Обеспечение работоспособности железнодорожных насыпей на участках обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.06, кандидат технических наук Наумов, Василий Викторович

• Наумов, Василий Викторович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Наумов, Василий Викторович

Содержание стр.

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО УЧАСТКАМ ОБРАЩЕНИЯ ПОЕЗДОВ С ПОВЫШЕННЫМИ ОСЕВЫМИ НАГРУЗКАМИ

1.1 Пути повышения пропускной и провозной способности на особогрузонапряженных участках

1.2 Анализ современного и перспективного полигона обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками

1.3 Анализ исследований по оценке состояния земляного полотна

при воздействии поездов с повышенными осевыми нагрузками

1.4 Московская железная дорога как объект исследования

1.5 Геометрические параметры земляного полотна

1.6 Грунты насыпей с характерными эксплуатационными поперечными профилями

1.7 Нагрузки на земляное полотно

1.8 Выводы по Главе 1

2 МЕТОДИКА ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ НАСЫПЕЙ НА УЧАСТКАХ ОБРАЩЕНИЯ ПОЕЗДОВ С ПОВЫШЕННЫМИ ОСЕВЫМИ НАГРУЗКАМИ

2.1 Методика оценки работоспособности насыпей

2.1.1 Описание методики

2.1.2 Методики определения несущей способности земляного полотна

2.1.3 Методика оценка устойчивости откосов земляного

полотна

2.1.4 Пример оценки работоспособности земляного полотна по предлагаемой методике

2.2 Экспериментальные исследования методики оценки

работоспособности земляного полотна

2.2.1 Методы моделирования

2.2.2 Центробежное моделирование

2.2.2.1 Основы метода

2.2.2.2 Центробежная установка МИИТа

2.2.3 Экспериментальные исследования по оценке методики работоспособности насыпи

2.2.3.1 Цели и задачи эксперимента

2.2.3.2 Подготовка и проведение эксперимента

2.2.3.3 Сравнение экспериментальных и расчетных данных результатов

2.3 Выводы по Главе 2

3 ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ НАСЫПЕЙ НА УЧАСТКЕ ОБРАЩЕНИЯ ПОЕЗДОВ С ПОВЫШЕННЫМИ ОСЕВЫМИ НАГРУЗКАМИ

3.1 Оценка работоспособности насыпей подверженных деформациям

3.1.1 Оценка несущей способности насыпей подверженных деформациям

3.1.2 Оценка устойчивости откосов насыпей, подверженных деформациям

3.1.3 Результаты исследований по оценке работоспособности насыпей подверженных деформациям

3.2 Оценка работоспособности эксплуатируемых насыпей

3.3 Рекомендации по оценке работоспособности насыпей на участках эксплуатации поездов с повышенными осевыми нагрузками

3.4 Выводы по Главе 3

4 ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ НАСЫПЕЙ ПОДВЕРЖЕННЫХ ДЕФОРМАЦИЯМ

4.1 Методы обеспечение работоспособности земляного полотна на участке эксплуатации поездов с повышенными осевыми нагрузками

4.1.1 Мероприятия по снижению интенсивности поездных

нагрузок на земляное полотно

4.1.2 Мероприятия по повышению устойчивости откосов

насыпей

4.2 Мероприятия по обеспечению работоспособности насыпей на исследуемом участке между станциями Вековка - Бекасово -Смоленск БМО

4.3 Выводы по Главе 4

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А АЛГОРИТМ РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ

СПОСОБНОСТИ ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

ПРИЛОЖЕНИЕ Б РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

ПРИЛОЖЕНИЕ В РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ

РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ НАСЫПЕЙ ПО

КРИТЕРИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА

ПРИЛОЖЕНИЕ Г РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОЦЕНКЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ НАСЫПЕЙ НА УЧАСТКЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОЕЗДОВ С ПОВЫШЕННЫМИ ОСЕВЫМИ

НАГРУЗКАМИ

ПРИЛОЖЕНИЕ Д ВАРИАНТЫ УСИЛЕНИЯ ДЕФОРМИРУЮЩИХСЯ НАСЫПЕЙ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обеспечение работоспособности железнодорожных насыпей на участках обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками»

ВВЕДЕНИЕ

Эффективное функционирование и развитие железнодорожного транспорта, составляющего основу транспортной системы страны, играет исключительную роль в создании условий для перехода на инновационный путь развития, устойчивого роста национальной экономики, обеспечения лидерства Российской Федерации в изменяющейся мировой экономической системе [1].

При прогнозируемых темпах социально-экономического развития и намечаемых структурных преобразованиях грузооборот железнодорожного транспорта в 2015 году возрастет по сравнению с 2007 годом на 28,2 процента, а пассажирооборот во всех видах сообщения увеличится на 8 процентов [1].

Для обеспечения устойчивой и эффективной работы железнодорожного транспорта и повышения его безопасности, удовлетворения растущих потребностей населения и экономики страны в перевозках требуется проведение ряда мероприятий:

- строительство приоритетных новых железнодорожных линий;

- модернизация и увеличение пропускной способности существующих железнодорожных линий;

- обновление подвижного состава;

- проведение мероприятий по обеспечению безопасности на железнодорожном транспорте.

