Диссертация (Технология трассирования железной дороги в районах с высокой сейсмичностью)

Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшего образования«Российский университет транспорта (МИИТ)»РУТ (МИИТ)На правах рукописиПетрушин Алексей ВалерьевичТехнология трассирования железной дороги в районах с высокойсейсмичностью05.22.06 – Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорогДиссертация на соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководителькандидат технических наук, профессорМиронов Виктор СтепановичМосква – 20192ОглавлениеВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................................

41 ОСОБЕННОСТИ УСЛОВИЙ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АКТУАЛЬНЫХ НОВЫХЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЛИНИЙ ............................................................................... 111.11.2Классификация дорог по назначению ............................................................

11Строительные условия ..................................................................................... 151.3Эксплуатационные условия ............................................................................. 192 ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ РАЙОНА ПРОЕКТИРОВАНИЯНА ПАРАМЕТРЫ УСТРОЙСТВ И СООРУЖЕНИЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ.ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ .......................................................... 222.1Обзор мирового опыта защиты от сейсмического воздействия ..................

222.2 Сейсмическое районирование, как источник информации о возможныхземлетрясениях........................................................................................................... 242.3Мероприятия по защите железных дорог от землетрясений ....................... 292.4Постановка задачи исследования.................................................................... 353 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРАССЫЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ С УЧЁТОМ ВЫСОКОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ РАЙОНАПРОЕКТИРОВАНИЯ ................................................................................................... 373.1 Классификация косогорных участков трассы .................................................

373.2 Обеспечение однородности основной площадки земляного полотна .......... 423.3 Определение рационального решения при смещении трассы в профиле илиплане ............................................................................................................................ 463.3.1 Анализ зависимости стоимости производства земляных работ на 1 мдлины трассы от крутизны косогора .......................................................................

473.4 Поиск оптимального решения ............................................................................ 583.5 Алгоритм технологии укладки трассы железной дороги в условиях высокойсейсмичности.............................................................................................................. 673.6 Выводы по главе 3 .............................................................................................. 724 ПРИМЕР УКЛАДКИ ТРАССЫ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИМЕРОПРИЯТИЙ С УЧЁТОМ ВЫСОКОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ .............................

744.1 Характеристика проекта трассы новой железнодорожной линии «КызылКурагино» ................................................................................................................... 744.2 Применение технологии проектирования трассы железнодорожной линии накосогорных участках в условиях высокой сейсмичности ..................................... 774.3 Эффективность решений в проектах железных дорог с учѐтом вероятностивозникновения землетрясений.................................................................................. 8134.4 Рекомендации по построению коридора вариантов смещения в продольномпрофиле и плане трассы ............................................................................................

864.6 Выводы по главе 4 ............................................................................................... 90ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................. 92Список литературы ....................................................................................................... 94ПРИЛОЖЕНИЕ ...........................................................................................................

112ПРИЛОЖЕНИЕ А. РАСЧЁТ КООРДИНАТНЫХ МОДЕЛЕЙ ВАРИАНТОВСМЕЩЕНИЯ ОСИ ТРАССЫ .................................................................................... 113ПРИЛОЖЕНИЕ Б. РАСЧЁТ ОБЪЁМОВ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ ВАРИАНТОВСМЕЩЕНИЯ ОСИ ТРАССЫ .................................................................................... 1294ВВЕДЕНИЕАктуальностьтемыисследования.Уровеньугрозыиопасностисейсмического воздействия на инфраструктуру железнодорожного транспортаочевидны и требуют обязательного учѐта уже при укладке трассы на стадииразработки проекта железнодорожной линии.В соответствии со Стратегией развития железнодорожного транспорта в РФдо 2030 года [112] и Транспортной стратегией РФ на период до 2030 года [117]планируется строительство от 10.8 - по минимальному варианту развития до 15.5тыс.

