Способ температурной стабилизации насыпи железной дороги на вечномерзлых грунтах

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении дорожных насыпей при строительстве транспортных сооружений на вечномерзлых грунтах в период с положительными значениями температуры воздуха. Техническим результатом данного изобретения является обеспечение температурной стабилизации насыпи железной дороги на вечномёрзлых грунтах при строительстве транспортных сооружений в период с положительными значениями температуры воздуха. Технический результат достигается тем, что способ температурной стабилизации насыпи железной дороги на вечномерзлых грунтах реализуется путем использования охлаждающей системы, размещенной в теле насыпи железной дороги, организации искусственного промораживания грунта и поддержания его в мерзлом состоянии. Согласно изобретению поддержание грунта в мерзлом состоянии в период с положительными значениями температуры воздуха выполняют, по крайней мере, в двух температурных режимах и состояниях, первый из которых - режим ожидания - задают на всем протяжении дороги с температурой от 0 до 0,5°С с возможностью сохранения пластично-мерзлого состояния грунта, а второй - режим активного промораживания - с температурой от -0,5 до -2°С осуществляют периодически перед прохождением состава по длине, равной не менее двух длин состава - с поддержанием температуры грунта твердомерзлого состояния. Данный способ был смоделирован в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ. 1 ил.

 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении дорожных насыпей в случае использования некондиционных тонкодисперсных грунтов (супесей, суглинков и др.) при строительстве транспортных сооружений на вечномерзлых грунтах в период с положительными значениями температуры воздуха.

Известен способ возведения насыпи на мерзлых грунтах путем поддержания насыпи и основания в мерзлом состоянии за счет размещения системы охлаждающих труб в нижней части насыпи (RU, №2010919, МПК E02D 17/18, 1994).

Недостатком известного способа является невозможность целенаправленного регулирования температурно-реологического состояния насыпи, что снижает эффективность использования способа.

Наиболее близким техническим решением является способ температурной стабилизации основания сооружений на вечномерзлых грунтах путем использования охлаждающей системы в виде труб, уложенных под слоем теплоизоляции по всей площади основания, размещенной в теле насыпи железной дороги, организации искусственного промораживания грунта и поддержания его в мерзлом состоянии (RU, №2415226, МПК E02D 3/115, 2011).

Недостатком известного технического решения является поддержание насыпи в процессе ее эксплуатации в одном заданном отрицательном температурном режиме и состоянии, что приводит к повышенным энергозатратам и снижает эффективность способа.

Технической проблемой данного изобретения является обеспечение температурной стабилизации насыпи железной дороги на вечномерзлых грунтах при строительстве транспортных сооружений в период с положительными значениями температуры воздуха.

Решением технической проблемы при использовании данного изобретения является снижение энергозатрат за счет создания оптимальных условий работы насыпи с возможностью целенаправленного круглогодичного регулирования ее температурного режима и ее состояния.

Поставленная техническая проблема решается тем, что способ температурной стабилизации насыпи железной дороги на вечномерзлых грунтах реализуется путем использования охлаждающей системы, размещенной в теле насыпи железной дороги, организации искусственного промораживания грунта и поддержания его в мерзлом состоянии. Согласно изобретению поддержание грунта в мерзлом состоянии в период с положительными значениями температуры воздуха выполняют, по крайней мере, в двух температурных режимах и состояниях, первый из которых - режим ожидания - задают на всем протяжении дороги с температурой от 0 до 0,5°С с возможностью сохранения пластично-мерзлого состояния грунта, а второй - режим активного промораживания - с температурой от -0,5 до -2°С осуществляют периодически перед прохождением состава по длине, равной не менее двух длин состава - с поддержанием температуры грунта твердомерзлого состояния.

Выполнение операции промораживания не в постоянном режиме, а периодически - только в момент прохождения состава и дискретно - на длине насыпи, равной не менее двух длин состава, позволяет, во-первых, экономить энергетические ресурсы, а, во-вторых, более оперативно изменять температурно-реологическое состояние насыпи при переходе из пластично-мерзлого состояния в твердомерзлое и обратно, что повышает эффективность способа.

Длина промораживания насыпи, равная не менее двух длин состава, выбрана из условия обеспечения сохранения более прочной структуры грунта - в твердомерзлом состоянии по всей длине прохождения состава с некоторым запасом промежутка пути, обеспечивающим сохранение прочностных характеристик грунта во время прохождения состава.

