Автореферат (Диагностика технического состояния и оценка остаточного ресурса работоспособности водопроводящих сооружений оросительных систем)

УДК 626.822На правах рукописиБАНДУРИН МИХАИЛ АЛЕКСАНДРОВИЧДИАГНОСТИКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯИ ОЦЕНКА ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА РАБОТОСПОСОБНОСТИВОДОПРОВОДЯЩИХ СООРУЖЕНИЙ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМСпециальность: 06.01.02 – «Мелиорация, рекультивация и охрана земель»АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степенидоктора технических наукМосква – 20172Работа выполнена в Институте безопасности гидротехнических сооруженийВолосухин Виктор Алексеевич, доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки Российской ФедерацииНаучный консультант:Ольгаренко Владимир Иванович, доктортехническихнаук,профессор,членкорреспондент РАН, Заслуженный деятельнауки Российской Федерации, Новочеркасскийинженерно-мелиоративный институт им. А.К.Кортунова ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет», профессоркафедры «Техносферная безопасность, мелиорация и природообустройство»Дегтярев Георгий Владимирович, доктортехнических наук, профессор, ФГБОУ ВО«Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т.

Трубилина», заведующийкафедрой «Строительное производство»Абдразаков Фярид Кинжаевич, доктортехнических наук, профессор, ФГБОУ ВО«Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова», заведующийкафедрой «Строительство, теплогазоснабжение и энергообеспечение»ФГБОУ ВО «Российский государственныйаграрный университет – МСХА имениК.А. Тимирязева»Официальные оппоненты:Ведущая организация:Защита состоится «12» октября 2017 г. в 10 00 часов на заседании диссертационного совета Д 006.038.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации им. А.Н.

Костякова по адресу: 127550,г. Москва, ул. Б. Академическая, д. 44, корпус 2, к. 520С диссертационной работой можно ознакомиться вФГБНУ ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова и сайте http://sovet.vniigim.ruАвтореферат разослан «Ученый секретарьдиссертационного совета»2017 г.С.Д. Исаевабиблиотеке3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследований. В соответствии с ФЦП «Развитие мелиорации земель сельскохозяйственного назначения России на 2014 − 2020 годы»подъем производства продукции на мелиорируемых землях требует повышенноговнимания к техническому состоянию и уровню безопасности существующих,проектируемых и вновь строящихся гидротехнических сооружений мелиоративных систем.

Для мелиорации земель в России эксплуатируются более 50 тыс. кмводопроводящих сооружений, построенных в 50 – 70-е годы прошлого века. Результаты инвентаризации мелиоративных объектов, проведенной Департаментоммелиорации Минсельхоза России в 2014 г., установили неудовлетворительныйуровень технического состояния мелиоративного водохозяйственного комплекса.Порядка трети водопроводящих сооружений требуют восстановления или замены,так как срок их эксплуатации превышает проектный и составляет более 30 лет.Как показывают материалы статистической обработки показателей надежностиводопроводящих сооружений, выполненной автором, дальнейшее функционирование сооружения без проведения соответствующих мероприятий техническойэксплуатации обусловливает резкое увеличение отказов, связанных с процессамистарения конструктивных элементов.Важной задачей современного периода мелиоративной деятельности становится совершенствование сложившейся системы обеспечения надежности мелиоративных систем в соответствии с достижениями научно – технического прогресса, в сфере создания и использования эффективного комплекса планово – предупредительных мероприятий эксплуатации, отвечающего современным требованиям инновационного развития мелиоративного фонда.Вместе с тем современные социально-экономические условия в стране не гарантируют в настоящее время и в ближайшем будущем возможность единовременной и, практически повсеместной, замены водопроводящих сооружений из-заистечения нормативного срока эксплуатации.

Однако для части водопроводящихсооружений мелиоративных систем возможно продолжение функционированияпри должном обосновании их надежности и экологической безопасности. В связис этим обследование водопроводящих сооружений мелиоративной системы, обеспечивающее достоверную многофакторную оценку фактического техническогосостояния сооружений и определение остаточного ресурса работоспособности ихэлементов, становится перманентной задачей службы эксплуатации.Регулярное проведение плановых профилактических ремонто – восстановительных мероприятий, базирующихся на данных мониторинга технического состояния объектов мелиорации, гарантирует сохранение их надежности.

