Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Комплексная оценка влияния разрядноимпульсной технологии укрепления земляного полотна железных дорог на окружающую среду

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Комплексная оценка влияния разрядноимпульсной технологии укрепления земляного полотна железных дорог на окружающую среду"

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯН1

РАЗРЯДНОИМПУЛЬСНОИ ТЕХНОЛОГИИ УКРЕПЛЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Специальность 25.00.36 - ГЕОЭКОЛОГИЯ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 2004

Работа выполнена на кафедре инженерной химии и зашиты окружающей срезы Петербургского государственного университета путей сообщения

Научный руководитель заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Гаврилов Геннадий Николаевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Шантана Нина Николаевна

Зашита состоится 16 ноября 2004 I1. в 16.00 на заседании диссертационного совета Д 212.244.01 при Северо-Западном государственном заочном техническом университете по адресу: 191186, Санкт-Петербург1, ул. Миллионная, д.5

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Западного государственного заочного технического университета.

Автореферат разослан 15 октября 2004 г1. Ученый секретарь

кандидат технических наук Веприняк Иван Алексеевич

Ведущая организация ЗАО «Экологический институт»

МАНЭБ

диссертационного совета

Иванова И.В.

шт

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте непосредственно связан с усилением негативного воздействия на окружающую среду, что существенно обостряет экологические проблемы на современном этапе. Это связано с повышением скоростей движения подвижного состава, с увеличением веса и длины поездов. Дополнительную нагрузку окружающая среда получает при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте железных дорог, особенно при выполнении таких работ, как усиление земляного полотна верхнего строения пути, реконструкции искусственных сооружений различного назначения, особенно, со сроками эксплуатации более 100 лет. Общая протяженность участков земляного полотна с деформациями различных видов составляет 12,8 % эксплуатационной длины сети, более 3600 мостов и путепроводов требуют ремонта. Для выполнения ремонтных работ и компенсаций осадок земляного полотна верхнего строения пути с применением традиционных технологий ежегодно требуется более 300 млн.м3 балласта и около 500 млн.м3 инертных материалов. Это потребует разработки новых карьеров, что практически адекватно для определенных районов экологическому бедствию. Для снижения давления на природно-антропогенный комплекс в зоне действующих железных дорог требуется разработка новых прогрессивных технологий ремонта и усиления земляного полотна.

Решение данных задач можно обеспечить на основе применения разрядноимпульсной технологии (РИТ), использующей подвижные путевые комплексы, позволяющие производить формирование бетонных удерживающих конструкций с обработкой твердеющих растворов энергией электрического ВЫСОКОВОЛЬТНОГО р^дяля При этом

(РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

«

«

возникает необходимость разработки комплексной методики оценки экологической обстановки при использовании новой технологии.

Цель работы - комплексная оценка влияния разрядноимпульсной технологии (РИТ) укрепления земляного полотна железных дорог на окружающую среду.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые разработана методика комплексной количественной оценки влияния на окружающую среду разрядно-импульсной технологии, учитывающая экологический, экономический и технико-технологический аспекты, позволяющая прогнозировать состояние природного и технического комплексов по шкале развития.

2. Предложена комплексная количественная оценка экологического состояния окружающей среды и разработан алгоритм ее расчета, основанный на вероятностных законах.

3. Разработана методика расчета эффективности применения технологии по технико-технологическим и экономическим показателям.

4. Определены основные параметры и факторы воздействия разрядно-импульсной технологии усиления земляного полотна на процессы жизнедеятельности и окружающую среду.'

- дана оценка параметров силового поля, возникающего при электрическом разряде;

- определены энергетические характеристики электрического разряда;

произведена оценка параметров электромагнитного поля

- дана оценка воздействия на воду возникающего электрического разряда

5. Показано, что разрядно-импульсная технология укрепления земляного полотна имеет преимущество перед всеми технологиями,

использованными ранее для этих целей.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Общий геоэкологический анализ природно-антропогенного комплекса (ПАК) применительно к деятельности железных дорог при реконструкции и ремонте земляного полотна.

2. Основные параметры и факторы воздействия разрядноим-пульсной технологии (РИТ) усиления земляного полотна на окружающую среду.

3. Математическая модель оценки влияния новой технологии на окружающую среду.

4. Экспериментальные исследования по оценке воздействия разрядноимпульсной технологии (РИТ) на природно-антропогенный комплекс (ПАК).

