авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«РЕФЕРАТ Отчет 197 с., 7 рисунков, 14 таблиц, 2 части, 71 источник. ОБЪЕКТЫ ТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ, АВТОМОБИЛЬНЫЕ И ...»

-- [ Страница 2 ] --

2.2 Лавина снежная Гравитационный Смещение (движение) снежных масс.

Динамический Удар.

Давление смещенных масс снега.

Характер действия, Наименование проявления поражающего Источник природной ЧС поражающего фактора фактора источника природной ЧС природной ЧС Аэродинамический Ударная (воздушная) волна.

Звуковой удар.

3 Опасные метеорологические явления и процессы 3.1 Сильные осадки.

3.1.1 Продолжительный Гидродинамический Поток (течение) воды.

дождь (ливень) Затопление территории.

3.1.2 Сильный снегопад Гидродинамический Снеговая нагрузка.

Снежные заносы.

3.1.3 Сильная метель Гидродинамический Снеговая нагрузка.

Ветровая нагрузка.

Снежные заносы.

2.3 Методика комплексного обследования объекта инфраструктуры геофизическими методами Разработана комплексная методика обследования объектов транспортной инфраструктуры, основанной на применении современных геофизических методов. Комплексная методика диагностики позволяет выявлять деформации на ранней стадии их возникновения.

В методике содержатся следующие рекомендации:

а) проведение комплексной диагностики железных и автомобильных дорог;

б) выбор основного метода диагностики;

в) выбор оптимального комплекса геофизических методов;

г) сбор и хранение полученных результатов.

Разработана принципиальная схема применения геофизических методов для диагностики насыпей, которая состоит из последовательности этапов:

а) возбуждение или использование для анализа возникающих при движении автомобильного и железнодорожного транспорта физических полей в земляном полотне;

б) прием и преобразование ответных сигналов приборами (отклик системы);

в) регистрация сигналов измерительной аппаратурой;

г) обработка полученной информации;

д) интерпретация и инженерно-геологическое истолкование результатов.

Рассмотрены особенности геофизических методов, используемых при производстве обследования объектов дорожной инфраструктуры.

2.4 Проведение экспериментальных полевых исследований на объекте инфраструктуры В рамках этапа 1 настоящей НИР настоящем приведены результаты полевых и лабораторных исследований объекта железной дороги на участке км ПК 7-9 перегона Лихая – Морозовская, выполненных комплексом геофизических методов.

В качестве объекта обследования выбрана высокая насыпь на данном участке с водопропускной трубой (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Общий вид объекта полевых исследований Выполнены несколько видов обследований: георадиолокационная диагностика, виброакустическое обследование, электроразведка и бурение с отбором проб грунта.

Георадиолокационная диагностика выполнялась с использованием георадара импульсного типа «ОКО-М» с антенными блоками, оснащенными рупорной конструкцией, центральной частотой 400 МГц и 150 МГц.

Выполнены работы по определению дефектов и деформаций грунтовой среды тела насыпи и верхней части земляного полотна, а также наличие и размер балластных углублений.

Рисунок 2.2 – Результаты георадиолокационного зондирования С целью определения геологической структуры и физико-механических свойств грунтов, слагающих основание насыпи, проведено колонковое бурение с отбором кернов для лабораторных исследований В лабораторных условиях определены следующие характеристики, согласно ГОСТ 30416-96:

а) тип грунта;

б) естественная влажность;

г) влажность на границе текучести и раскатывания;

д) число пластичности;

е) показатель текучести.

Результаты георадиолокационного обследования приведены на рисунке 2.2. Из сравнения данных видно, что наблюдается прогрессирующие деформации балластного слоя.

Сделаны выводы о том, что балластный слой в исследованных георадиолокационных разрезах деформирован. Наблюдаются балластные углубления по обочинам пути и в междупутье. Возникновения балластных углублений связано с деформационными процессами в теле земляного полотна.

Оползень произошел по поверхности скольжения, георадиолокационными признаками которой является деформация земляного полотна в непосредственной близости от второго маркера по обочине четного пути.

Причина этой внезапной деформации возможно связана с накоплением влаги верхней частью разреза земляного полотна.

Рисунок 2.3 - Амплитуды колебаний блоков грунта под подвижным составом Результаты вибрационной диагностики представлены на рисунке 2.3.

Анализ данных показал, что при движении подвижного состава амплитуда колебаний увеличивается, что является признаки, характерные для насыпей, предрасположенных к внезапным деформациям и нуждающимся в систематическом контроле. Рекомендована разработка в плановом порядке мероприятий по усилению насыпи.

На рисунке 2.4 приведены результаты обследования насыпи методом вертикального электрического зондирования (ВЭЗ).

