Admin

Деформирование опор контактной сети на насыпях

С.А. КУДРЯВЦЕВ, докт. техн. наук, Д.Г. ЦВИГУНОВ, аспирант

Транссибирская магистраль проходит по регионам, где зимний период продолжителен. Глубина промерзания грунтов варьируется в широких пределах, достигая 3 м и более. Вибродинамическое воздействие поездной нагрузки и морозное пучение грунтов в земляном полотне — основные причины многочисленных деформаций опор контактной сети. В результате конструкции опор приходят в аварийное состояние, снижается их устойчивость, нарушается габарит положения опор и высота подвески проводов, что, безусловно, сказывается на безопасности движения поездов.


На Дальневосточной дороге (ДВЖД) имеется серьезная проблема, связанная с обеспечением устойчивости опор контактной сети. Для стабилизации существующего положения проводятся мероприятия, направленные не только на выправку опор контактной сети, но и на гарантирование их устойчивости. Так, в 2010 г. было выправлено 1207 опор контактной сети. Проведенный анализ состояния опорного хозяйства за последние восемь лет показал, что примерно 58 % общего количества выправленных опор подвергаются повторной выправке с периодичностью три-четыре года, а 14 % опор выправляют практически ежегодно [1].

Постоянная выправка опор связана с привлечением значительных людских ресурсов и финансовых средств. Ситуация усугубляется и нарушениями технологий капитального строительства, а именно: не в полной мере используются меры против смерзания грунта, глубина заложения фундамента (заделки опоры при непосредственной установке ее в грунт) в некоторых случаях меньше проектных значений. Для исследования причин отклонения опор контактной сети в промерзающих грунтах насыпей требуется детальная и качественная картина теплофизических и напряженно-деформированных условий грунтов как при промерзании, так и при оттаивании. Это необходимо, чтобы оценить состояние заглубленной части опор.

Горизонтальные отклонения опор, возникающие при вибродинамическом воздействии поездной нагрузки и промерзании грунта, обусловлены следующими основными факторами. На откосах горизонтальная составляющая сил морозного пучения, действующая нормально к боковой поверхности фундамента, и эксплуатационная нагрузка вызывают горизонтальное смещение и наклон фундамента, вертикальная — поднятие. На горизонтальных площадках, нулевых местах и широких обочинах к вышеперечисленных факторам добавляется воздействие нормальных сил морозного пучения грунта на опору контактной сети.

На экспериментальных площадках, организованных на 8540 и 8544 км Дальневосточной дороги, в 2006—2011 гг. проводилось комплексное изучение насыпи с использованием системы геотехнического мониторинга температуры и влажности грунтов, а также сейсмическое и геофизическое обследования инженерно-геологических условий насыпи и основания с целью выявления основных причин и закономерностей боковых отклонений опор [2, 3].

В результате определили фактическое распределение физико-механических показателей грунта с учетом неоднородностей земляного полотна и основания, установили глубину заложения опор контактной сети, составили расчетную схему для численных исследований, по которой оценили теплофизическое и напряженно-деформированное состояния конструкций пути.

За период полевых экспериментов суммарные боковые отклонения опор на уровне контактного провода на нулевом месте (8540 км) в направлении поля у трех опор колебались в диапазоне 59—72,5 см, в том числе отклонения при промерзании грунта были соответственно 18,9, 25,1 и 24,0 см.

Отклонения опор появляются с началом промерзания грунта и продолжаются до февраля. Результаты наблюдений показали, что наибольшие боковые отклонения опор в полевую сторону (80—95 % общей величины за зиму) возникают с декабря по февраль. В феврале—марте, когда грунт промерзает полностью, отклонения практически отсутствуют. Дальнейший рост деформаций возобновляется с наступлением теплого времени года после оттаивания грунта. Горизонтальные перемещения в этот период происходят только под воздействием вибродинамической поездной нагрузки в сторону пути.

Основная причина боковых отклонений опор на нулевых местах и широких обочинах при промерзании — неравномерное пучение грунта. Наблюдениями за температурно-влажностным режимом насыпи и пучением грунта вокруг опор установлено, что наибольшая глубина промерзания и пучения грунта отмечается в пределах основной площадки, очищаемой от снега, а наименьшая — в местах установки опор, т.е. в зоне наибольшего скопления снега. Поэтому отклонения опор, как правило, происходят от пути, т.е. в направлении меньшего пучения.

Для определения качественных и количественных показателей процессов промерзания, морозного пучения и оттаивания разработана математическая модель грунта в годичном цикле методом конечных элементов в пространственной постановке, входящая в программный комплекс FEM-models [4]. Эту сложную геотехническую задачу решают в два этапа. Сначала определяют температурные и влажностные поля на каждый период времени, затем — напряженно-деформированное состояние грунтов основания при промерзании и оттаивании [4].

Численное моделирование промерзания, пучения и оттаивания насыпи опытного участка ДВЖД осуществляли, учитывая изменение среднемесячной температуры в течение года для данного региона. Для участка насыпи с опорой контактной сети, где использовали конструктивные меры защиты, в феврале максимальная глубина промерзания грунтов составила 2,3 м (см. рисунок), горизонтальных деформаций опор контактной сети не наблюдалось.

По результатам расчетно-теоретических исследований для ликвидации деформаций опор контактной сети в насыпях целесообразно применять конструктивные мероприятия, предусматривающие следующее:

снижение действия горизонтальных и касательных сил морозного пучения по поверхности контакта фундаментной части с грунтом. При этом используется пенополистирольная муфта на фундаментной части железобетонной консольной опоры контактной сети глубиной не менее 1,5 м;

снижение вибродинамического воздействия поездной нагрузки дополнительным заполнением щебенистным грунтом фракции 30—40 мм обратной засыпки вокруг опор с тщательным уплотнением при выполнении мероприятий по их выправке в рабочее положение.

Список литературы

1. Протокол совещания «Состояние опорного хозяйства и результаты проведенной работы по его оздоровлению» у начальника службы электрификации и электроснабжения филиала ОАО «РЖД» ДВЖД от 29 декабря 2010 г.

2. Кудрявцев С.А., Цвигунов Д.Г. Исследование процесса промерзания грунтов вокруг фундаментов опор контактной сети железной дороги в условиях дальнего востока. Научно-практические и теоретические проблемы геотехники // Межвузовский тематический сборник трудов. — С.-Пб.: СПбГАСУ, 2007.

3. Кудрявцев С.А., Цвигунов Д.Г. Комплексное обследование насыпи железнодорожного полотна на 8540 км участка Хабаровского отделения ДВЖД Транссибирской магистрали. Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования // Межвузовский тематический сборник трудов. Т. 2. — Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008.

4. Kudryavzev S.A., Tsvigunov D.G. Studies of the freezing soil process at the railway contact system supports to provide, safety transportation and operation of facilities. Extended Abstracts. Ninth International Conference on Permafrost. Institute of Northern Engineering. University of Alaska, Fairbanks. June 29-July 3, 2008 P. 155—156.

Цвигунов Дмитрий Геннадьевич — аспирант кафедры «Железнодорожный путь, основания и фундаменты» ДВГУПСа. E-mail: ramnuch@festu.khv.ru

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

Если у вас возникли вопросы по работе сайте - пишите на почту admin@scbist.com

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Путь и путевое хозяйство".

Перенес: Admin