mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2024-22-1-1mirtr-2674Research ArticleНАУКА И ТЕХНИКАSCIENCE AND ENGINEERINGСтабилизация основания земляного полотна инъекционным способом при деградации многолетнемерзлых грунтовStabilisation of the Track’s Subgrade Foundation by Injection in the Case of Degradation of Permafrost Soilshttps://orcid.org/0000-0003-0850-3414РазуваевД. А.RazuvaevD. A.

Разуваев Денис Алексеевич – кандидат технических наук, доцент, заведующий научно-исследовательской лабораторией «Контроль качества дорожных одежд и земляного полотна».

Новосибирск

Scopus Author ID 57204687242; РИНЦ Author ID 726831

Denis A. Razuvaev - Ph.D. (Eng), Associate Professor, Head of the Research Laboratory of Quality Control of Road Pavements and Roadbeds of Siberian Transport University.

Novosibirsk

Scopus Author ID 57204687242; Russian Science Citation Index Author ID 726831

razdenis@mail.ruПеченкинР. С.PechenkinR. S.

Печенкин Роман Сергеевич – аспирант, инженер.

Новосибирск

Roman S. Pechenkin - Ph.D. student, Engineer of Siberian Transport University.

Novosibirsk

roma.pechenkin@yandex.ruСибирский государственный университет путей сообщенияРоссияSiberian Transport UniversityRussian Federation202417122024221616Copyright © Разуваев Д.А., Печенкин Р.С., 20242024Разуваев Д.А., Печенкин Р.С.Razuvaev D.A., Pechenkin R.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/2674

Расположение инфраструктуры железных дорог на основании из многолетнемерзлых грунтов повышает риски возникновения дефектов и деформации земляного полотна. В России многолетнемерзлые грунты занимают примерно 65 % площади страны. Как следствие, дефектность земляного полотна, расположенного в таких районах Восточного полигона железных дорог России, превышает средний показатель по сети.

Целью исследования является повышение эффективности стабилизации основания земляного полотна железнодорожного пути инъекционным способом при деградации многолетнемерзлых грунтов.

Для эксплуатируемого земляного полотна железных дорог в условиях деградации многолетнемерзлых грунтов и формирования слабых грунтов основания предложен усовершенствованный алгоритм проектирования напорного инъектирования цементо-грунтовых растворов, реализующий комплексный подход.

Поставлен и выполнен лабораторный эксперимент по определению объемов тепловыделения инъекционных растворов различных рецептур за счет экзотермии цемента. Установлена линейная зависимость удельного тепловыделения инъекционных растворов от содержания цемента.

Предложена новая расчетная схема с эквивалентным слоем раствора в зоне стабилизации для прогнозирования величины растепления многолетнемерзлых грунтов основания при инъектировании материалов с цементным вяжущим. Предложено аналитическое решение рассматриваемой задачи для предварительных расчетов.

The location of the railway infrastructure on permafrost increases risks of emergence of defects and deformation of the subgrade. In Russia permafrost occupies approximately 65 % of the country’s area. Consequently, defectiveness of subgrade in the Eastern part of railway network of Russia exceeds the network’s average.

The objective of the study was the increase in the efficiency of stabilisation of track subgrade’s foundation with injection method under the conditions of degradation of permafrost soils.

An improved algorithm for designing pressure injection of cement-soil grout, implementing an integrated approach, is proposed for railway subgrade operated under conditions of degradation of permafrost soils and formation of soft soils in foundations.

A laboratory experiment was set up and carried out to determine the amount of heat released by injected grout of various composition due to the exothermic reaction of hardening of cement, that allowed determining a linear dependence of the specific heat release of injection grout on the cement content.

A new calculation scheme with an equivalent layer of grout in the stabilisation area has been proposed to predict the amount of thawing of permafrost foundation soils when injecting materials with a cement binder, and an analytical solution to the problem under consideration has been proposed for preliminary calculations.