Рисунок 2.4 - Результаты ВЭЗ.

По результатам интерпретации данных геоэлектрического обследования предположено существование слоя повышенной влажности, максимальные значения которой наблюдаются до глубины два метра (тмно-красная область на верхней части рисунка). Данный факт связан с балластным углублением и деформацией земляного полотна в теле насыпи. Граница деформированного земляного полотна расположена на глубине, 4 метра в районе горизонтальной координаты 40м.

Полученные в результате отборов пробы грунта прошли испытания в лабораториях РГУПС по определению типа грунтов, слагающих тело исследуемой насыпи и их физико-механических характеристик. Результаты лабораторных исследований приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Результаты лабораторных испытаний грунтов Влажность Пока Числ Место Показан естес зател на на о отбора ия ь Тип твенн границе границе пласт проб плотном теку грунта ая, текучес раскатыв грунта, ичнос ера чест We, ти, ания, № пробы ти, Ip и, IL % WL, % Wp, % 1 (отбор супесь грунта в (0.93- 29,2 28,7 22,9 5,8 1, текучая теле 0.95) насыпи) суглино к 2 (отбор тугоплас грунта в (0.93- 23,4 30,2 20,45 9,75 0, тичной теле 0.95) насыпи) консист енции суглино 3 (отбор грунта за к(глина) каменной 32 тугоплас 20,6 30,2 15 15,2 0, кладкой (0.98) тичной водопропус консист кной енции трубы) Из таблицы 2.2 видно, что грунты тела насыпи значительно увлажнены и в естественном состоянии находятся на границе текучести. Это приводит к ослаблению несущей способность земляного полотна насыпи. В графе 3 данной таблицы приведены результаты исследования грунтов, примыкающих к каменной кладке водопропускной трубы. Приведенные данные свидетельствуют о том, что в этой части тела насыпи грунты также значительно переувлажнены.

2.5 Математическое моделирование объектов транспортной инфраструктуры для определения критических режимов эксплуатации объекта В рамках второго этапа НИР проведено математическое моделирование объектов транспортной инфраструктуры, которое позволило определить критические режимы эксплуатации следующих транспортных объектов:

а) высокая насыпь;

б) откосная зона выемки;

в) тоннель;

г) «нулевое место автомобильной дороги».

Компьютерные модели объектов транспортной инфраструктуры (высокая насыпь, откосная зона выемки, тоннель, «нулевое место автомобильной дороги») должны быть выполнены с учетом реальных геометрических размеров и конструктивных особенностей объектов, а также с учетом физико-механических характеристик материалов.

Для обеспечения высокой и стабильной сходимости численного решения и точности выходных параметров при математическом моделировании, проведен анализ научных исследований по использованию численных методов расчета напряженно-деформированного состояния сооружений, который показал, что в современных условиях наиболее целесообразным методом расчета геотехнических сооружений является численное моделирование методом конечных элементов. При этом анализ показывает, что программным пакетом, который наиболее полно позволяет решать поставленные задачи, является комплекс ANSYS, широко известный и пользующийся популярностью среди инженеров. Средства методов конечных элементов ANSYS позволяют проводить расчеты статического и динамического напряженно-деформированного состояния конструкций, в том числе геометрически и физически нелинейных задач механики деформируемого твердого тела. Это позволяет решить широкий круг инженерных задач, в частности, геотехнические расчеты в области промышленного, гражданского, гидротехнического, а также транспортного строительства.

Результаты проведенных исследований показывают, что разработанные компьютерные модели объектов транспортной инфраструктуры, позволяют определять набор и значения критических параметров, при которых происходит отказ в функционировании системы.

Прогнозная оценка состояния железнодорожных насыпей и откосов выемок проведена с учетом максимально возможной эксплуатационной поездной нагрузки и снижения прочностных характеристик под воздействием природных факторов.

Проведена оценка устойчивости геотехнических сооружений, на примере железнодорожной насыпи и откоса выемки, по рассчитанному напряжнно деформированному состоянию с применением современных программных комплексов, что позволило определить наличие линий скольжения в грунтовом массиве объектов и их форму, а также рассчитать критические параметры влажности, деформаций, температуры и вибрационных нагрузок, при которых происходит разрушение объекта.

Компьютерные модели выбранных объектов транспортной инфраструктуры позволили определить критические режимы функционирования этих объектов. Определены набор и значения критических параметров функционирования этих объектов.

Установлено, что основными критическими параметрами (обуславливающие критические режимы функционирования) объектов транспортной инфраструктуры являются:

а) деформация;

б) влажность;

в) температура;

г) вибрационное воздействие.