Превентивной процедурой повышения устойчивости водопроводящих сооружений ме-4лиоративного водохозяйственного комплекса должно стать своевременное определение периода возможного функционирования объектов и выявление потенциально опасных, что обусловливает актуальность исследований по созданию системы диагностики и комплекса технических средств оценки остаточного ресурсаработоспособности, а также разработки конструктивных решений, продлевающихсрок службы обследуемых объектов.Степень разработанности темы. Исследованием проблем технического состояния, оценки надежности и продлением жизненного срока мелиоративных сооружений занимались Абдразаков Ф.

К., Алтунин В. С., Аскоченский А. Н., Баженов Ю. М., Волосухин В. А., Гумбаров А. Д., Дегтярев Г. В., Долгушев И. А., Каганов Г. М., Колганов А. В., Козлов Д. В., Коваленко П. И., Косиченко Ю. М.,Маслов Б. С., Манукьян Д. А., Мирцхулава Ц. Е., Ольгаренко В. И., Ольгаренко И. В., Пославский В. В., Рагольский В. Н., Рекс Л. М., Розанов Н. П., Румянцев И.

С., Сенкевич Т. П., Сергеев Б. И., Суладзе И. Д., Тевелев Ю. А., Шабанов В. В., Шумаков Б. А., Шумаков Б. Б., Щедрин В. Н. и др.Однако, большинство работ относится к периоду 60-х годов прошлого столетия, когда выполнялась оценка технического состояния строящихся и вновь построенных сооружений, имеющих малый срок службы. Цель совершенствованиятеории оценки заключалась в получении новых знаний, в проверке проектныхрешений и формировании нормативно-методической базы в связи с применениемновых материалов,  прогрессивных технологий, технических средств в строительстве водохозяйственного мелиоративного комплекса и с организацией эксплуатационного мониторинга.Основным документом, регламентирующим оценку работоспособности и надежности мелиоративных сооружений, являются «Правила эксплуатации мелиоративных систем и отдельно расположенных гидротехнических сооружений», которые действуют с 1998 г.

В документе характеризуется комплекс технических,организационных и хозяйственных мероприятий, обеспечивающих исправное состояние мелиоративной сети, сооружений и оборудования; периодический их осмотр, проведение планово-предупредительных ремонтов и другие мероприятияактуальные для сохранения должного уровня технического состояния гидротехнических сооружений. На практике приоритетная направленность разрабатываемых и использующихся методов контроля технического состояния мелиоративных объектов обеспечивала учет и оценку показателей водонапорных сооружений.Техническое состояние водопроводящих сооружений мелиоративных системв силу сложившихся условий развития экономики страны оставалось без должного внимания, начиная с 90-х годов ХХ века, что негативно отразилось на их работоспособности в настоящее время.5Реализуемые на сегодняшний день подходы к оценке технического состоянияводопроводящих мелиоративных сооружений базируются на визуальном контроле и методах разрушающего ударного воздействия, точность которых недостаточна для достоверного определения фактической надежности и возможности продолжения эксплуатации обследуемых объектов.