Мероприятиями, направленными на модернизацию постоянных устройств и сооружений железных дорог, предусматривается увеличение массы и длины грузовых поездов, скоростей их движения, реконструкция и строительство новых инженерных сооружений и др. В первую очередь, реализацию указанных мероприятий предполагается осуществить на магистральных направлениях, где выполняется примерно 70 процентов грузооборота железнодорожного транспорта.

Увеличение весовых норм поездов, в ряде случаев приводящих к увеличению осевых нагрузок вагонов, является одним из приоритетных мероприятий, позволяющих обеспечить возрастающие объемы перевозок грузов и повысить эффективность работы железных дорог в современных условиях.

Перспективный полигон обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками включает такие направления, как Кузбасс - Северо-Запад, Курган - Волгоград - порты Азово-Черноморского бассейна и Екатеринбурга, Москва - Смоленск (Большое Московское окружное кольцо). Обращение поездов с повышенными осевыми нагрузками предусматривается также на направлении Тайшет- Тында - Комсомольск-на-Амуре - Советская Гавань, на восточной части Транссибирской магистрали и других участках сети железных дорог.

Направление и участки железных дорог, включенные в перспективный полигон обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками, играют важную роль в осуществлении перевозок грузов по сети железных дорог Российской Федерации. В перспективе их значение еще более возрастет, что будет связано как с увеличением перевозок экспортных грузов в направлении портов Северо-Западного и Южного регионов, так и с ростом внутренних перевозок, в частности перевозок угля для обеспечения потребностей энергетики Урала и центра страны. Ожидается, что доля общего грузооборота, осваиваемого на указанных направлениях, возрастет к 2015 году до 40-45 процентов.

В работе под поездами с повышенными осевыми нагрузками понимаются поезда с осевой нагрузкой более 23 тс/ось. Тем самым в работе были приняты следующие величины осевых нагрузок вагонов: 23 тс/ось -обычные условия; 25 тс/ось - новые вагоны; 27 тс/ось - новые вагоны специализированные; 30 тс/ось - осевая нагрузка вагонов на перспективу.

Однако, при указанных преимуществах обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками есть и недостатки. При увеличении

массы поездов и повышении осевой нагрузки возникают деформации земляного полотна, что подтверждено исследованиями в этой области [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8].

Опыт эксплуатации поездов с повышенными осевыми нагрузками показал, что земляное полотно подвержено образованию дефектов и деформаций в зоне основной площадки и откосов.

Существующие методики не в полной мере позволяют комплексно оценивать состояние насыпей, подверженных воздействию поездов с повышенными осевыми нагрузками, и требуются исследования для их совершенствования.

В связи с этим актуальным становится разработка методики оценки и обеспечения работоспособности земляного полотна железных дорог на участках обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками. Данная методика должна включать оценку несущей способности насыпи (с учетом влияния откоса) и устойчивости откосов.

При этом под термином «работоспособность» будем понимать состояние объекта, при котором значения параметров (несущей способности основной площадки и устойчивости откоса насыпи), характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) проектной документации [9]. В данном случае к этим параметрам будем относить недопущение развития или возникновения деформаций (потери несущей способности основной площадки или устойчивости откосов насыпи), в частности на участках обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками.

Цель работы

Целью данной диссертационной работы является разработка методики оценки и способов обеспечения работоспособности земляного полотна железных дорог на участках обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками.

1. Выявлена особенность и закономерность влияния поездов с повышенными осевыми нагрузками на земляное полотно;

2. Разработана методика оценки работоспособности насыпей на участках эксплуатации поездов с повышенными осевыми нагрузками;

3. Проведены экспериментальные исследования разработанной методики;

4. По разработанной методике:

- получены типичные характеристики насыпей по геометрии и сложению грунтами для участков обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками на полигоне Московской железной дороги;

- установлена сфера применения групповых решений насыпей из глинистых грунтов на новых линиях при повышенных осевых нагрузках;

- определена характеристика эксплуатируемых насыпей, требующих усиления при введении движения поездов с повышенными осевыми нагрузками, как по условию несущей способности, так и по условию устойчивости;

- получена зависимость снижения максимальных напряжений на основной площадке земляного полотна от осевой жесткости георешеток при усилении одним и двумя слоями геосинтетика.

Методика исследований

Для решения поставленных задач выполнялись экспериментально-теоретические исследования.

Для анализа свойств грунтов на исследуемом участке, использовалась база данных по грунтам, сформированная в МГУПС (МИИТ). При лабораторных испытаниях грунтов, применялся измерительно-вычислительный комплекс АСИС.

Экспериментальные исследования методики работоспособности насыпи проводились методом физического моделирования на центробежной установке МГУПС (МИИТ).

Для оценки работоспособности насыпи по несущей способности, использовался метод предельного равновесия, а также метод конечных элементов с применением комплекса Р1ах1з.

Достоверность полученных результатов

Достоверность полученных научных результатов подтверждается выполненными экспериментами на центрифуге и численным моделированием по сертифицированной программе.

Научная новизна

Научная новизна работы заключается в следующих основных результатах:

1. Разработана методика оценки работоспособности насыпей на участках обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками;

2. Для условий участков обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками на полигоне Московской железной дороги получены типичные характеристики насыпей по геометрии и сложению грунтами;

3. Определена сфера применения групповых решений насыпей из глинистых грунтов на новых линиях при повышенных осевых нагрузках и найдены характеристики эксплуатируемых насыпей, требующих усиления при введении движения поездов с повышенными осевыми нагрузками как по условию несущей способности, так и по условию устойчивости;

4. Получены зависимости снижения максимальных напряжений на основной площадке земляного полотна от осевой жесткости георешеток при усилении одним и двумя слоями геосинтетика.