Использование двух температурных режимов - ожидания и активного промораживания - позволяет дополнительно экономить энергоресурсы как за счет поддержания насыпи в основное время в режиме на минимальном температурном уровне для предотвращения оттаивания и сохранения, при этом структурно устойчивого состояния - пластично-мерзлого состояния с температурой 0° - -0,5°С, так и за счет поддержания минимального времени при более низкой температуре для повышения структурной прочности грунта в твердомерзлом состоянии -0,5° - -2°С, что, в целом, также повышает эффективность способа. (Понятие пластично-мерзлое или твердомерзлое состояние известны, и для каждых грунтов выявлены свои температурные значения перехода из одного состояния в другое. Например: Роман Л.Т. Мерзлые торфяные грунты как основания сооружений. - Новосибирск: Наука, 1987. С. 108-109).

Способ температурной стабилизации насыпи железной дороги на вечномерзлых грунтах иллюстрируется чертежом, где изображена схема работы железнодорожной насыпи.

На фигуре обозначено:

1 - насыпь, 2 - мерзлое основание, 3 - охлаждающая система, 4 - участок насыпи, работающий в ждущем температурном режиме, 5 - железнодорожный состав, 6 - участок насыпи, работающий в активном температурном режиме.

Способ температурной стабилизации насыпи железной дороги на вечномерзлых грунтах реализуется следующим образом.

В период с положительными значениями температуры воздуха в зависимости от грузоподъемности составов задают один из двух температурных режимов и состояний грунта охлаждающей системой 3. При использовании легко нагруженных составов и в случае длительного простоя насыпи задают более экономичный температурный режим - на уровне 0° - -0,5°С с формированием и поддержанием пластично-мерзлого состояния грунта, достаточного для предотвращения разрушения полотна. В случае прохождения тяжело нагруженных составов задают температурный режим - на уровне -0,5° - -2°С с формированием и поддержанием более прочной структуры - твердомерзлого состояния грунта.

Для повышения эффективности работы насыпи железной дороги (например, для экономии энергоресурсов) создают условия для проводки одновременно как легко нагруженных составов, так и тяжело нагруженных составов, для чего задают два режима промораживания. Первый задают в ждущем температурном режиме на уровне 0° - -0,5°С с формированием и поддержанием пластично-мерзлого состояния грунта на всем протяжении дороги 4, а второй задают в активном температурном режиме на уровне -0,5° - -2°С с формированием и поддержанием твердомерзлого состояния периодически - в момент прохождения тяжело нагруженного железнодорожного состава 5 и дискретно - на участке насыпи 6 впереди состава на длине насыпи, равной не менее двух длин состава kl (где l - длина состава; k - коэффициент, учитывающий температуру окружающей среды и скорость движения состава).

Способ температурной стабилизации насыпи железной дороги на вечномерзлых грунтах был смоделирован в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ и показал возможность его реализации в реальных условиях строительства. Предлагаемое техническое решение рекомендуется использовать на сложных участках строительства дорог в Арктических зонах, характеризуемых широким распространением высокольдистых структурно-неустойчивых при оттаивании грунтов и отсутствием кондиционных грунтовых материалов, используемых для возведения дорожных насыпей.

Способ температурной стабилизации насыпи железной дороги на вечномерзлых грунтах, реализуемый путем использования охлаждающей системы, размещенной в теле насыпи железной дороги, организации искусственного промораживания грунта и поддержания его в мерзлом состоянии, отличающийся тем, что поддержание грунта в мерзлом состоянии в период с положительными значениями температуры воздуха выполняют, по крайней мере, в двух температурных режимах и состояниях, первый из которых - режим ожидания - задают на всем протяжении дороги с температурой от 0 до 0,5°С с возможностью сохранения пластично-мерзлого состояния грунта, а второй - режим активного промораживания - с температурой от -0,5 до -2°С осуществляют периодически перед прохождением состава по длине, равной не менее двух длин состава - с поддержанием температуры грунта твердомерзлого состояния.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к строительству на вечномерзлых грунтах и предназначено для замораживания и температурной стабилизации грунтовых оснований зданий и сооружений.

Изобретения относятся к средствам для охлаждения грунта, работающим по принципу гравитационных тепловых труб и парожидкостных термосифонов, и предназначены для использования при строительстве сооружений в зоне вечной мерзлоты.

Предлагаемое устройство относится к строительству одноэтажных зданий на многолетнемерзлых грунтах с искусственным охлаждением грунтов основания здания с помощью теплового насоса и одновременным обогревом здания с помощью теплового насоса и дополнительного источника тепла.

Изобретение относится к системам для охлаждения и замораживания грунтов в горнотехническом строительстве в областях распространения вечной мерзлоты (криолитозоне), характеризующихся наличием природных рассолов с отрицательными температурами (криопэгами).

Изобретение относится к области строительства в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, где применяется термостабилизация многолетнемерзлых и пластично-мерзлых грунтов, и может быть использовано для поддержания их мерзлого состояния или замораживания, в том числе и в скважинах, неустойчивых в стенках и склонных к оползанию и обвалообразованию.