5. Экологический и экономический эффект от внедрения РИТ для усиления земляного полотна железных дорог.

Практическая значимость результатов исследований:

1. Разработана методика расчета индекса развития внедряемой технологии по следующим видам показателей:

- экологическое состояние - по показателям, характеризующим свойства воды (биотический индекс, рН - воды, окисляемость (ПИВ), растворенный кислород, общая жескость и железо), грунта (объемный вес грунта, влажность грунта, степень уплотнения как в зоне уплотнения грунта, так и в зоне прилегания грунта к уплотненной зоне), воздушной среды и техногенного воздействия новой технологии с учетом санитарных норм для обслуживающего персонала.

- характеристикам бетона по рН - вытяжке, прочности при сжатии и изгибе

- техническим параметрам земляного полотна (коэффициент

б

устойчивости земляного полотна, величина упругой осадки, жесткость земляного полотна; коэффициент пористости грунта, угол внутреннего трения, модуль упругости бетона (несущая способность сваи на горизонтальную нагрузку);

-технологическим параметрам (необходимость технологических окон для выполнения работ, снятие ограничений по скорости движения, увеличение межремонтных циклов, производительность труда).

2. Дана оценка воздействия разрядно-импульсной технологии на процессы жизнедеятельности и окружающую среду при выполнении работ по усилению земляного полотна.

3. Показано, что использование методики расчета параметров разрядноимпульснои технологии для оценки влияния технологии на окружающую среду, позволяет реализовать проекты для усиления земляного полотна на Октябрьской железной дороге при выполнении работ на 172 км, 190 км, 201 - 202 км, 211 - 212 км линии Санкт-Петербург -Москва в соответствии с «Комплексной программой реконструкции Октябрьской железной дороги под скоростное движение пассажирских поездов со скоростью 200 км/час линии Санкт-Петербург — Москва».

4. Показано, что применение разрядноимпульстой технологии для усиления земляного полотна на линии Санкт-Петербург - Москва позволяет экономить денежные средства за счет снижения эксплуатационных расходов в соответствии с данными дистанции пути дороги ПЧ-7, а также позволяет получить срок окупаемости затрат на выполнение работ в течение 1,5...2,0 лет.

Апробация работы

Основные положения работы были представлены и обсуждены на IV Всесоюзной конференции «Электрогидравлический разряд в

жидкости и его применение в промышленности» (г.Николаев, 1989); Межвузовской конференции «Человек в условиях рыночной экономики в современном российском обществе: проблемы и перспективы» (г.Санкт-Петрбург, ГУАП, 2001); Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы. Фундаментальные исследования в техническом университете, 2002; II международной научно-технической конференции (г. Ульяновск, 2002); III международной научно-технической конференции «Защитные композиционные материалы и технологии третьего поколения» (г.Санкт-Петрбург, 2001); Международном семинаре «Экологическое образование и его вклад в устойчивое развитие: отечественный и зарубежный опыт» (г.Санкт-Петрбург, 2001); Всероссийской научно-практической конференции «Вопросы практической экологии» (г. Пенза, 2002); Неделе науки (г. Санкт-Петербург, ПГУПС, 2002).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, включающего 98 наименований, и 3 приложений. Работа содержит 135 страниц машинописного текста, 25 рисунков и 18 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана важность и актуальность задач решаемых в диссертационной работе. Работа выполнена на основе современных исследований ученых и специалистов в области экологии, а также ученых и специалистов, работающих в области изучения и внедрения электрического разряда в жидкой среде, как эффективного технологического средства, используемого для усиления земляного полотна железных дорог, а также специалистов и ученых, работающих в области совершенствования средств и способов усиления земляного

полотна и верхнего строения пути. Отмечены основные проблемы экологии, важность и актуальность задач, решаемых в этом направлении. Показано, что на современном этапе недостаточно разработаны и исследованы простые и удобные модели для экологической оценки существующих или внедряемых новых технологий, используемых при ремонте и реконструкции искусственных сооружений на сети железных дорог.

В первой главе представлены результаты анализа современного понимания природно-антропогенного комплекса (ПАК), как системы взаимодействующих природных, социоприродных и техногенных компонентов воздействия на окружающую среду и самой среды как системы восприятия техногенной нагрузки. С учетом общего понимания ПАК применительно к вопросам реконструкции и ремонта искусственных сооружений железных дорог можно отметить следующие наиболее характерные экологические составляющие анализа:

- оценка воздушной среды от вносимых техногенных проявлений;

- оценка состояния водных объектов в зоне выполнения работ до и после применения новой технологии;

- оценка состояния почвы в зоне выполнения работ до и с применением новой технологии;

- оценка техногенного воздействия новой технологии на окружающую среду с учетом обеспечения жизнедеятельности обслуживающего персонала.