Практическая ценность работы

Заключается в применении разработанной методики для проектирования земляного полотна в условиях обращения поездов с повышенными нагрузками как новых линий, так и участков существующих линий, а также оценке

состояния эксплуатируемых насыпей при введении обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками.

Важными для практики являются результаты исследования работоспособности насыпей из глинистых грунтов в зависимости от осевой нагрузки, их геометрических параметров и состояния грунтов.

Использовании рекомендаций по выбору осевой жесткости и количества слоев георешеток для усиления основной площадки насыпей на полигоне Московской железной дороги (Вековка - Бекасово - Смоленск) и варианта повышения устойчивости откосов насыпей за счет применения отсева щебня сухой магнитной сепарации.

Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Путь и путевое хозяйство» МИИТа (20072012гг.); на научно-практической конференции Неделя науки-2008 «Наука МИИТа - ТРАНСПОРТУ» (Москва, МИИТ, 2008 г.); на V ежегодной научно-практической конференции молодых специалистов «Инженерные изыскания в строительстве - 2009» (Москва, ОАО «ПНИИИС, 2009 г.); на Международной научно-технической конференции «Проблемы механики наземного транспорта» (Днепропетровск, ДИИТ, 2009 г.); на V и VII научно-технической конференции «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути» (Москва, МИИТ, 2008, 2010 гг.); на 7-ой Международной конференции по физическому моделированию в геотехнике 2010 (Швейцария, Цюрих, ETH Campus Science City, 2010 г.).

1. АНАЛИЗ ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО УЧАСТКАМ ОБРАЩЕНИЯ ПОЕЗДОВ С ПОВЫШЕННЫМИ ОСЕВЫМИ НАГРУЗКАМИ

1.1 Пути повышения пропускной и провозной способности на особогрузонапряжснных участках

В связи с ростом потребности в перевозе грузов, перед Российскими железными дорогами ставится задача по повышению провозной и пропускной способности.

Предполагается несколько вариантов решений:

Первый вариант - Повышение пропускной и провозной способности за счет увеличения числа вагонов в составе поезда.

В этом случае формируются поезда с большим числом вагонов свыше 70 шт. и общая масса поезда свыше 6000 тонн.

Преимущество таких поездов заключается в том, что это по сути два поезда, следующих друг за другом без разрыва состава. Это экономит время на пропуск таких поездов (по сравнению с пропуском двух обычных) и увеличивает пропускную и провозную способность линии. Опыт эксплуатации поездов с повышенными осевыми нагрузками опробован на Западно-Сибирской, Северной, Северо-Кавказской, Южно-Уральской, Приволжской и Московской железных дорогах. На Московской ж.д. определены основные направления развития движения поездов весом до 9000 т на участках Бекасово — Брянск; Рыбное - Бекасово; Орехово - Бекасово; Орехово - Александров; Бекасово - Люблино. Реализация этой технологии позволяет ежесуточно высвобождать 10 локомотивных бригад и уменьшить эксплуатируемый парк локомотивов на 7 единиц [10].

Недостатком является трудность в организации эксплуатации таких поездов. Кроме того, не все станции приспособлены для их формирования из-за недостаточной длины приемо-отправочных путей, которая должна составлять не менее 1050 метров;

Второй вариант — Устройство дополнительных главных путей с развитием станций.

При развитии станций и перегонов увеличивается пропускная способность линии. Развитие станции предусматривает устройство дополнительных путей на перегоне и на станции, а также удлинение приемоотправочных путей на станции, для приема тяжеловесных длинносоставных поездов. Таким образом, за счет дополнительных путей на перегоне, появляются резервы для пропуска поездов. Так в 2008 году началась реконструкция Череповецкого железнодорожного узла Северной ж.д. (3-го и 4-го главных путей от ст. Череповец - 2, рисунок 1.1) [11].

Рисунок 1.1— Схема проектируемого путевого развития станции Череповец 2

Недостатком такого варианта являются большие объемы работ и большой объем дренирующего грунта для сооружения земляного полотна. В условиях сформировавшейся станции не всегда возможно устройство дополнительных путей.

Третий вариант - Повышение осевой нагрузки вагонов в составе поездов.

Преимущество этого варианта заключается в том, что увеличивается провозная способность без увеличения количества вагонов (без удлинения приемо-отправочных путей), при этом увеличивается средняя масса поезда, и ускоряется продвижение поездопотоков. Совместно с ОАО «РЖД», ВНИИЖТа и Воронежского авиационного предприятия ОАО «Васко» создан вагон с кузовом из алюминиевого профиля грузоподъемностью 81 т и массой тары 18т [12]. Такой вагон позволяет повысить осевую нагрузку до 25 тс/ось (рисунок 1.2). Также, модернизируя и изготавливая новые вагоны, можно повысить осевые нагрузки до 30 тс/ось (рисунок 1.3), что существенно увеличит провозную способность.

Рисунок 1.2 - Вагон из алюминиевого профиля грузоподъемностью 81 т и

осевой нагрузкой до 25 тс/ось

Рисунок 1.3 - Полувагон-хоппер для угля модель 22-4003 (осевая

нагрузка до 30 тс/ось)

Недостатком данного мероприятия является то, что при повышении осевых нагрузкок, на некоторых линиях происходит заметный рост деформаций земляного полотна.