В связи с этим возникла потребность в исследованиях, разработке и внедрении теоретически обоснованной технической диагностики водопроводящих сооружений мелиоративных систем, использующей методы оценки допустимого срока их дальнейшего функционирования с учетом остаточного ресурса работоспособности.Цель и задачи исследований. Цель исследований заключается в повышениикачества и надежности эксплуатации водопроводящих сооружений мелиоративного водохозяйственного комплекса, базирующихся на системе диагностики c неразрушающими приборными методами контроля и показателях остаточного ресурса работоспособности наблюдаемых объектов.Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основныхзадач:− выполнить анализ применяемых методов диагностики технического состояния водопроводящих объектов и установить перспективные направления вразвитии технологий оценки работоспособности сооружений оросительных систем;− определить закономерности изменения надежности в течение жизненногопериода водопроводящих сооружений в лабораторных экспериментах и выполнить их проверку в опытно-производственных условиях;− установить эффективность методов неразрушающего контроля для оценкитехнического состояния водопроводящих сооружений и обосновать рациональноеприменение приборов неразрушающего контроля при обследовании оросительных систем;− разработать методику количественной оценки остаточного ресурса работоспособности наблюдаемого объекта по данным неразрушающих способов контроля технического состояния водопроводящих сооружений оросительных систем;− выполнить методом конечных элементов моделирование надежности водопроводящих сооружений оросительных систем для различных сочетаний разрушающих воздействий и установить степень опасности и границы характерных зонразрушения объектов;− обосновать систему принципов, способов организации и проведения диагностики технического состояния водопроводящих сооружений оросительных систем, базирующейся на показателях их остаточного ресурса работоспособности;6− разработать и проверить в опытно-производственных условиях технические средства, модели и программное обеспечение для количественной оценкитехнического состояния водопроводящих сооружений оросительных систем, реализованного способами неразрушающего контроля;− разработать методы автоматизированной диагностики технического состояния водопроводящих сооружений оросительной системы и провести их опытно – производственных проверку;− выполнить теоретическое обоснование, разработать и проверить в опытнопроизводственных условиях способ и устройство создания противофильтрационных геотекстильных покрытий для продления жизненного периода длительноэксплуатируемых водопроводящих сооружений оросительной системы.Объектом исследований являлись водопроводящие сооружения оросительных систем.Предмет исследований – технологии контроля и оценки технического состояния водопроводящих сооружений оросительных систем, методы повышениякачества и надежности эксплуатации водопроводящих сооружений мелиоративных систем.Методология и методы исследований.

Методология исследований базируется на системном подходе, теоретических положениях механики твердого тела,гидравлики, мелиорации, а также теории надежности. Методы исследованийвключали натурные и лабораторные эксперименты, математическое моделирование, статистическую обработку данных, полученных в лабораторных и полевыхусловиях, выполненную с использованием современных широко апробированныхпакетов прикладных программ. В работе учитываются систематические подходы,практические результаты и опыт отечественной и зарубежной научных школ, занимающихся изучением надежности и критериев безопасности ГТС, методов испособов повышения эффективности эксплуатации мелиоративных систем.Научная гипотеза: инновационная диагностика работоспособности водопроводящих сооружений и методика количественной оценки остаточного ресурсаработоспособности обеспечат повышение безопасности эксплуатации оросительных систем и оценку возможности функционирования объекта сверх назначенного срока эксплуатации.Научная новизна проведенных исследований.

На основании теоретических исследований и изучения в лабораторных и опытных условиях закономерностей изменения в течение жизненного периода надежности гидротехнических сооружений:− впервые предложен метод приборного контроля технического состоянияводопроводящих сооружений оросительных систем, базирующийся на оценке остаточного ресурса работоспособности обследуемых объектов, знание которого7повышает эффективность назначаемых мероприятий их дальнейшей эксплуатации;− разработана методика оценки остаточного ресурса работоспособности водопроводящих сооружений оросительных систем, численное значение которогоустанавливается в зависимости от дефицита безопасности конструктивных элементов, и определяет возможность продолжения эксплуатации объекта сверх назначенного срока эксплуатации;− определены количественные зависимости для обоснования размеров и степени опасности характерных зон разрушения водопроводящих сооружений;− выявлены и классифицированы по типам и видам дефекты и поврежденияводопроводящих сооружений оросительных систем, разработаны математическиемодели для оценки влияния установленных дефектов и повреждений в характерных зонах разрушения на техническое состояние обследуемых объектов;− обоснованы методы диагностики и созданы новые технические средства,обеспечивающие количественную оценку работоспособности водопроводящихсооружений в целях повышения качества и безопасности эксплуатации оросительных систем;− разработаны и запатентованы способ и устройство создания противофильтрационного покрытия оросительных каналов, противофильтрационное геотекстильное покрытие низконапорной земляной плотины, устройство для заделкистыкового соединения лотковых каналов, продлевающие срок эксплуатации водопроводящих сооружений оросительных систем;− подготовлены методики реализации технологии контроля и учета технического состояния и продления срока эксплуатации длительно эксплуатируемых водопроводящих сооружений с помощью противофильтрационных геотекстильныхпокрытий.Основные положения, выносимые на защиту:1.