Обосновывается необходимость внедрения новых технологий для усиления земляного полотна железных дорог. Это обусловлено тем, что, применяемый в настоящее время способ отсыпки дренирующего грунта требует большого расхода материалов, дополнительных затрат по выносу существующих коммуникаций и удлинению

водопропускных труб, имея при этом низкую производительность усиления земляного полотна (40...60 им. в месяц), и, что особенно существенно, — данный способ малоэффективен (особенно на слабых грунтах) и не отвечает требованиям современной экологии.

Рис. 1 Общий вид комплекса

Исключить указанные недостатки можно за счет применения способа усиления земляного полотна на основе использования подвижного специализированного комплекса с применением электрического разряда в жидкой среде (технология «Риттрансстрой» или разрядноимпульсная технология).

Общий вид данного комплекса представлен на рис. 1.

Подвижный комплекс состоит из п-го количества рабочих платформ, соединенных друг с другом и установленных на определенном расстоянии oг оси пути на металлических трубах -стойках. Па рабочих платформах установлено оборудование для бурения скважин, формирования свайных конструкций, приготовления и подачи твердеющего раствора и передвижения платформ вдоль пути.

Формирование электрических разрядов осуществляется с

помощью электроимпульсной установки за счет накопления электрической энергии на емкостных накопителях. Данная энергия выделяется в скважине, заполненной раствором с образованием волны сжатия, что приводит к расширению стенок скважины, уплотнению бетонной смеси и грунта вокруг скважины. Диапазон используемых в РИТ рабочих напряжений на емкости составляет от и = 5 кВ до и = 10 кВ, при запасенной энергии на емкостном накопителе от Ео= Ю кДж ДО при скорости выделения мощности в канале разряда м, при этом давление в канале разряда достигает Р = (10 - 30)102 МПа. Время выделения энергии в канале разряда т = (10 -с. Высоковольтный электрический разряд сопровождается образованием ударной волны, гидродинамическим колебанием жидкости, проявлением действия электромагнитного поля, возникающего при протекании тока разряда, достигающего 10-15 кА, выделением тепловой энергии. Данные свойства разряда можно использовать для ускорения процесса твердения и повышения прочностных характеристик бетона, а также уплотнения грунтов, что, в свою очередь, улучшает характеристики грунтов (пористость, угол внутреннего трения и сцепления грунта), повышает несущую способность свайных конструкций на вертикальную и горизонтальную нагрузку, и, в целом, повышает коэффициент устойчивости откосов земляного полотна до заданных нормативных значений.

Во второй главе определены особенности воздействия электрического высоковольтного разряда на составляющие твердеющей бетонной смеси и грунт при создании свайных конструкций. Установлен наиболее рациональный режим обработки воды затворения и твердеющих растворов, что соответствует определенному соотношению между величиной межэлектродного промежутка 8, напряжением до которого происходит

заряд емкости и и величиной емкости С. При этом происходит максимальное выделение энергии Ед , запасенной на емкости Е„ = С 1!2/2 В межэлектродном промежутке. Определено изменение удельного сопротивления р, водородного показателя рН воды затворения и прочности бетона в зависимости от величины 8. . Показано, что обработка электрическим разрядом влияет на процессы структурообразования бетона, используемого в системе РИТ и фазовый состав цементного камня (А.С. СССР № 1570254 БИ № 22 1990 г.). При этом было исследовано изменение в протекании процессов твердения по сравнению с образцами, изготовленными без обработки разрядом. С помощью рентгено-фазового анализа исследованы образцы, отобранные из свайных конструкций, изготовленных на 201 км линии Санкт-Петербург - Москва. Возраст образцов к моменту исследований составил около восьми лет. При этом были взяты пробы материалов тела свайной конструкции, сформированной по обычной технологии и по РИТ. На основании обработки результатов исследований показано, что в образцах протекают в основном одинаковые по характеру процессы, новых фаз не обнаружено, при этом отмечено увеличение интенсивности характеристических линий Са(ОН)2 . Показано, что даже после 8 лет твердения степень гидратации цемента в образцах, полученных по РИТ выше, чем у контрольных образцов Это позволяет сделать вывод, что процесс бетонирования, обработка бетона электрическим разрядом не вносит изменений в экологию окружающей среды.