Изобретение относится к области строительства сооружений в сложных инженерно-геологических условиях криолитозоны. Изобретение направлено на создание глубинных термосифонов со сверхглубокими подземными испарителями, порядка 50-100 м и более, с равномерным распределением температуры по поверхности испарителя, расположенного в грунте, что позволяет более эффективно использовать его потенциальную мощность по выносу тепла из грунта и увеличить энергетическую эффективность применяемого устройства.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации зданий в районах со сложными инженерно-геокриологическими условиями, а именно к термостабилизации многолетнемерзлых и слабых грунтов.

Изобретение относится к области строительства трубопроводов подземной прокладки и может быть использовано для обеспечения термостабилизации грунтов при подземной прокладке трубопроводов на многолетнемерзлых и слабых грунтах.

Изобретение относится к теплотехнике в области строительства, а именно к термостабилизации грунтовых оснований свайных фундаментов опор трубопровода и трубопроводов подземной прокладки, расположенных на многолетнемерзлых грунтах.

Изобретение относится к области строительства в северных районах и предназначено для возведения ледяных инженерных сооружений, аккумуляции холода и образования сводчатых ледяных сооружений для хранения на (не)плавучих ледяных или ледопородных платформах на шельфах морей.

Изобретение относится к области строительства автомобильных дорог и городских улиц, в частности к способам формирования слоев дорожной одежды и повышения их эксплуатационных свойств.

Изобретение относится к области строительства автомобильных дорог и может быть использовано для повышения несущей способности и устойчивости земляного полотна автомобильных дорог на слабом болотистом основании.

Изобретение относится к области строительства дорог и может быть использовано при возведении грунтовых насыпей транспортных сооружений в Арктических зонах на мерзлых грунтах путем подготовки основания и отсыпки дорожной насыпи по полосам.

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительству оснований искусственных сооружений на промысловых автомобильных дорогах или на дорогах с низкой интенсивностью движения, проходящих по болотистой местности.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при реконструкции и капитальном ремонте автомобильных дорог без прекращения движения автомобильного транспорта в период проведения строительно-монтажных работ.

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано при усилении слабого природного основания, возведении земляного полотна железных дорог, сооружении дамб, плотин.

Изобретение относится к области строительства автомобильных дорог и городских улиц, в частности к системе слоев дорожной одежды и способам их формирования в ней. Технический результат: повышение эксплуатационной надежности дорог с асфальтобетонным покрытием путем избежания псевдоожижения основания дорожной одежды и исключения образования дефектов на дорожном покрытии глубиной более, чем его толщина, за счет применения переходного несущего слоя из эластичного водонепроницаемого материала в системе слоев дорожной одежды.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при строительстве и реконструкции земляных сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах. Охлаждающая конструкция для земляных сооружений на вечномерзлых грунтах представляет собой покрытие из каменной наброски, уложенной на откос поперек продольной оси земляного сооружения, по крайней мере, в два слоя.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации автомобильных и железных дорог и может быть использовано для предупреждения их деформаций, возникающих вследствие оттаивания в процессе эксплуатации многолетнемерзлых грунтов, находящихся в основании земляного полотна.

Изобретение относится к дорожным конструкциям для повышения эффективности осушения грунтовых оснований дорожных одежд под дренирующим слоем в пределах дорожной одежды и обочин земляного полотна и может быть использовано для сохранения стабильной прочности в периоды переувлажнения путем увеличения поперечного уклона поверхности грунтового основания преимущественно до 70‰ (промилле) по сравнению с известным уклоном.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении дорожных насыпей при строительстве транспортных сооружений на вечномерзлых грунтах в период с положительными значениями температуры воздуха. Техническим результатом данного изобретения является обеспечение температурной стабилизации насыпи железной дороги на вечномёрзлых грунтах при строительстве транспортных сооружений в период с положительными значениями температуры воздуха. Технический результат достигается тем, что способ температурной стабилизации насыпи железной дороги на вечномерзлых грунтах реализуется путем использования охлаждающей системы, размещенной в теле насыпи железной дороги, организации искусственного промораживания грунта и поддержания его в мерзлом состоянии. Согласно изобретению поддержание грунта в мерзлом состоянии в период с положительными значениями температуры воздуха выполняют, по крайней мере, в двух температурных режимах и состояниях, первый из которых - режим ожидания - задают на всем протяжении дороги с температурой от 0 до 0,5°С с возможностью сохранения пластично-мерзлого состояния грунта, а второй - режим активного промораживания - с температурой от -0,5 до -2°С осуществляют периодически перед прохождением состава по длине, равной не менее двух длин состава - с поддержанием температуры грунта твердомерзлого состояния. Данный способ был смоделирован в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ. 1 ил.

Наверх