Например, в рамках сетевого эксперимента с 1980 по 1991 годы, при загрузке четырехосных вагонов до 80 тс (25,75 тс/ось) деформации земляного полотна увеличились: - осадки земляного полотна на 50%; - сплывы откоса насыпи на 12%. В наибольшей степени эти деформации проявились на Московской, Красноярской, Северо-Кавказской и других дорогах [8].

В связи с этим предлагается провести анализ современного и перспективного полигона обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками.

1.2 Анализ современного и перспективного полигона обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками

В работе [5] отмечается, что повышение массы поездов является одним из главных направлений освоения возрастающих объемов. Это позволяет уменьшать интенсивность движения на грузонапряженных линиях, улучшить возможности производства ремонтных и строительных работ.

Рост грузонапряженности на дорогах России [5] сопровождается

увеличением протяжений линий, имеющих грузонапряженность более 50 млн. ткм/км брутто в год, которые по интенсивности работы относятся к высокогрузонапряженным. Растет протяженность магистралей с грузонапряженностью 80-120 млн. т. км/км брутто в год и более.

В связи с этим на сети железных дорог Российской Федерации было принято решение о создании маршрутов поездов с повышенными осевыми нагрузками. В частности эти маршруты проходят через Московскую железную дорогу, поэтому в диссертации использованы материалы, относящиеся к Московской железной дороге.

Исследования Д.В. Корнышева [10] показали, что организация движения поездов с повышенными осевыми нагрузками, особенно на Московской железной дороге, является основным резервом увеличения

провозной способности, особенно в период летних пассажирских перевозок и проведения путевых работ, и позволяет при имеющихся «нитках графика» меньшим количеством локомотивов и локомотивных бригад осваивать растущие объемы перевозок.

На Московской дороге определены основные направления развития полигона обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 - Основные направления движения поездов с повышенными осевыми нагрузками на Московской ж.д.

Учитывая, что при эксплуатации поездов с осевыми нагрузками более 23 тс/ось возрастают напряжения на основной площадке земляного полотна [3, 8, 13], следует рассмотреть влияние этих нагрузок на земляное полотно.

1.3 Анализ исследований по оценке состояния земляного полотна при воздействии поездов с повышенными осевыми нагрузками

Развитие полигона движения поездов с повышенными осевыми нагрузками на сети железных дорог, приводит на некоторых участках к увеличению дефектов и деформаций земляного полотна [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]. По данным [2] (рисунок 1.5) наибольший процент дефектов и деформаций

земляного полотна по видам составляют осадки (27,3%), чуть меньше -зауженная ширина основной площадки земляного полотна (25,2%).

12.7

7,1

25,2

■ Крутизна откосов

■ Зауженная ширина

□ Сплывы В Осадки

■ Водоразмывы

□ Обвалы ■ Оползни

□ Сели

■ Балластные корыта □ Пучины

27,3

Рисунок 1.5 - Распределение дефектов и деформаций земляного полотна

по видам за 2008 год (в %)

Из рисунка 1.5 видно, что основным уязвимым местом земляного полотна является его основная площадка.

Большой процент дефектов и деформаций основной площадки земляного полотна связан с влиянием напряжений как от постоянно действующих нагрузок (верхнее строение пути), так и временных нагрузок (поездная). Влияние этих напряжений особенно существенно в рабочей зоне земляного полотна. В работе [14] определена рабочая зона земляного полотна для скорости движения грузовых поездов не более 100 км/ч, которая составляет 4,7 м.

На участках обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками следует обращать особое внимание на основную площадку земляного полотна, где с повышением осевых нагрузок увеличиваются вертикальные напряжения.

Исследованиями в области деформаций земляного полотна занимались многие ученые Е.С. Ашпиз [15], Берестяный Ю.Б. [7], JI.C. Блажко [3], В.В. Виноградов [16], A.A. Зайцев [17], А.Г. Иванов [5], И.С. Козлов [18],

Г.Г. Коншин [19], И.В. Прокудин [20], М.А. Левинзон [6], В.В. Третьяков [4], 10.К. Фроловский [21], Г.М. Шахунянц [22], Т.Г. Яковлева [23] и др.

В работе [3], Л.С. Блажко утверждает, что одновременно с активизацией внедрения в эксплуатацию подвижного состава с повышенными осевыми нагрузками возникли проблемы, связанные в первую очередь с путевым хозяйством. Проведенные исследования показали, что при осевой нагрузке 264 кН/ось на основной площадке земляного полотна были зарегистрированы средние значения напряжений в зоне стыка до 100 кПа и в середине звена до 80 кПа.

В работе М.А. Левинзона [6], были проведены инструментальные обследования с помощью нагрузочного устройства участков Московской, Горьковской, Свердловской, Западно-Сибирской, Красноярской, ВосточноСибирской, Забайкальской и Дальневосточной дорог.

Проведенные обследования земляного полотна с помощью нагрузочного устройства [6] показали, что на Московской железной дороге 80% обследованных участков требуют ограничения скорости движения (менее 80 км/ч) поездов с осевой нагрузкой вагонов 30 тс/ось.