Под действием энергии электрического разряда происходит расширение стенок скважины, уплотнение бетонной смеси и уплотнения грунта. С помощью интеграла Лагранжа можно связать давление на фланге ударной волны, распространяющейся в грунте и

давления на границе грунт - твердеющий раствор (бетон) а затем между и давлением на поверхности парогазовой полости Произведено решение уравнений в частных производных, что позволило получить зависимость величины раздачи скважины

Да ^ ^ . , где Яо. К " начальный и конечный радиус

раздачи скважины, в функции таких параметров, как скорость расширения канала разряда ^ характеристик грунта и показателей разряда.

Результаты исследования образцов уплотненных (обработанных РИТ) в сравнении с исходным грунтом показывают, что эффект обработки разрядом не меняет физико-химических характеристик грунта, что позволяет сделать вывод, что электрический разряд не оказывает негативных воздействий на грунт (окружающую среду).

Определены факторы, воздействующие на окружающую среду, при использовании разрядноимпульсной технологии. При электрическом разряде в твердеющем растворе, возникает ударная волна, имеющая экспоненциальный характер изменения. Давление от действия ударной волны составляет Таким образом,

в скважине, в твердеющем растворе действует давление, вызванное появлением ударной волны и давление от действия парогазовой полости Рц. С учетом того, что величины давлений, действующие на грунт (окружающую среду) достигают Ру =(0.8-2,5)103МПа при времени действия при действии парогазовой полости

=(1 + г.ЗНО'Па при времени действия (100-1000)10^ все возмущения, вызванные действием силового поля разряда затухают в радиусе 1,0-1.5 м от скважины и не оказывают негативного воздействия на окружающую среду.

Одним из действующих факторов, сопровождающих развитие электрического разряда в скважине (грунте), является возникновение

электрических и магнитных полей, обусловленных протеканием разрядного тока. В работе определены величины напряженности электрического поля. Произведено определение шагового напряжения при электрическом разряде в скважине, что необходимо для определения жизнедеятельности обслуживающего персонала при усилении земляного плотна с помощью РИТ, определены параметры заземления в соответствии с требованиями техники безопасности.

В третьей главе приведены результаты моделирования и дана оценка воздействия разрядноимпульсной технологии на окружающую среду.

С учетом того, что любая экосистема зависит от множества случайных факторов, можно предположить, что отклонения ее состояния подчиняются нормальному закону распределения. При этом требуется обоснование данной гипотезы применительно к конкретному природно-антропогенному комплексу. В представленной работе приведено данное обоснование.

Для каждого свойства каждого компонента изучаемого ПАК можно по выборке значений заданного объема построить нормальное распределение N(111.0), где значение т (математическое ожидание, совпадающее со средним значением) и значение (среднее квадратичное отклонение), совпадающее . со стандартным отклонением.

Произведена оценка пригодности нормального закона распределения к данной выборке значений на основе использования известного критерия соответствия Э32(Хи - квадрат).

С учетом этих представлений была предложена рейтинговая оценка экологического состояния ПАК. При этом с помощью коэффициента нормирования значения свойства получаем

новое значение, которое обозначаем (у,), К/ =1/т„ у1=Х,К1. Затем,

применив к полученному значению нормализацию, можно получить =(Х1 -1)/а Для полученного значения вычисляем значение плотности нормального распределения На основании этих

данных можно получить значение для изучаемого компонента в целом - рейтинг данного состояния изучаемого компонента. При этом каждому свойству компонента сопоставляется его значимость в долях для компонента в целом Тогда значение при этом

- рейтинг среднестатистического состояния изучаемого компонента.

В качестве примера представлен расчет экологического состояния воды, которая как компонент оценивалась следующим свойствам: биотический индекс, рН - воды, окисляемость (ПИВ), растворенный кислород, общая жесткость и железо. В данном примере предполагается, что стандартное отклонение каждого свойства равно I. Результаты расчета представлены в таблице 1. Результаты данного расчета позволяют сделать заключение, что исследуемое экологическое состояние компонента «вода» практически равно среднестатистическому состоянию изучаемого компонента.

