Прогноз температурного режима основания
железной дороги на ММГ

Основания железных дорог, расположенных в зонах распространения многолетнемерзлых грунтов, независимо от срока эксплуатации испытывают проблемы с устойчивостью. Причинами могут являться осадки при оттаивании льдистых грунтов или пучение при промерзании влажных дисперсных грунтов. В силу сезонных процессов оттаивания, усиливаемых глобальным потеплением климата, насыпь железной дороги, а вследствие, и железнодорожные пути, деформируются, что может приводить к значительным повреждениям участков сети железных дорог. Специфика железных дорог, как протяженных линейных объектов, состоит и в том, что им свойственны разнообразные мерзлотно-грунтовые и климатические условия, различные условия снегонакопления, интенсивности воздействия солнечной радиации и т.д.

Рассматриваемый протяженный участок железной дороги сложен различными мерзлотно-грунтовыми условиями. Вдоль ж/д путей встречаются участки с распространением высокотемпературной мерзлоты, а также участки с ее заглубленной кровлей. В связи с этим для участков могут применятся I и II принципы использования ММГ в качестве основания, а, соответственно, и различные технические решения.

Необходимо провести моделирование теплового режима основания насыпи участка железной дороги на границе применения I и II принципа проектирования. Вдоль всего моделируемого участка применена теплоизоляция, выполненная из гранулированного теплоизоляционного материала, укладываемого в откосе насыпи. В зоне применения I принципа дополнительно применены пологонаклонные термостабилизаторы (СОУ). По итогам моделирования следует сделать вывод о достаточности применяемых защитных мероприятий для обеспечения I принципа использования ММГ в качестве основания на конец прогнозного периода и о допустимости применения II принципа на оставшемся участке ж/д путей.

Температурный режим грунтов железной дороги в начале эксплуатации

Ориентация откосов насыпи: Север–Юг. Высота снега на откосах принята с коэффициентом 1,7 к высоте в естественных условиях, на основной площадке, в связи с постоянной очисткой железнодорожного пути по условиям эксплуатации, – 0,1 м. Для оценки дополнительного теплопритока на южный откос насыпи и естественную поверхность грунта за счет воздействия солнечной радиации на горизонтальную поверхность для 51° с. ш. использованы данные из СП 131.13330 «Строительная климатология».

Тепловой прогнозный расчет необходимо провести на срок 20 лет с даты замера в термометрической скважине.

Элементы 3D-модели железнодорожного полотна, влияющие на теплотехнический расчет

Расчетная сетка для 3D-моделирования железнодорожного полотна

Участок с I принципом проектирования

По результатам моделирования расчетного участка железной дороги в рассматриваемых мерзлотно-геологических условиях, с учетом работы СОУ и наличия теплоизоляционного материала, частично уложенного в откосную часть согласно предложенной схеме, можно отметить, что деятельный слой в основании путей на протяжении всего расчетного периода находится в теле насыпи. Принятые конструктивные решения обеспечивают надежность эксплуатации ж/д дороги на весь моделируемый период.

Участок с II принципом проектирования

Согласно результатам прогнозного моделирования, с увеличением срока эксплуатации под действием климатического фактора, учитывающего глобальное потепление, наблюдается формирование таликовой зоны в рассматриваемом расчетном участке. В основании южного откоса наблюдается более интенсивное оттаивание в силу учета дополнительного влияния солнечной радиации.

На основании произведенного расчета требуется выполнение расчета осадки грунтов основания с помощью, например, Frost.Осадка. С учетом полученных значений осадки грунтов основания может потребоваться рассмотрение других конструктивных решений по устройству насыпи или дополнительных защитных мероприятий для обеспечения устойчивости откосов насыпи и соблюдения I принципа использования ММГ в качестве основания.