Прогноз температурного режима основания железной дороги на ММГ

Эксплуатация железных дорог в области распространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ) осложнена воздействием опасных криогенных процессов, активизация которых на фоне потепления климата снижает надежность объектов транспортной инфраструктуры. В России проектирование железных дорог, расположенных в различных дорожно-климатических подзонах, требует точного прогноза температурного режима грунтов основания, учитывающего особенности климата и инженерно-геологического строения, а также снегонакопление и воздействие солнечной радиации.

В статье приводится расчет в программном комплексе Frost 3D участка железной дороги, где земляное полотно используется как по I, так и по II принципу (СП 119.13330.2024), с установкой пологонаклонных сезоннодействующих охлаждающих устройств (СОУ) и теплоизоляцией откосов.

Инженерно-геологическое строение:

В верхней части разреза залегает суглинок, в нижней – песок. Суглинок на участке распространения ММГ сливающегося типа характеризуется высокой льдистостью (i_i=0,25 д.е.) и относится к слабым основаниям (относительная осадка при оттаивании δ=0,11 д.е.). На участке с заглубленной кровлей ММГ мерзлый суглинок является слабольдистым (i_i=0,11 д.е.), что характеризует его как недостаточно прочное основание (δ=0,04 д.е.). Грунты незасоленные. Подземные воды в период изысканий вскрыты не были.

Геокриологические условия:

На участке строительства встречены ММГ сливающегося и несливающегося типов. Температура грунтов на глубине нулевых теплооборотов составляет -1,6…-1,2°С для участка с ММГ сливающегося типа и -0,5…-0,3°С для участка с ММГ несливающегося типа. Величина сезонно-талого слоя (СТС) составляет 1,8-2,5 м, сезонно-мерзлого слоя составляет 3,0-3,5 м.

для участка с I принципом – установка пологонаклонных СОУ с шагом 4 м, длиной испарителя 13 м, в количестве 46 шт. в основании железнодорожной насыпи совместно с укладкой теплоизоляции толщиной 300 мм из гранулированного теплоизоляционного материала λ=0,1 Вт/м*С в нижней части откоса и на подошве откоса насыпи для сохранения грунтов основания в мерзлом состоянии в течение всего срока эксплуатации;

Железная дорога I категории (СП 119.13330.2024) , однопутная. Электроснабжение не предусмотрено.
Земляное полотно высотой 5 м отсыпано из крупнообломочного грунта (щебень). Конструкция балластной призмы высотой 1 м – двухслойная. Предусмотрена укладка песчаной подушки с последующей отсыпкой щебеночного балласта по верхнему слою.
Конструкция железнодорожного пути бесстыковая, из рельсов Р-65 и железобетонных шпал.

Прогноз температурного режима грунтов основания выполнен на период 28 лет по методике приложения А СП 447.13330.2024 и включает в себя следующие этапы:

на этапе адаптации проводится построение геологической модели и подбирается теплопроводность снегового покрова для верхнего ГУ III рода таким образом, чтобы температура грунтов, величина слоев сезонного промерзания и оттаивания, а также положение кровли ММГ при расчете на длительный срок (сотни лет) совпадали с данными, полученными в результате изысканий. На этапе адаптации также рассчитывается температурное распределение на момент начала строительства;
на этапе строительства адаптированная геологическая модель дополняется термостабилизаторами, земляным полотном, балластной призмой и теплоизоляцией откосов. Проектом предусмотрено одномоментное возведение указанных объектов в конце зимнего периода (апрель), что не приведет к оттаиванию грунтов основания;

на этапе эксплуатации производится оценка теплового влияния железной дороги на грунты основания с учетом мероприятий по термостабилизации. В расчете учитываются участки повышенного (откосы насыпи) и пониженного (рельсовый путь) снегонакопления, а также температурные поправки для северного и южного откосов железнодорожной насыпи. В примере этап строительства ввиду его малой продолжительности и неизменности граничных условий совмещен с этапом эксплуатации.

Результаты расчета подтвердили достаточность мероприятий по термостабилизации для участка с I принципом. Верхний горизонт ММГ остается в теле железнодорожной насыпи, а грунты основания находятся в проектном температурном состоянии на протяжении всего периода эксплуатации сооружения.

На участке со II принципом в процессе эксплуатации наблюдается понижение кровли ММГ на 7,5 метров, наиболее выраженное под склоном южной экспозиции. Осадка оттаявшего основания, рассчитанная в Frost.Осадка – не более 0,3 м, при допустимой осадке основания насыпи 0,4 м (СП 119.13330.2024). Это позволяет сделать вывод о достаточности применения теплоизоляции на откосах насыпи без дополнительных мероприятий.

Постановка задачи

Мероприятия по термостабилизации

Объект строительства

Моделирование температурного режима грунтов основания

Выводы

О компании

Связаться с нами

Информация