железная дорогаземляное полотногрунты основаниямноголетнемерзлые грунтыдеградация многолетнемерзлых грунтовталиковая зонаслабые грунтыинъектирование грунтовцементо-грунтовый раствортепловыделение растворовrailwaysubgradesoils of subgrade’s foundationpermafrost soilsdegradation of permafrost soilstalik zonesoft soilsinjection into soilcement-soil groutheat release of groutДанная работа выполнена при финансовой поддержке гранта ОАО «РЖД» по Договору № 5106471 от 28.12.2022 года на развитие научно-педагогических школ в области железнодорожного транспорта.The work was carried out with the financial support of a grant from JSC Russian Railways under Agreement No. 5106471 dated December 28, 2022, provided for development of scientific and pedagogical schools in the field of railway transport.ReferencesСазонов В. Н., Ашпиз Е. С. Актуальные проблемы обеспечения надежности земляного полотна на Восточном полигоне // Железнодорожный транспорт. – 2015. – № 9. – С. 28–31. EDN: UJYKOH.Sazonov, V. N., Ashpiz, E.S.Current problems of ensuring reliability of the subgrade at the Eastern part of railway network [Aktualnie problem obespecheniya nadezhnosti zemlyanogo polotna na Vostochnom poligone]. Zheleznodorozhniy transport, 2015, Iss. 9, pp. 28–31. EDN: UJYKOH.Ланис А. Л., Разуваев Д. А. Инженерное обследование основания земляного полотна на подходах к мостам в зоне многолетнемерзлых грунтов (на примере участка Лопча–Хорогочи Дальневосточной железной дороги) // Политранспортные системы: материалы IX Международной научно-техн. конференции, Новосибирск, 17–18 ноября 2016 года / Сибирский государственный университет путей сообщения. – Новосибирск: СГУПС, 2017. – С. 113–117. EDN: ZWVQLJ.Lanis, A. L., Razuvaev, D.A. Engineering survey of the foundation of the subgrade on the approaches to bridges in the permafrost soil zone (using the example of Lopcha – Khogochi section of the Far Eastern Railway). Polytransport systems: proceedings of IX International Scientific and Technical Conference, Novosibirsk, November 17–18, 2016. Siberian State Transport University. Novosibirsk, SGUPS, 2017, pp. 113–117. EDN: ZWVQLJ.Кудрявцев С. А., Кажарский А. В., Вальцева Т. Ю. [и др.]. Конструкции усиления насыпей железных дорог на вечномерзлых грунтах при строительстве вторых путей Восточного Полигона // Проектирование развития региональной сети железных дорог. – 2016. – № 4. – С. 243–250. EDN: XEEXQJ.Kudryavtsev, S. A., Kazharsky, A. V., Valtseva, T.Yu. [et al.] Structures for strengthening railway embankments on permafrost soils during construction of the second tracks of the Eastern part of railway network [Konstruktsii usileniya zheleznykh dorog na vechnomerzlykh gruntakh pri stroitelstve vtorykh putei Vostochnogo Poligona]. Proektirovanie razvitiya regionalnoi seti zheleznykh dorog, 2016, Iss. 4, pp. 243–250. EDN: XEEXQJ.Lanis, A. L., Razuvaev, D. A. Systematization of features and requirements for geological survey of railroad subgrades functioning in cold regions. Sciences in Cold and Arid Regions, 2017, Vol. 9, Iss. 3, pp. 205–212. DOI: 10.3724/SP.J.1226.2017.00205. EDN: XOEQKD.Lanis, A. L., Razuvaev, D.A.Systematization of features and requirements for geological survey of railroad subgrades functioning in cold regions. Sciences in Cold and Arid Regions, 2017, Vol. 9, Iss. 3, pp. 205–212. DOI: 10.3724/SP.J.1226.2017.00205. EDN: XOEQKD.