Для получения общей рейтинговой оценки состояния ПАК в целом каждому компоненту (воздушная среда, водные объекты

(вода), почва, биота, техногенная среда) необходимо сопоставить значимость компонента в долях для ПАК, тогда величина рейтинговой оценки в целом для объекта будет иметь следующий вид 2'тк=2с^ямп^иил-

На основании этих представлений разработана методика оценки степени влияния новой технологии на экологическую обстановку (см. рис. 2).

Таблица 1

№ п п Свойство Единица измерени я Значимость (4) Среднестат истическое состояние Исследуемое состояние г, гл

1 2 3 4 5 6 7 ь

1 Биотический индекс 0,500 6,5 6,00 0,982 0,4908

2 рН - воды 0,090 6,85 6,90 1,000 0,090

3 Окисляемость (ПИВ) мг02/л 0,090 5,65 5,83 0,997 0,0897

4 Растворенный кислород мг/л 0,14 9,0 8,9 1,000 0,1399

5 Общая жесткость мэкв/л 0,09 з,п 3,2 0,997 0,0898

6 Железо мг/л 0,09 0,26 0,27 0,993 0,0894

Компонент вода 0,98%

Окружающая среда.

! Воздушная среда ; '______________________

' ,

! Водные объекты ; 1---------------------------1

! Биота ;

!...........................!

' ~ ~ " ~

| Почва !

\----------1

^ Горизонт I (13-40 см) |

' Горизонт 2 (40-60 см) |

----------!

I Горизонт 3(60-120 см) |

I Горизонт 4 (120-175 см)

■ Горизонт 5 (175-300 см) 1

О

Техногенная сред*

Технико-технологическая ' составляющая •

I Технико-экономическая I составляющая

Рис 2 Алгоритм математической модели рейтинговой оценки

компонентов ПАК Данная методика не только позволяет оценить новое состояние экологической обстановки, но и определить те составляющие и их

свойства, экологическое состояние которых ухудшилось по сравнению с начальным, состоянием (до применения новой технологии).

На основе использования полученных методик возможно рассчитать индекс развития внедряемой технологии, отражающий изменения технологических показателей внедряемой технологии и показателей качества производимого продукта. Для изучаемой технологии в качестве наблюдаемых показателей были выбраны три группы показателей: характеристики твердеющего материала (бетона) — рН-вытяжки, модуль упругости бетона Е; технические характеристики земляного полотна - коэффициент устойчивости земляного полотна Кр величина упругой осадки J, мм, характеристики грунта сложения земляного полотна - угол внутреннего трения коэффициент пористости грунта е, сцепление грунта С, несущая способность свайной конструкции Ж. Технологические параметры, такие как необходимость выделения технологических окон для выполнения работ за расчетный период, изменение межремонтных циклов, производительность труда. Обобщенные показатели по оценке индекса развития внедряемой технологии по техническим параметрам были рассчитаны по разработанной методике на основе выполнения работ по усилению земляного полотна на Октябрьской железной дороге. Установлено, что приведенный индекс развития внедряемой технологии равен 1,35 по техническим показателям, 1,17 по показателю бетон и 4,14 по технологическим показателям.

Произведена оценка условий безопасной жизнедеятельности обслуживающего персонала при использовании РИТ для усиления земляного полотна. Изучены электрические характеристики разряда, характер их изменения и опасности их воздействия на обслуживающий персонал. Определены основные правила эксплуатации и техники безопасности при использовании электроустановок с рабочим

напряжением более 1000 В.

Теоретически и опытным путем определена величина шагового напряжения У„ возникающего вблизи рабочей скважины при электрическом разряде. Определено безопасное расстояние удаления обслуживающего персонала от скважины при формировании свайных конструкций. Теоретически и экспериментально определена величина напряженности электрического и магнитного полей, возникающих при электрическом разряде. Произведено сравнение этих параметров с допустимыми нормами. Измерения параметров электромагнитного поля было выполнено на реальном объекте усиления земляного полотна (51 км линии Санкт-Петербург - Москва) с использованием прибора ИЭП-05. Результаты измерений показали, что величина электромагнитного поля при включении ЭИУ не превышает (0,1-0,4) В/м, что соответствует допустимым нормам воздействия на человека электромагнитного поля (ГОСТ 12.1 .00. -75). Произведена оценка величины напряженности магнитного поля, возникающего при электрическом разряде. Установлены условия, необходимые для безопасной работы обслуживающего персонала. Произведен расчет параметров защитного заземления, которое необходимо устанавливать при работе ЭИУ в соответствии с требованиями обеспечения техники безопасности при обслуживании установок при рабочем напряжении более 1000 В.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований и внедрения разрядноимпульсной технологии на сети железных дорог с оценкой экологических показателей.

