползневых косогорах, расположенных на многолетней мерзлоте, а также для закарстованных территорий. Внедрение элементов системы мониторинга осуществлено на объектах Октябрьской, Московской, Северной, Горьковской, Северо-Кавказской, Куйбышевской железных дорог.
Улучшение качества пути без синтетики - это несовременно
При решении задачи усиления и реконструкции земляного полотна в последнее время все более широкое применение находят различные синтетические материалы. Одно из их достоинств состоит в способности эффективно улучшать заданным образом свойства грунтов, создавая условия для их надежной и стабильной работы. Использование синтетики легко вписывается в современные технологии ремонта пути.
Скажем, геотекстиль и пенополистирол применяются для укрепления конструкций полотна уже несколько десятков лет (что закреплено в нормативных документах). Другие материалы (такие, как георешетки и сотовые конструкции) используются на российских железных дорогах пока только в опытном порядке.
Наиболее широко геосинтетические материалы примененяются для повышения надежности основной площадки земляного полотна. Ее грунт работает в сложных условиях, поэтому столь часты дефекты и деформации именно этого элемента, нарушающие геометрию рельсовой колеи, существенно повышающие затраты на содержание пути.
Для основной площадки характерны балластные углубления, обязанные своим появлением недостаточной прочности грунтов. Это вызывает проникновение их мелких частиц в балласт, его интенсивное загрязнение, а также деформации морозного пучения зимой и весенние просадки при оттаивании. Такие деформации наиболее распространены - на их долю приходится около 40% (по протяжению) всех нарушений земляного полотна.
Для ликвидации морозного пучения в шести-восьмичасовые технологические "окна" единственно приемлемым вариантом является укладка покрытий из плит экструдированного пенополистирола. Это делается без снятия путевой решетки при глубокой очистке щебня машинами RМ-80 и СЧУ-800.
Самым распространенным способом повышения стабильности пути при ремонтах в отсутствии деформаций морозного пучения стала очистка старого балласта на глубину, обеспечивающую создание балластной призмы из чистого щебня (толщиной не менее 40 см под шпалами), с укладкой под балласт разделительного слоя из геотекстиля.
Устройство усиливающих основную площадку покрытий из геосинтетиков в комплексе с работой современных щебнеочистительных машин без снятия рельсошпальной решетки предъявляет к этим материалам более жесткие, чем прежде, требования: они должны быть настолько прочны, чтобы выдерживать напряжения, возникающие при укладке щебеночного балласта, а геометрические размеры обеспечивать совместимость их укладки в комплексе с щебнеочистительными машинами.
Чтобы убедиться, насколько надежно усиление основной площадки геосинтетиками на линии Санкт-Петербург- Москва проводилась неоднократная проверка стабильности пути, состояния балластной призмы и материалов покрытий. Результаты проверок подтвердили эффективность конструктивных и технологических решений - отмечено значительное улучшение состояния пути.
Если стоит задача сделать более устойчивыми к деформации слабые грунты рабочей зоны земляного полотна либо повысить стабильность откосов, грунты армируют геосинтетическими материалами, принимающими на себя растягивающие нормальные и касательные напряжения. В таких случаях применяют георешетки или высокопрочный тканый геотекстиль.
На той же линии Санкт-Петербург - Москва для обеспечения необходимой стабильности пути на подходах к мостам с безбалластным полотном были использованы геосетки, что принесло успех.
Переходный участок насыпи на подходе к мосту устраивается посредством замены грунта на щебень, укладываемый с уплотнением между слоями геосеток. Срезка грунта насыпи ведется в каждом сечении на расчетную глубину, обеспечивающую плавное повышение модуля упругости пути. На подготовленное основание укладывается слой геотекстиля, на нем располагаются слои щебня фракций 20-40 мм, укладываемые для исключения боковых деформаций между геосетками. Переменная жесткость вдоль пути создается за счет постепенного уменьшения на 25-метровой длине общей толщины щебеночной засыпки - с 1 м за задней гранью устоя до нуля в конце участка. Толщина единичного слоя щебня между геосетками, обеспечивающая требуемое уплотнение и гарантированное предотвращение боковых деформаций, составляет 20 см.
Малый вес геосеток позволил отказаться от крановой техники. На одном двухпутном мостовом переходе устройство всех четырех участков переменной жесткости осуществлялось в одно технологическое "окно" продолжительностью 12 часов.
В 2000 г. были проведены наблюдения за эффективностью работы семи переходных участков с переменной жесткостью. Точность и стабильность геометрии рельсовой колеи контролировались с помощью путеизмерительного вагона, при проходах нагрузочного поезда; вибрации фиксировали установленные на основной площадке датчики; велась нивелировка продольного профиля пути по головкам рельсов.
Запроектированные мероприятия были выполнены не полностью, однако, несмотря на это, переходный путь с участками переменной жесткости (за исключением зон рельсовых стыков, которые в соответствии с проектом должны быть ликвидированы) полностью отвечает основному критерию по обеспечению силовых уклонов на рельсах. Как показали нагрузочные испытания, упругие просадки находятся в пределах 2 мм, ровность и стабильность геометрии колеи значительно улучшились, вибрации в балласте уменьшены.
"Долгоиграющий" дренаж из полимеров
При усилении земляного полотна в выемках и на нулевых местах важно наладить отвод поверхностных и грунтовых вод. Как правило, существующие водоотводные сооружения (кюветы, лотки, дренажи) находятся в неудовлетворительном состоянии. Существенно снижает трудоемкость и продолжительность работ укладка легких лотков из композитных материалов вместо традиционных железобетонных.
Лотки изготавливаются из стеклоткани, обрабатываемой полиэфирной смолой ПНМ-2. Конструктивно они усилены поперечными ребрами жесткости. Длина лотковых секций установлена из расчета их монтажа вручную и составляет: 6 м - для лотков высотой 0,5 м, 4 м - для 0,75 м и 2 м - для однометровых.
Такие лотки из композитов прошли полный комплекс испытаний, в частности в эксплуатационных условиях зимне-весеннего сезона 1999-2000 гг. на линии Санкт-Петербург-Москва. Подтвердилась их техническая надежность и эффективность.
В конструкциях дренажей привычные трубофильтры с успехом заменяют полимерными трубами. Они дешевле, технологичней при монтаже, надежнее и поддаются прочистке. Трубы и фасонные детали к ним изготавливаются из термопластов.
Пластиковый дренаж укладывается в траншею на глубину 1-2 м, вокруг труб устраивается фильтр с геотекстилем, препятствующий выносу мелких частиц в дренаж. Для контроля уровня воды и возможности прочистки делаются наблюдательные скважины, поэтому в монтажный комплект, кроме самих труб с водоприемными отверстиями, входят соединительные муфты, тройники с наблюдательными скважинами и крышки для них.
© Евразия Вести IV 2004