Ашпиз Е. С., Вавринюк Т. С. Расчет деформаций насыпей в районах мерзлоты // Мир транспорта. – 2012. – Т. 10. – № 3 (41). – С. 102–107. EDN: PCDSHT.Ashpiz, E. S., Vavrinuk, T. S. Computation of Deformations of Embankments in Permafrost Areas. World of Transport and Transportation, 2012, Vol. 10, Iss. 3(41), pp. 102–107. EDN: PCDSHT.Harris, S. A. The Tibetan Railroad: Innovative Construction on Warm Permafrost in a Low-Latitude, High-Altitude Region. In: Engineering Earth: The impacts of megaengineering projects. Springer Science and Business Media, 2011, Chapter 43, pp. 747–765. DOI: 10.1007/978-90-481-9920-4_43.Harris, S. A. The Tibetan Railroad: Innovative Construction on Warm Permafrost in a Low-Latitude, HighAltitude Region. In: Engineering Earth: The impacts of megaengineering projects. Springer Science and Business Media, 2011, Chapter 43, pp. 747–765. DOI: 10.1007/978-90-481-9920-4_43.Liu, H., Huang, S., Xie, C., Tian, B., Chen, M., Chang, Z. Monitoring Roadbed Stability in Permafrost Area of Qinghai– Tibet Railway by MT-InSAR Technology. Land, 2023, Vol. 12, Iss. 2, 474. DOI: https://doi.org/10.3390/land12020474.Liu, H.; Huang, S.; Xie, C.; Tian, B.; Chen, M.; Chang, Z. Monitoring Roadbed Stability in Permafrost Area of Qinghai–Tibet Railway by MT-InSAR Technology. Land, 2023, Vol. 12, Iss. 2, 474. DOI: https://doi.org/10.3390/land12020474.Ашпиз Е. С., Вавринюк Т. С. Усиление деформирующихся длительно экплуатируемых насыпей на многолетнемерзлом основании // Политранспортные системы: материалы IX Международной научно-техн. конференции, Новосибирск, 17–18 ноября 2016 года / Сибирский государственный университет путей сообщения. – Новосибирск: СГУПС, 2017. – С. 86–90. EDN: ZWVQJL.Ashpiz, E. S., Vavrinyuk, T. S. Strengthening deformed long-term exploited embankments on permafrost [Usilenie deformiruyushchikhsya dlitelno ekspluatiruemykh nasypei na mnogoletnemerzlom osnovanii]. Polytransport systems: proceedings of IX International Scientific and Technical Conference, Novosibirsk, November 17–18, 2016. Siberian State Transport University. Novosibirsk, SGUPS, 2017, pp. 86–90. EDN: ZWVQJL.Ланис А. Л. Применение метода напорной инъекции для усиления насыпей // Путь и путевое хозяйство. – 2009. – № 6. – С. 33–35. EDN: PXHCMF.Lanis, A. L.Application of the pressure injection method to strengthen embankments [Primenenie napornoi inektsii dlya usileniya nasypei]. Put i putevoe khozyaistvo, 2009, Iss. 6, pp. 33–35. EDN: PXHCMF.Lomov, P. O., Lanis, A. L., Razuvaev, D. A., Kavardakov, M. G. Stabilizing subgrades of transport structures by injecting solidifying solutions in cold regions. Sciences in Cold and Arid Regions, 2021, Vol. 13, Iss. 5, pp. 357–365. DOI: 10.3724/SP.J.1226.2021.21040. EDN: DKSADH.Lomov, P. O., Lanis, A. L., Razuvaev, D. A., Kavardakov, M. G.Stabilizing subgrades of transport structures by injecting solidifying grouts in cold regions. Sciences in Cold and Arid Regions, 2021, Vol. 13, Iss. 5, pp. 357–365. DOI: 10.3724/SP.J.1226.2021.21040. EDN: DKSADH.Sakharov, I., Kudryavtsev, S., Paramonov, V. [et al.] Ensuring the operational suitability of buildings, railways and bridges in of the Arctic zone in conditions of global warming // X International Scientific Siberian Transport Forum – TransSiberia 2022, Novosibirsk, 02–05 марта 2022 года. Novosibirsk, Elsevier B.V., 2022, рр. 2506–2514. DOI: 10.1016/j.trpro.2022.06.288. EDN: GXCWVQ.Sakharov, I., Kudryavtsev, S., Paramonov V. [et al.] Ensuring the operational suitability of buildings, railways and bridges in of the Arctic zone in conditions of global warming // X International Scientific Siberian Transport Forum – TransSiberia 2022, Novosibirsk, March 02–05, 2022. Novosibirsk, Elsevier B.V., 2022, рр. 2506–2514. DOI: 10.1016/j.trpro.2022.06.288. EDN: GXCWVQ.Ашпиз Е. С. Опыт сооружения земляного полотна железных дорог, расположенных на многолетнемерзлых грунтах: проблемы и пути их решения // Бюллетень Объединенного ученого совета ОАО РЖД. – 2019. – № 1. – С. 21–27. EDN: TQJHVX.Ashpiz, E. S. Experience in construction of railway subgrade located on permafrost soils: problems and ways to solve them [Opyt sooruzheniya zemlyanogo polotna zheleznykh dorog, raspolozhennykh na mnogoletnemerzlykh gruntakh: problemy i puti ikh resheniya]. Bulletin of the Joint Academic Council of JSC Russian Railways, 2019, Iss. 1, p 1–27. EDN: TQJHVX.