Стратегия развития железнодорожного транспорта Российской Федерации предполагает на грузонапряженных участках увеличение осевой нагрузки вагонов до 27-30 тс/ось и увеличения скорости движения грузовых поездов до 140 км/ч [1].

Учитывая планы увеличения осевой нагрузки в стратегии развития железнодорожного транспорта РФ, а также маршрутов обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками на Московской ж.д., для дальнейшего исследования состояния земляного полотна, был выбран участок Московской железной дороги.

1.4 Московская железная дорога как объект исследования

На Московской железной дороге активно внедряется эксплуатация поездов с повышенными осевыми нагрузками. Одним из таких направлений является участок большого Московского окружного кольца (БМО) в направлении Вековка - Бекасово - Смоленск.

По данным Управления Московской железной дороги на участке БМО обращаются 16% поездов с осевой нагрузкой более 23 тс/ось от общего количества грузовых поездов1 (рисунок 1.6).

23-25тс/ось 11%

25-27тс/ось 5%

<=23тс/ось 84%

Рисунок 1.6 - Распределение осевых нагрузок на исследуемом участке

БМО

Расчет осевых нагрузок (Рось) был произведен при известном весе поезда и количестве груженых и порожних вагонов. Осевая нагрузка рассчитывалась по следующей формуле (1.1):

т,

Р^. =

гр.ваг

N ■4

гр

(1.1)

где Рось - осевая нагрузка, тс/ось;

N

гр - количество груженых вагонов в составе поезда, шт.;

4 - количество осей (4-х осного) вагона.

1 ОТЧЕТ о работе и показателях использования подвижного состава. Итог по дороге за 6 месяцев 2010. Управление Московской ж.д.

т

гр.ваг

= т

COCIII

— т

пор.ваг

N.

пор •

(1.2)

где тсост - масса состава, тонн; тгр.ваг ~ масса груженых вагонов в составе, тонн; тпор.ваг ~ масса порожнего вагона, тонн; Nпор - количество порожних вагонов в составе поезда, шт.

Одним из направлений повышения осевых нагрузок служит увеличение массы вагонов, вследствие чего увеличивается средний вес состава. На участке БМО, где реализуется вождение поездов с повышенными осевыми нагрузками, вес поезда в 2009 году по сравнению с 2008 годом, увеличился на 4,2%, а в 2010 году на 3,1% (рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 - График среднего веса поезда с отправлением от станций за

2008, 2009 и 2010 года

Среднее значение количества вагонов в составе поезда по годам на исследуемом участке приведено на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 - График среднего количества вагонов в составе поезда по годам на исследуемом участке БМО Московской железной дороги

Для анализа двух графиков среднего веса поезда и среднего количества

вагонов в составе была сформирована таблица с этими данными (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Работа и показатели использования подвижного состава БМО Московской ж.д. по годам

Показатель Анализируемый год

2008 2009 2010

Средний вес поезда, тонн 5318 +4,2% +3,1%

Среднее количество вагонов в составе, шт 70 +2,9% +0,2%

Из рисунков 1.7, 1.8 и сводной таблицы 1.1, было установлено, что в 2009 году средний вес поезда увеличился на 4,2% по сравнению с 2008 годом, но также и увеличилось среднее количество вагонов в составе. В 2010 году средний вес поезда увеличился по сравнению с 2008 годом на 3,1%, однако среднее количество вагонов в составе практически не изменилось по сравнению с тем же годом - всего 0,2%.

В связи с этим можно сделать вывод, что в 2009 году средний вес поезда был повышен за счет увеличения количества вагонов в составе, а в 2010 году

средний вес поезда был повышен за счет увеличения веса вагонов в составе поезда, следствием чего стало увеличение осевых нагрузок вагонов.

Дальнейшие темпы наращивания веса поездов приведет к ещё большему обращению поездов с повышенными осевыми нагрузками.

Анализ данных грузонапряженности рассматриваемого участка БМО Московской железной дороги показал, что грузонапряженность в 2009 и 2010 годах уменьшилась по сравнению с 2008 годом соответственно на 12,8% и 9,4%. Средняя грузонапряженность в 2010 году составила 94,7 млн.т., что данный участок характеризуется как особогрузонапряженный.

■ год 2008

■ год 2009 ■год 2010

ГС

со

^

о со о

О. >.

СО

О

о 1=

о;

о

о

X

ф

с V X

ф

е[

о

со

ф

т о 2 Т— с;

^ ш о ^ ГО Ь£ т

о.

го 1- X у

с сд о

С) го ^ ф * о с: с о ю £ 1 го о

ш 1 5 г ■

о т о о о т Т—

со О у х— см го X

с[ го к с

Заключение диссертации по теме «Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог», Наумов, Василий Викторович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Стратегия развития железнодорожного транспорта предполагает увеличение грузооборота перевозимых грузов на 40-45 % на ряде направлений к 2015 году. В частности на Московской железной дороге активно развивается обращение поездов с повышенными осевыми нагрузками на участке Вековка - Бекасово - Смоленск (Большого Московского окружного кольца).

Опыт прошлых лет показал, что на участках обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками земляное полотно подвержено образованию дефектов и деформаций в зоне основной площадки и откосов

1. В связи с этим была разработана методика оценки работоспособности насыпи, совместно учитывающая условия несущей способности и устойчивости, с последующим обоснованием выбора параметров новых насыпей или технического решения для усиления существующих насыпей на участках обращения поездов с повышенными осевыми нагрузками.