км - по максимальному, включая новый вид линий – грузообразующие(около 4.6 тыс. км).Данному виду линий отведена важная роль – обеспечение притока грузов отновых крупных месторождений на основные магистрали, и их развитие будетиметь влияние, как на эффективность работы сети железных дорог, так иэкономику страны в целом.Анализ предполагаемого месторасположения проектов грузообразующихлиний, показал, что они, как правило, расположены на местности с труднымрельефом и суровым климатом Сибири и Дальнего Востока. Сейсмичность втаких районах согласно картам ОСР-2012 нередко достигает 7-10 баллов по 12балльной шкале интенсивности Медведева-Шпонхойера-Карника (MSK-64)1.Учѐт сейсмичности на стадии проектирования – требование Свода правил2 –направлено в первую очередь на обеспечение безопасности движения поездов.Вместе с этим должна быть обеспечена надѐжность эксплуатации, отсутствиеаварийных(чрезвычайных)ситуаций(отказов),сбоевиаварийприфункционировании железной дороги.Однако на сегодняшний день на стадии укладки трассы данному вопросу неуделено должного внимания.

Для повышения устойчивости и надѐжности1Шкала MSK-64 лежит в основе СП 14.13330.2011 (Строительство в сейсмических районах (актуализированнаяредакция СНиП II-7-81*. Дата введения 2011-05-20)) и продолжает использоваться в России и странах СНГ.2СП 14.13330.2011 «Строительство в сейсмических районах»5земляногополотнаипредотвращениямасштабныхразрушенийприземлетрясениях необходимо обеспечить однородность основной площадкиземляного полотна - исключить такие типы поперечного профиля, как«полунасыпь-полувыемка»,таккаконихарактеризуютсяразличнымигрунтовыми условиями: насыпь – насыпной грунт, выемка – местные грунты. Этотребование СП по существующей технологии разработки трассы учитывается припроектировании поперечного профиля земляного полотна. При необходимостипроизводится корректировка продольного профиля и плана.

Тем самымусложняется как процесс проектирования, так и выбор вариантов трассы.Вместе с тем принимаемые проектные решения должны быть рациональныи эффективны по строительной стоимости и дальнейшим издержкам вэксплуатации железнодорожной линии с учѐтом вероятностного характеравозникновения землетрясений и интенсивности их воздействия.

Сегодня этоособенно актуально в условиях снижения инвестиций при необходимости ростаэкономики страны, и, как следствие, ограничений финансирования строительства,когда предпочтение отдаѐтся проектам с бóльшим экономическим потенциаломдля регионов и страны в целом, к которым относятся проекты к крупнымместорождениям природных ресурсов.В связи с этим вопросы совершенствования технологии проектированиятрассы новой железнодорожной линии в условиях высокой сейсмичности следуетсчитать актуальными.Степень разработанности темы исследования. Анализу строительных иэксплуатационных условий проектов новых железнодорожных линий, их влиянияна основные экономические и технические параметры новой железнодорожнойлинии посвящены работы Переселенкова Г.С., Турбина И.В., Ткачевского И.Д.,Ашпиза Е.С., Аккермана Г.Л., Коншина Г.Г., Шахунянца Г.М., Быковой Н.М.,Меркурьева Ю.С.,Ольшановского Ч.Б.,Шестопѐрова В.Г.,Дюнина А.К.,Алексеева Е.П.,Исаенко Э.П.,Ядрошникова В.И., Цернанта А.А., Матвиенко В.С.

и др.Казимирова И.П.,Скутина А.И.,6Несмотря на развитие электронно-вычислительной техники и наличиепрограммных продуктов (систем автоматизированного проектирования (САПР)),которые позволяют сократить рутинные и долговременные операции при укладкетрассы: вписывание кривых, построение продольного и поперечного профилей,расчѐт объѐмов земляных работ и т.д., они не решают основных проблемпроектирования, а являются инструментом для анализа и сравнения вариантоврешений. В качестве примеров, можно назвать Robur, AutoCAD Civil, MX Rail,Card, Bentley.В их основе лежат алгоритмы и технологии, разработанные учѐнымижелезнодорожникамиТурбиным И.В.,Гориновым А.В.,Иоаннисяном А.И.,Кондратченко А.П., Гороховцевым Б.И., Гавриленковым А.В., Кантором И.И.,Житкевичем В.П.,Быковым Ю.А.,Аккерманом Г.Л.,Свинцовым Е.С.,Бушуевым Н.С., Шкурниковым С.В., Шварцфельдом В.С., Анисимовым В.А.,Понариным А.С.,Полосиным Ю.К.,Подвербным В.А.,Гончаруком С.М.,Струченковым В.И., Бучкиным В.А.