Для оценки степени влияния энергии электрического разряда на грунт земляного полотна при формировании свайных конструкций были выполнены экспериментальные исследования, связанные с откопкой свай и определением характеристик грунта после обработки разрядом с использованием полевой лаборатории И.М.Литвинова.

Обработка опытных данных для различных участков земляного полотна показывает, что для грунтов с W = 10-20% (201 км линии Санкт-Петербург — Москва) при энергии на емкости Ед= 100 кДж возможно обеспечить уплотнение грунтов в пределах до 20%. Для определения степени точности измерений производилась математическая обработка результатов измерений.

В результате исследований установлено, что практически неизменными остаются исследуемые характеристики почвенных (грунтовых) разрезов как в месте соприкосновения почвы (грунта) со сваями, обработанными электрическими разрядами, так и в местах, где в почву (грунт) внедрены сваи без обработки разрядом.

В заключении данной главы представлены результаты внедрения данной технологии на Октябрьской железной дороге.

, Для высоких насыпей (190 км, 201 км) наиболее характерные неисправности связаны с тем, что, в результате длительной эксплуатации и многократных подъемок пути, на откосах верхней части насыпи происходит образование балластных шлейфов из щебня и рыхлого песчаного материала мощностью до 1,5 м с крутизной откосов 1:1, высота насыпи 40 м, при этом заужена ширина основной площадки Коэффициент устойчивости земляного полотна Ку ~ 1,0, что не соответствует современным требованиям СТНц-95 по содержанию и эксплуатации пути при повышении скоростей движения. На этих участках было введено ограничение по скорости движения 60 км/час.

Для земляного полотна уложенного на слабом основании, особенно при наличии уклона минерального дна, применение традиционного способа стабилизации за счет отсыпки дренирующего грунта, в частности на 172 км, 21 и 212 км не привело к положительным результатам. На участках наблюдались систематические просадки, величина упругих колебаний верхнего строения пути и земляного

полотна достигала 4-6 мм, что не соответствовало установленным нормам. Отсыпка больших объемов дренирующих в 1987 году не привело к положительным результатам: при этом ухудшилось экологическое состояние данных участков, в частности, был нарушен водный режим болот, что привело к угрозе уничтожения бобровых поселений. С применением технологии "РИТТРАНССТРОЙ" были выполнены работы по стабилизации земляного полотна на 172 км, 211 - 212 км за счет создания шпунтовых свайных конструкций с двух сторон земляного полотна, что позволило обеспечить устойчивость земляного полотна, уменьшить просадки земляного плотна до допустимых величин и в конечном итоге снять ограничение по скорости движения на этих участках и установить скорость движения до 200 км/час. При этом был сохранен водный режим данных участков, обеспечены необходимые условия для сохранения численности бобровых поселений (211 - 212 км).

На основании полученных результатов внедрения (1995 - 1996 г.) на дистанции пути Октябрьской дороги ПЧ-7 по разработанной методике был произведен расчет индекса развития данного способа усиления земляного полотна с учетом изменения технологических параметров. К этим параметрам отнесены: необходимость иметь технологические окна для выполнения работ за один временной период (год) (плановые ремонты); необходимость технологических окон для выполнения работ за один год (текущее содержание); снятие ограничений по скорости движения; увеличение межремонтных циклов; производительность труда.

Результаты расчета весовых показателей технологического цикла представлен в таблице 2. Индекс развития по группе технологических показателей составляет 1,35, что позволяет сделать заключение, что данная технология позволяет в 1,35 раз повысить качественные

Таблица 2. Основные характеристики эффективности применения технологии «РИТТРАНССТРОЙ» (РТС) для усиления земляного полотна железных дорог (СПб-Москва, 172 км ПК 1712, 201 км ПК 2010)

.Ч<! ! Наименование | л п I параметра ДО применен ия РТС после применени я РТС Изменение параметра Коэф изменения параметра Вес в баллах Значимост ь параметра Приведенн ый индекс развития

1 1 2 3 4 5 | 6 7 9

: Технические параметры 25,00 0,56 .0,75

, 1 | Коэффициент устойчивости 1 1 земляного полотна. Ку 1,00 1,25 0,25 1.25 10,00 0,22 0.28