2. На основании разработанной методики, была проведена оценка работоспособности насыпей подверженных деформациям на полигоне Московской железной дороги (Вековка - Бекасово - Смоленск). Анализ результатов полученных данных показал, что при эксплуатации вагонов с осевыми нагрузками более 25 тс/ось произойдет увеличение интенсивности деформирования земляного полотна, связанного как с несущей способностью основной площадки, так и устойчивостью откосов насыпей.

3. Определена сфера применения групповых решений при проектировании насыпи высотой более 5 метров из глинистых грунтов тугопластичной консистенции для участков эксплуатации поездов с повышенными осевыми нагрузками, где следует ограничить применение групповых решений при проектировании насыпи - следует применять индивидуальное проектирование

4. Получены зависимости снижения максимальных напряжений на основной площадке земляного полотна от осевой жесткости георешеток при усилении одним и двумя слоями геосинтетика. Снижение напряжений достигается от 22% до 33%.

5. Разработаны рекомендации по выбору осевой жесткости и количества слоев георешеток для усиления основной площадки насыпей на полигоне Московской железной дороги (Вековка - Бекасово - Смоленск) и варианта повышения устойчивости откосов насыпей за счет применения отсева щебня сухой магнитной сепарации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Наумов, Василий Викторович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года. М.: 2007 г.

2. Воробьев В.Б. Доклад на тему «Анализ состояния земляного полотна Российских железных дорог и задачи повышения его надежности» //Труды науч.- техн. конф. с международным участием «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации земляного полотна и искусственных сооружений». Москва, МИИТ 2009.

3. Блажко Л.С. Технико-технологическая оценка усиления конструкции пути на участках обращения подвижного состава с осевыми нагрузками до 300 кН: Дис... д-ра. техн. наук. - СПб., 2003. - 331с.

4. Третьяков В. В. Влияние характеристик подбалластного основания на интенсивность накопления расстройств пути в вертикальной плоскости: Автореф. Дис... канд. техн. наук. -М., 2008.-23с.

5. Иванов А.Г. Исследование особенностей работы пути на участках обращения тяжеловесных поездов: Дис... канд. техн. наук. -Днепропетровск., 1984.-5-30с.

6. Левинзон М.А. Установление условий обращения подвижного состава в современных условиях эксплуатации: Дисс...докт.техн.наук. - М., 2001, с. 221-254.

7. Берестяный Ю.Б. Прочность высоких железнодорожных насыпей из глинистых грунтов при воздействии поездов с повышенными осевыми и погонными нагрузками в условиях Дальневосточной ж.д.: Дис... канд. техн. наук. - Л., 1990 - 232с.

8. Указания 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. ЦПИ №22/06. М.: 1993. - 75с.

9. ГОСТ Р 27.002 - 2009 Надежность в технике. Термины и определения. -Введ. 2011-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 2011. 28 с.

10. Корнышев Д.В. «Слагаемые оптимизации эксплуатационной работы дороги». Научно-теоретический, технико-экономический журнал «Железнодорожный транспорт» №8. - М.: 2008. С.28 - 29.

11. Отчет о НИР «Проведение комплекса определений физико-механических свойств доменного металлургического шлака для определения возможности его применения при отсыпке земляного полотна» Тема № 6926/М (рег.МИИТа №21/08). Руководитель темы Зайцев A.A. МИИТ. - М.: 2007.

12. Барбарич С.С, Краснобаев A.M., Новоселов В.В.. «Грузовые и пассажирские вагоны нового поколения». Научно-теоретический, технико-экономический журнал «Железнодорожный транспорт». №4. - М.: 2008.

13. Коншин Г.Г. Нагрузки на земляное полотно: Учебное пособие. -М.: МИИТ, 2007,215с.

14. Коншин Г.Г. Рабочая зона в насыпи. М.: Путь и путевое хозяйство, №2, 2001, с. 32-36.

15. Ашпиз Е.С. Мониторинг эксплуатируемого земляного полотна, теоретические основы и практические решения: Дис... док.техн.наук. -М., 2002-361с.

16. Виноградов В.В. Прогнозирование и обеспечение надежной работы железнодорожных насыпей: Дис. д-ра техн. наук. - М., 1991 398 с.

17. Зайцев A.A. Комплексная методика автоматизированной оценки динамической устойчивости железнодорожных насыпей: Дис... канд. техн. наук. - М., 2000. с. 56 - 68.

18. Козлов И.С. Влияние конструкции промежуточных рельсовых скреплений на несущую способность земляного полотна скоростных железнодорожных линий: Дисс...канд.техн.наук. - СПб., 2009 - 166с.

19. Коншин Г.Г. Резонансные явления в насыпях под поездами и методика прогнозирования их внезапных деформаций // Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожных сооружений: Пятая научно-техническая конференция с международным участием Труды МИИТа. - М., 2008. - С. 78-82.

20. Прокудин И.В. Прочность и деформативность железнодорожного земляного полотна из глинистых грунтов, воспринимающих вибродинамическую нагрузку: Дис... докт.техн.наук. - Л., 1982. - 455с.

21. Фроловский Ю.К. Усиление эксплуатируемых железнодорожных насыпей с балластными шлейфами анкерными конструкциями: Дисс... канд.техн.наук. - М., 1994. - 300с.

