Стабилизация основания земляного полотна инъекционным способом при деградации многолетнемерзлых грунтов

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.

1. Сазонов В. Н., Ашпиз Е. С. Актуальные проблемы обеспечения надежности земляного полотна на Восточном полигоне // Железнодорожный транспорт. – 2015. – № 9. – С. 28–31. EDN: UJYKOH.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. Ашпиз Е. С., Вавринюк Т. С. Расчет деформаций насыпей в районах мерзлоты // Мир транспорта. – 2012. – Т. 10. – № 3 (41). – С. 102–107. EDN: PCDSHT.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Ланис А. Л. Применение метода напорной инъекции для усиления насыпей // Путь и путевое хозяйство. – 2009. – № 6. – С. 33–35. EDN: PXHCMF.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Ланис А. Л. Армирование эксплуатируемых высоких насыпей с инъектированием твердеющих растворов / Дисс… докт. техн. наук. – М.: РУТ, 2019. – 409 с. EDN: YYKKOJ.

18. 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.

19. 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.