! 2 ' Величина упругой осадки, мм 5.55 3,00 -1,55 1,50 5,00 0.11 0,17

|3 \ Жесткость земляного полотна 1,00 1,28 0,28 1,28 3,00 0,06 0,09

4 Коэффициент пористости 0,71 0,54 -0,17 1,40 2,00 0,04 0,06

1 * I Угол внутреннего трения, град 22,00 32,00 10,00 1,50 2.00 0,04 0,07

1 6 Модуль упругости бетона, Е, Мпа 1,00 1,30 0,30 1,30 1,50 0,03 0,04

Несущая способность сваи на горизонтальную нагрузку. Е, кН 1,00 1,40 0,40 1,40 1,50 0,03 0.05

> Индекс развития по группе 1,35

1 2 3 4 5 б 7 g 9

Технико-экономические параметры (для участков д истанции пути ПЧ7 линии СГГб-Москва) (172 км, 188 км, 190 км, 202 км, 203 км, 211 км, 212 км) 17,00 0,38 1,56

8 Необходимость технологических окон для выполнения работ за один год, ремонт 12,00 ! 1 0,00 -12,00 10,00 1,00 0,02 0,22

8а Необходимость технологических окон для выполнения работ за один год, текущее сод 54,00 , 10,00 -44,0 5,40 1,00 0,02 0,12

9 Снятие ограничений по скорости движения 6,00, 0,00 -6,00 4,00 5,00 0,11 0,44

10 Увеличение межремонтных циклов t,oo ; 2,00 1,00 2,00 5,00 0,11 0,22

И Производительность 1руда 1,00 5,00 4,00 5,00 5,00 0,11 0,56

Индекс развития по группе 4,14

Бетон 3,00 0,07 0,08

12 рН-вытяжки 11,70 ■ 12,04 0,34 1,02 1,00 0,02 0,02

13 {^сжатия 300,00 411,2 111,20 1,37 1,00 0.02 0,03

14 Шизгиб 30,50 : 41,7 4,00 1,13 1,00 0,02 0,03

Индекс развития по группе 1,17

Индекс развития технологии 1,00 2,39

показатели усиления земляного плотна Произведен технико-экономический расчет экономии эксплуатационных расходов п результате применения новой технологии На основании результатов эксплуатации участков, где было выполнены работы по усилению земляного полотна экономические показатели определялись по методике ВНИИЖТа по трем параметрам: экономия расходов за счет снижения ограничения скорости движения поездов, экономия расходов за счет уменьшения количества "окон" на ремонт пути, экономия расходов за счет сокращения количества ремонтов пути.

Только за счет снятия ограничений по скорости движения подвижного состава, уменьшения количества "окон" для выполнения ремонтов по текущему содержанию пути получается экономия эксплуатационных расходов за один год около 14 млн руб При этом затраты на выполнение работ по технологии "РИТТРАНССТРОЙ" окупаются в течение 1,5-2 лет.

Основные результаты диссертационной работы

1. Дан общий геоэкологический анализ природноантропогенного комплекса (ПАК) применительно к факторам производственной деятельности железных дорог при реконструкции и ремонте земляного полотна и их влиянию па экологическую обстановку. Определены основные параметры и факторы воздействия разрядноимпульсной технологии (РИТ) усиления земляного полотна на окружающую среду. Определены параметры ударной волны (первая фаза развития разряда) и парогазовой полости (вторая фаза развития разряда), дана оценка их воздействия.

2. Дана оценка параметров электромагнитного поля возникающего при разряде и шагового напряжения возникающего на поверхности грунта при электрическом высоковольтном разряде

в скважине. Определены необходимые условия жизнедеятельности обслуживающего персонала при производстве работ.

3. Разработана математическая модель оценки влияния производственных факторов на окружающую среду. Предложена рейтинговая модель оценки экологического состояния природно-антропогенного комплекса.

4. Разработана методика оценки применения новой технологии на основе расчета приведенного индекса развития внедряемой технологии.

5. Методики расчета использованы при выполнении работ по усилению земляного полотна в соответствии с "Программой комплексной реконструкции Октябрьской железной дороги под скоростное движение" на 172 км, 190км, 201 км, 211 -212км.