22. Железнодорожный путь. Издание второе, переработанное и дополненное. Шахунянц Г.М. - М.: Транспорт, 1969. - 536с.

23. Яковлева Т.Г. О возможностях метода интегрального учета динамического состояния насыпей при расчетах устойчивости откосов. Тр. ин-тов инж. ж.д. трансп., МИИТ, 1982, вып. 698, с. 3-9.

24. Хействер Б.Д О допускаемых напряжениях на земляное полотно. Взаимодействие пути и подвижного состава и вопросы расчетов пути. Труды ВНИИЖТа. Выпуск 97. - М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство, 1955. - С. 386-410.

25. Коншин Г.Г. Вибросейсмическая диагностика эксплуатируемого земляного полотна / ВНИИЖТ. - М.: Транспорт, 1994. - 216 с.

26. Виноградов В.В. Исследование работы насыпей под динамической нагрузкой.: Дисс... канд.техн.наук.-М, 1979.-241 с.

27. Альбом чертежей конструкций групповых технических решений для усиления деформирующихся насыпей / Утв.28.12.2000 г. № ЦПИ-22/30. -М.: 2002.-77с.

28. СТН Ц-01-95 Железнодорожные колеи 1520. - М.: Транспорт, 1995. -86с.

29. Технические указания по применению габионов для усиления земляного полотна./ Департамент пути и сооружений / ЦПИ № 22/43 : Утв. 30.12.97. М.:ПТКБ ЦП МПС, 1998. - 140с.

30. Железнодорожные колеи 1520 мм / СНиП 32-01-95.- Министерство строительства Российской Федерации (Минстрой России). М.: 1995.

31. Зарубина Л.П. Исследование влияния динамических нагрузок на прочностные свойства глинистых грунтов железнодорожного земляного полотна.: Дисс... канд.техн.наук., Л., 1969. - 312 с.

32. Кейзик Л.М. К вопросу повышения динамической устойчивости глинистых грунтов земляного полотна. Автореферат дисс... канд.техн.наук., Л., 1974 г. - 21с.

33. Кистанов А.И. Исследование вибродинамичесого воздействия поездов на глинистые грунты земляного полотна (в условиях Октябрьской железной дороги): Автореферат дис... канд.техн.наук. - Л., 1969. 21 с.

34. Лагойский А.И. Исследование тиксопротных изменений глинистых грунтов в железнодорожном земляном полотне.: Дисс... канд.техн.наук., Л., 1963. - 318 с.

35. Прокудин И.В. Исследование изменения прочностных характеристик глинистых грунтов при действии вибродинамической нагрузки. Труды ЛИИЖТа, вып. 369, 1973. с.60-66

36. Шахунянц Г.М. и др. Работа пути с железобетонными шпалами под нагрузкой . Труды МИИТа, вып. 178. М.: Транспорт, 1963. - 250с.

37. Яковлева Т.Г. О параметре, учитывающем динамику воздействия при расчетах устойчивости откосов насыпей. - Транспортное строительство, 1974, №2, с. 43-44.

38. Жинкин Г.Н. Исследования тиксотропии глинистых грунтов. ЛИИЖТ. Сборник рудов №196. 1962. с.21-34.

39.Методика оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения надежности/ЦПТ-52/14. 15.06.2000. - 38 с.

40. Коншин Г.Г. К вопросу изменения динамических напряжнений в земляном полотне// Сб. нуч. тр./ МИИТ. -1963. - Вып. 177: Вопросы пути и путевого хозяйства. С. 131-146.

41. Лапидус JT.C. Несущая способность основной площадки железнодорожного земляного полотна.- М.: Транспорт, 1978. - 125с.

42. Стоянович Г.М. Прочность и деформативность железнодорожного земляного полотна при повшенной вибродинамической нагрузке в упругопластической стадии работы грунтов: Дис... докт.техн.наук. -Хабаровск, 2002, - 360с.

43.Титов В.П. Проблемы усиления земляного полотна длительно эксплуатируемых железных дорог: Автореферат дисс... докт.техн.наук МИИТ.-М., 1979. 40с.

44. Стоянович Г.М. Упругопластическое деформирование тела и основания земляного полотна при статических и вибродинамических нагрузках: монография / Г.М. Стоянович. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006.- 104 с.

45. Шахунянц Г.М. Динамическая устойчивость откосов / Г.М. Шахунянц, В.В. Виноградов // Вопросы пути и путевого хозяйства: Тр. МИИТа. -М.: МИИТ, 1980. - №667. - С. 18-36.

46. Современные методы расчета устойчивости земляного полотна железных дорог. Соловьев Ю.И., Караулов A.M., Смолин Ю.П. -СГАПС, 1996. 82с.

47. Федоров И.В. Методы расчета устойчивости склонов и откосов. ВНИИ Водгео. - М.: Госстройиздат, 1962. - 203с.

48. Гольштейн М.Н. Механика грунтов. Справочник «Инженерные сооружения», т.1 Машстройиздат, 1950.

49. Гришин М.М. Гидротехнические сооружения, часть I, Госстройиздат, 1954.

50. Иванов А.И. О расчете устойчивости откосов и оснований земляных плотин с учетом фильтрационных сил, «Гидротехническое строительство» №1, 1940.

51. Ломизе Б.М. Нахождение опасной поверхности скольжения при расчете устойчивости откосов. Гидротехническое строительство №2, 1954.