2.5 Методика определения критических режимов функционирования объекта транспортной инфраструктуры Результаты моделирования объектов транспортной инфраструктуры (высокая насыпь, откосная зона выемки, тоннель, «нулевое место автомобильной дороги») послужили основой для разработки методики определения критических режимов функционирования объекта транспортной инфраструктуры. Данная методика содержит рекомендации по комплексному обследованию объекта транспортной инфраструктуры для анализа различных режимов эксплуатации и состоит из нескольких разделов:

а) анализ и определение основных параметров, характеризующих состояние объекта транспортной инфраструктуры изменяющихся с течением времени под воздействием внешних факторов;

б) анализ влияния выбранного параметра на стабильность функционирования объекта транспортной инфраструктуры;

в) комплексное обследование объекта транспортной инфраструктуры с применением современной измерительной аппаратуры и программных продуктов. Определение фактического его состояния (геометрические параметры, внутреннее строение, физико-механические характеристики грунтов);

г) дополнительные лабораторные исследования;

д) компьютерное моделирование объекта транспортной инфраструктуры для проверки критических режимов его функционирования;

е) оценка влияния внешних факторов на измеряемые параметры.

К основным критическим параметрам в методике отнесены:

а) влажность;

б) деформации;

в) вибрации;

г) температура.

Данные параметры являются наиболее значимыми при оценке состояния объектов транспортной инфраструктуры и при достижении определенных значений могут негативно повлиять на их стабильность.

2.6 Методика определения параметров экспериментального образца интеллектуально-коммуникационной системы мониторинга В ходе выполненных исследований разработана методика определения параметров экспериментального образца интеллектуально-коммуникационной системы мониторинга (ЭО ИКСМ), основанная на результатах компьютерного моделирования объектов транспортной инфраструктуры.

Методика определения параметров ЭО ИКСМ состоит из рекомендаций и порядка действий по выбору наборов датчиков, определяющих состояние объекта транспортной инфраструктуры.

В методику включены:

а) признаки систематизации датчиков измерения физических величин;

б) условия выбора наборов датчиков, определяющих состояние объекта транспортной инфраструктуры;

в) перечень работ по выбору датчиков ЭО ИКСМ;

г) порядок проектирования ЭО ИКСМ.

В рамках данной методики также разработан алгоритм обработки данных и сравнения с критическими параметрами, включающий:

а) порядок получения критических параметров функционирования объекта транспортной инфраструктуры;

б) порядок сравнения данных с критическими параметрами, состоящий из последовательности следующих процедур: непрерывный сбор данных от используемых датчиков, передача получаемых данных на блок обработки, обработка получаемых данных (влажность, деформации, температура, вибрации).

Данная методика позволяет определить параметры ЭО ИКСМ, а также, порядок сравнения значений критических параметров с набором данных, получаемых от датчиков ЭО ИКСМ.

2.7 Разработка эскизной конструкторской документации ЭО ИКСМ Разработана эскизная конструкторская документация, предназначенная для использования при изготовлении ЭО ИКСМ.

В состав эскизной конструкторской документации на создаваемый ЭО ИКСМ входит:

а) электрическая схема функциональная в соответствии с ГОСТ 2.701 84;

б) электрическая схема соединений и подключения в соответствии с ГОСТ 2.701-84;

в) чертж общего вида в соответствии с ГОСТ 2.102-68.

На основе разработанной эскизной документации создан ЭО ИКСМ, которая представляет собой интеллектуальную систему мониторинга состояния объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог, позволяет анализировать их состояние и принимать своевременные решения по обеспечению безопасности движения транспортных средств.

Разработанный ЭО ИКСМ, который обеспечивает следующие возможности:

а) сбор параметров о физическом состоянии объекта.

б) обработка информации в автоматическом режиме, в том числе обеспечивающая:

1) анализ динамики физического состояния объектов;

2) выработку в автоматическом режиме информационных сигналов.

2.8 Экспериментальные исследования работы ЭО ИКСМ Основной целью исследований являлось отработка методики сбора, обработки и передачи информации о состоянии объектов транспортной инфраструктуры с использованием экспериментального образца информационно-коммуникационной системы мониторинга (ЭО ИКСМ).

Исследования включали сбор информации от датчиков о параметрах физического состояния объекта, обработку информации в автоматическом режиме, анализ физических характеристик, выработку в автоматическом режиме информационных сигналов для обеспечения безопасного движения транспортных средств, передачу информации между датчиками по локальным сенсорным сетям.

Сбор информации осуществляется от датчиков о параметрах физического состояния или изменении параметров физического состояния объекта. По результатам исследований выполнена оценка:

а) правильности выбора типа используемых датчиков;

б) точности определяемых параметров (температура, влажность, деформации, амплитуда виброскоростей);

в) защищенности аппаратуры от влаги и пыли;

г) возможности обработки информации в автоматическом режиме.