6. Представлены результаты оценки эколого-экономических показателей при использовании разрядноимпульсной технологии (технология "РИТТРАНССТРОЙ") на сети железных дорог.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Курков В.И. Электрогидравлический разряд в жидкости и его применение в промышленности. // Тезисы докладов 4 всесоюзной научно-технической конференции. Николаев, сентябрь 1988 г. ч.2 -С. 87.

2. Курков В.И. Использование электрогидравлического эффекта для повышения ударной стойкости бетонов. // Материалы конференции молодых специалистов «Качество и надежность строительных материалов и конструкций в сейсмостойком строительстве». Институт строительной механики и сейсмостойкости им. К.С.Завриева, г. Тбилиси., 1986г.-С81.

3. Гаврилов Г.Н., Курков В.И., Егоров А.Л. Активация

малоконцентрированных цементных суспензий энергией электрического разряда. // В кн. «Получение и обработка материалов высоким давлением». Наука и техника, г. Минск, 1990.- С,44.

4. Способ восстановления лежалых цементов. Гаврилов Г.Н., Комохов П.Г., Курков В.И.. А. 1570254. СССР: Опубл. 08 . 02. 1990 г.

6. Курков В.И. Экозащитные композиционные материалы на базе безреагентных технологий на транспорте.// Ill Международная научно-практическая конференция "Защитные композиционные материалы и технологии третьего тысячелетия". СПб, 2001 г. 13-14 ноября. - С.43

7. Курков В.И. Выбор и экологическое обоснование средств и способов производства работ и материалов при строительстве и реконструкции железных дорог. Международный семинар: "Экологическое образование и его вклад в устойчивое развитие: отечественный и международный опыт". СПб, 11 — 12 октября, 2001-С. -107.

8. Курков В.И., Гаврилов Д.Г., Титова Т.С. Вопросы практической экологии усиления земляного полотна железных дорог.//

Всероссийская научно-практическая конференция "Вопросы практической экологии". Пенза, 29 - 30 мая, 2002гС.98-99.

9. Курков В.И., Опушнев А.С. Влияние электромагнитного поля на организм человека при работе на разрядно-импульсной установке. Неделя науки, 2002, ПГУПС.С.15.

10.Курков В.И., Гаврилов Д.Г., Титова Т.С. Новые экологически чистые технологии на транспорте. // Сухие строительные смеси и новые технологии строительства», 2002 .- № 1. - С.41-43.

11. Курков В.И., Гаврилов Д.Г.. Экологические требования к способам и средствам ремонта и реконструкции земляного полотна и верхнего строения пути железных дорог. // Человек в условиях

становления рыночной экономики в современном российском обществе: проблемы и перспективы". СПб, 29 октября 2001 г., ГУАП. -С.57.

12. Курков В.И., Гаврилов Г.Н., Гаврилов Д.Г.. Применение разрядно-импульсной технологии при строительстве реконструкции и эксплуатации искусственных сооружений. Материалы VI Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы. Фундаментальные исследования в техническом университете, СПб, 2002. - С.24.

13. Курков В.И., Гаврилов Д.Г., Титова Т.С. Получение бетона с улучшенными характеристиками при усилении земляного полотна железных дорог. Современные научно-технические проблемы транспорта России. И международная научно-техническая конференция 28 — 30 марта, 2002, Ульяновск: С. 18 - 19.

14. Курков В.И.. Методика рейтинговой оценки экологического состояния природно-антропогенного комплекса при внедрении новой технологии усиления несущей способности земляных оснований. Журнал "Сухие строительные смеси и новые технологии строительства», № 2, 2003-С. 15-18.

15. Голубых Н.М., Титова Т.С, Курков В.И. и др. Комплексная оценка влияния технологии на природную среду и на человека. Новые исследования в материаловедении и экологии. Сборник научных статей сотрудников, аспирантов, докторантов и студентов кафедры «Инженерная химия и защита окружающей среды» под ред. д-ра техн. наук, профессора Сватовской Л.Б.. Петербургский государственный университет путей сообщения, 2004, - С.41 -47.

Автореферат

Комплексная оценка влияния разрядноимпульсной технологии укрепления земляного полотна железных дорог на окружающую среду Курков Владимир Иванович

Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97

Подписано в печать 08.10.2004 Формат 60 84 1/16

Б.кн.-журн П.л.2,0 Б.л. 1,0 РТПРИОСЗТУ

Тираж 100 Заказ 933

Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации Вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5.

1220 6 6 5

РЫБ Русский фонд

2005-4 22530