52. Шахунянц Г.М. Земляное полотно железных дорог, Трансжелдориздат, 1958.

53. Тегцаги К., Пек Р. Механика грунтов в инженерной практике // Перевод с английского Сулима-Самуйло А.В. - М.: Госстройиздат, 1958. 608с.

54. Bishop A., Morgenstern, Stability coefficients for earth slopes, Geotechnique, vol. 10, №4, 1960.

55. Taylor D., Stability of earth slopes, Journal of the Boston Society of Civil Eng., №3, 1937.

56. Frolich O.K., General theory of stability of slopes, Geotechnique vol 5, №1, 1955.

57. Расчеты и проектирование железнодорожного пути: учебное пособие для студентов вузов ж.-д. трансп/ В.В. Виноградов, A.M. Никонов, Т.Г. Яковлева и др.; Под ред. В.В. Виноградова и A.M. Никонова. - М.: Маршрут, 2003.-486с.

58. Покровский Г.И., Федоров И.С. Центробежное моделирование в строительном деле.- М.: Изд. литературы по строительству и архитектуре, 1968.-248 с.

59. Иванов Д.И. Эффективный метод измерения перемещений при исследовании методом центробежного моделирования/ Исследование земляного полотна железных дорог: Тр. МИИТа. - М.: Транспорт, 1968. - №273. - С.33-39.

60. Иванов Д.И. Изучение работы электрических датчиков при исследовании нарушения предельного состояния моделей насыпей/ Вопросы пути и путевого хозяйства: Тр. МИИТа. - М.: Транспорт, 1973. №443.-С. 189-192.

61. Машошицкий Ю.Н. Центробежное моделирование насыпей-отвалов. -Киев.: Наук, думка, 1985. - 168с.

62. Покровский Г.И., Федоров И.С., Алиев Г.А. Теория и практика центробежного моделирования в горном деле. - М.: Недра, 1979. - 247с.

63. Федоров И.С., Мельник В.Г. и др. Теория и практика центробежного моделирования в строительстве. -М.: Стройиздат, 1984. - 247с.

64. Шахунянц Г.М. , Яковленва Т.Г. Учет динамических воздействий подвижного состава при расчете устойчивости откосов железнодорожных насыпей // Сб. науч.тр./ МИИТ. - 1973. - Вып. 443: Вопросы пути и путевого хозяйства, - С. 98 - 166.

65. Яковлева Т.Г. Прогнозирование деформативности земляного полотна как открытой динамической системы: Дис. д-ра техн. наук. - М., 1975. 373 с.

66. Покровский Г.И. Центробежное моделирование. - М.: Трансжелдориздат, 1935.-56с.

67. Покровский Г.И., Федоров И.С. Центробежное моделирование для решения инженерных задач.- М.: Изд. литературы по строительству и архитектуре, 1953.-196с.

68. Яковлева Т.Г., Иванов Д.И. Машина для центробежного моделирования, ее параметры и характеристики. Труды МИИТа. - М.: Транспорт. 1963.

69. Методические рекомендации по прогнозированию надежной работы железнодорожных насыпей в условиях интенсивной эксплуатации пути / Главное управление пути МПС: Утв. 10.06.87 - М.: ЦНИИТЭИ, 1990. -83 с.

70. Зайцев A.A. Программное обеспечение расчетов земляного полотна. Методические указания. - М.: МИИТ, 2006. - 144с.

71. Наумов В.В., Виноградов В.В. Земляное полотно при воздействии повышенных осевых нагрузок. Журнал «Путь и путевое хозяйство» 2011, №1. с. 22-24.

72.Кисьов П.П. Деформативность и способы усиления основной площадки земляного полотна на железных дорогах НРБ: Автореферат дисс... канд.техн.наук МИИТ. - М., 1984. 24с.

73. Пупатенко В.В. Прочность земляного полотна узкоколейных железных дорог при воздействии общесетевого подвижного состава (в условиях Сахалинской железной дороги): Автореферат дисс...канд.техн.наук. ПГУПС. - СПб., 1993. 24с.

74. Ашпиз Е.С. Усиление основной площадки земляного полотна //Труды П науч.- техн. конф. с международным участием «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации земляного полотна и искусственных сооружений». Москва, МИИТ 2005. - С.109 - 115.

75. Заключение о возможности использования отсева щебня сухой магнитной сепарации ОАО Михайловский ГОК для использования при ремонте земляного полотна на Московской железной дороге // С.Г.Жорняк, А.В.Козлов ОАО ЦНИИС 2004 г. - Зс.

76. Отчет о НИР «Проведение комплекса определений физико-механических свойств отсева щебня сухой магнитной сепарации для оценки возможной степени его уплотнения» Тема №66/08. Рук. темы Зайцев A.A. МИИТ. - М.: 2008. 38с.

77.Наумов В.В., Зайцев A.A. Отсевы щебня для усиления земляного полотна. Журнал «Путь и путевое хозяйство» 2004, №9. с. 38-39.

78. Наумов В.В., Зайцев A.A. Техногенные материалы в конструкции усиления деформирующихся и потенциально опасных насыпей. Труды Научно-практической конференции Неделя науки-2008 «Наука МИИТа - транспорту» М.: 2008. c.II-32 - II-33.

79.Наумов В.В., Виноградов В.В. Комплексная оценка работоспособности насыпей// Мир Транспорта, М., №2, 2012 г. - С.56-61.