Кондратьев В. Г., Валиев Н. А. Технология и результаты дополнительного охлаждения откосов земляного полотна на центральном участке БАМ // Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов: XV Международная научно-практ. конференция: сб. ст. в 3 ч., Чита, 30 ноября – 02 декабря 2015 года. Часть 3. – Чита: Забайкальский государственный университет, 2015. – С. 156–161. EDN: VHKJST.Kondratyev, V. G., Valiev, N.A.Technology and results of additional cooling of the slopes of the subgrade on the central section of the BAM [Tekhnologiya i rezultaty dopolnitelnogo okhlazhdeniya otkosov zemlyanogo polotna na tsentralnom uchastke BAM]. Kulagin readings: equipment and technologies of production processes: XV International scientific and practical conference: Collection of articles in 3 parts, Chita, November 30 – December 02, 2015. Part 3. Chita, Transbaikal State University, 2015, pp. 156–161. EDN: VHKJST.Пассек В. В., Краев А. Н., Пасков М. В., Андреев В. С. Стабилизация температурного режима грунтов оснований сооружений в сложных мерзлотно-грунтовых условиях заполярной и приполярной тундры // Вестник Тюменского государственного архитектурно-строительного университета. – 2015. – № 4. – С. 89–93. EDN: VHLWLR.Passek, V. V., Kraev, A. N., Paskov, M. V., Andreev, V.S. Stabilization of the temperature regime of soils of the foundations of structures in complex frozen-soil conditions of the polar and subpolar tundra [Stabilizatsiya temperaturnogo rezhima gruntov osnovanii sooruzhenii v slozhnykh merzlotnogruntovykh usloviyakh zapolyarnoi i pripolyarnoi tundry]. Bulletin of the Tyumen State University of Architecture and Civil Engineering, 2015, Iss. 4, pp. 89–93. EDN: VHLWLR.Пассек В. В., Воробьев С. С., Поз Г. М., Пассек В. В. Система поверхностного охлаждения насыпи в зоне вечной мерзлоты // Путь и путевое хозяйство. – 2024. – № 1. – С. 2–6. EDN: NLTQVZ.Passek, V. V., Vorobiev, S. S., Poz, G. M., Passek, V. V. Surface cooling system for an embankment in a permafrost zone [Sistema poverkhnostnogo okhlazhdeniya nasypi v zone vechnoi merzloty]. Put i putevoe khozyaistvo, 2024, Iss. 1, pp. 2–6. EDN: NLTQVZ.Кудрявцев С. А., Вальцева Т. Ю., Котенко Ж. И., Гаврилов И. И. Прогнозирование процессов промерзания и деградации многолетнемерзлых оснований насыпей // Путь и путевое хозяйство. – 2022. – № 4. – С. 34–35. EDN: DQWLLR.Kudryavtsev, S. A., Valtseva, T.Yu., Kotenko, Zh. I., Gavrilov, I. I.Forecasting processes of freezing and degradation of permafrost foundations of embankments [Prognozirovanie protsessov promerzaniya i degradatsii mnogoletnemerzlykh osnovanii nasypei]. Put i putevoe khozyaistvo, 2022, Iss. 4, pp. 34–35. EDN: DQWLLR.Ланис А. Л. Армирование эксплуатируемых высоких насыпей с инъектированием твердеющих растворов / Дисс… докт. техн. наук. – М.: РУТ, 2019. – 409 с. EDN: YYKKOJ.Lanis, A. L. Reinforcement of operated high embankments with injection of hardening grouts. D.Sc. (Eng) thesis [Armirovanie ekspluatiruemykh vysokikh nasypei s inektirovaniem tverdeyushchikh rastvorov. Diss.. dokt. tekh. nauk]. Moscow, RUT publ., 2019, 409 p. EDN: YYKKOJ.Баранник Н. В., Котов С. В., Потапова Е. С., Малахин С. С. Определение тепловыделения бетона при его твердении в изотермических условиях // Вестник НИЦ Строительство. – 2022. – № 2 (33). – С. 44–62. DOI: 10.37538/2224-9494-2022-2(33)-44-62. EDN: HMGMIM.Barannik, N. V., Kotov, S. V., Potapova, E. S., Malakhin, S. S. Determination of the concrete heat emission during its hardening in isothermal conditions. Bulletin of Science and Research Center of Construction, 2022, Iss. 2 (33), pp. 44–62. DOI: 10.37538/2224-9494-2022-2(33)-44-62.Wadsö, L. Operational issues in isothermal calorimetry. Cement and Concrete Research, 2010, Vol. 40, Iss. 7, pp. 1129–1137. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2010.03.017.Wadsö, L. Operational issues in isothermal calorimetry. Cement and Concrete Research, 2010, Vol. 40. Iss. 7, pp. 1129–1137. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2010.03.017.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.