и др.Как показал анализ научных работ, вопросы проектирования трассы вусловиях высокой сейсмичности на сегодняшний день недостаточно изучены.Цель работы. Целью данного исследования является совершенствованиетехнологии трассирования и разработка рекомендаций по проектированию трассыжелезнодорожныхсейсмичности.линийнакосогорныхучасткахвусловияхвысокой7Задачи исследования:1)выполнить анализ особенностей условий, тенденций развития истепени изученности вопросов проектирования актуальных проектов новыхгрузообразующих железнодорожных линий;2)исследовать способы обеспечения антисейсмического требования позащите земляного полотна железной дороги (устройства однородной площадкиземляного полотна);3)выполнить технико-экономический анализ наиболее рациональнойукладки трассы в поперечном сечении земляного полотна;4)разработать технологию проектирования трассы железнодорожныхлиний на косогорных участках в условиях высокой сейсмичности и апробироватьеѐ;5)выполнить вариантные расчѐты по поиску наиболее рациональногорешения по корректировке оси трассы на косогорных участках для обеспеченияоднородности основной площадки земляного полотна в районах с высокойсейсмичностью;датьрекомендациипопроектированиютрассыжелезнодорожных линий в указанных условиях;6)оценить эффективность проектных решений в проектах железныхдорог с учѐтом вероятности возникновения землетрясений.Объектом исследования является трасса железнодорожной линии накосогорных участках в условиях высокой сейсмичности района проектирования.Предметом исследования является выбор и обоснование проектныхрешений при укладке трассы новой железнодорожной линии на косогорныхучастках в районах с высокой сейсмичностью.Научная новизна исследования:1)разработана классификация косогорных участков по виду грунтов,геометрическим параметрам конструкции земляного полотна и категориям посейсмическим свойствам;82)установленазависимость между геометрическимипараметрамипроектирования земляного полотна и крутизной косогора для грунтов,относящихся к разным группам по сейсмическим свойствам;3)полученыаналитическиезависимостинаиболеерациональныхрешений по корректировке оси трассы в продольном профиле и плане накосогорных участках для обеспечения однородности основной площадкиземляного полотна в районах с высокой сейсмичностью;4)усовершенствована технология проектирования линий на косогорныхучастках в условиях высокой сейсмичности и предложена методика определенияэффективностиантисейсмическихмероприятийсучѐтомвероятностиземлетрясений.Теоретическая и практическая значимостьВыполненные исследования позволяют произвести обоснованную укладкутрассы новых железнодорожных линий в условиях высокой сейсмичности сучѐтом требований по обеспечению однородности основания основной площадкиземляного полотна.Предложенная методика проектирования может быть использована приукладкетрассынастадии разработкипроекта,атакжеприотделке(корректировке) трассы для рабочей документации.Приведенный в диссертации алгоритм реализации методики может бытьиспользован в автоматизированных системах проектирования (САПР) новыхжелезных дорог.Потенциальными потребителями работы являются проектные организации,а также научно-исследовательские институты, осуществляющие разработкупроектов и исследования по проектированию новых железнодорожных линий, атакже разработчики САПР железных дорог.Методология и методы исследованияПри анализе задачи исследования и разработке способов их решенияиспользован системный подход.9В исследовании использованы разделы классической математики, в томчисле некоторые положения аналитической геометрии на плоскости, методырешения линейных уравнений и другие.Приобоснованиипроектныхрешенийпримененыметодывыбораоптимальных решений, разработанные и используемые в практике изысканий ипроектирования железных дорог.