Результаты экспериментальных исследований представлены в протоколе экспериментальных исследований.

Установлено, что разработанное техническое решение ЭО ИКСМ соответствует требованиям технического задания.

3 Разработка рекомендаций и предложений по использованию результатов НИР 3.1 Анализ проблем транспортного комплекса Российской Федерации 3.1.1 Общая характеристика проблем В период с 1990 г. по 2000 г. обновление и развитие транспортной инфраструктуры практически прекратилось, расходы на текущее содержание объектов транспортной также финансировались не в полном объеме. Это привело к ухудшению состояния большинства объектов транспортной инфраструктуры, например:

а) доля автомобильных дорог, не соответствующих нормативным требованиям к транспортно-эксплуатационным показателям, составила более 60%.

б) средний износ парка грузовых вагонов превышал 70%. Более 17 тыс. км главных железнодорожных путей нуждаются в капитальном ремонте. Таким образом, возникла такая проблема физическое устаревание инфраструктуры.

Данная проблема является одной из причин низкой скорости перевозок, низкого качества транспортных услуг, недостаточного уровня безопасности.

В Российской Федерации отсутствуют полноценные скоростные железнодорожные пассажирские перевозки. Скоростное движение налажено только на трех направлениях:

а) Москва - Санкт-Петербург, б) Москва - Минск, в) Москва - Нижний Новгород.

Однако используемая технология (скоростные пассажирские поезда используют общий путь с грузовыми поездами) не позволяет достичь показателей европейских стран, в которых для скоростных железнодорожных перевозок используется отдельный путь. В обычном пассажирском сообщении средняя скорость также в полтора раза ниже, чем на сопоставимых европейских маршрутах. Основными причинами при этом являются:

а) конфигурация пути (наличие участков с малыми радиусами поворота), отсутствие скоростных стрелок;

б) техническое состояние верхнего строения пути;

в) технические характеристики локомотивов и вагонов (конструктивно не рассчитаны на высокие скорости).

Средняя скорость перевозки грузов ОАО «РЖД» (с учетом приемо отправочных операций) в 2-5 раз ниже, чем в европейских странах. Основные причины низкой скорости перевозок те же что и для пассажирских железнодорожных перевозок. Низкая скорость грузовых перевозок является одной из существенных причин, препятствующих реализации транзитного потенциала страны.

По экспертным оценкам, средняя скорость перевозок автомобильным транспортом в России, как минимум, в полтора раза ниже, чем в большинстве европейских стран. Основными причинами недостаточной скорости перевозок являются:

а) перегруженность значительной части дорог;

б) технические характеристики дорог - большинство автомобильных дорог физически не рассчитаны на движение с высокой скоростью (имеют крутые повороты, спуски и подъемы, множество перекрестков, проходят по территории многих населенных пунктов);

в) технические характеристики и состояние значительной доли автопарка не обеспечивают безопасное движение с высокой скоростью.

3.1.2 Основные проблемы автодорожного хозяйства России Дорожное хозяйство представляет собой один из крупнейших сегментов общественного достояния России. Важную роль играют автомобильные дороги в решении социальных задач, реализации приоритетных национальных проектов.

Дорожное хозяйство России - единый производственно-хозяйственный комплекс, который включает в себя автомобильные дороги общего пользования и инженерные сооружения на них, а также организации, осуществляющие:

а) проектирование, строительство, реконструкцию, ремонт и содержание автомобильных дорог;

б) проведение научных исследований, подготовку кадров;

в) изготовление и ремонт дорожной техники;

г) добычу и переработку нерудных строительных материалов;

д) иную деятельность, связанную с обеспечением функционирования и развитием автомобильных дорог.

Автомобильный транспорт в России постоянно развивается. Неуклонный рост числа легковых автомобилей в личном пользовании граждан оказывает огромное влияние на ситуацию в автодорожном хозяйстве. В 2007 году численность парка легковых автомобилей составила 29.4 млн. единиц.

Ожидается, что в ближайшие 5 лет прирост российского автопарка будет находиться на уровне 4-5% в год. В настоящее время на автомобильный транспорт приходится 47.4 процента объема коммерческих перевозок грузов по России, причем удельный вес перевозок железнодорожным транспортом в последние годы сокращается, а автомобильным транспортом наоборот растет, что свидетельствует о повышении конкурентоспособности автомобильного транспорта в определенных сегментах рынка транспортных услуг.

Доля автомобильного (автобусного) транспорта в общем объеме пассажирских перевозок транспортом общего пользования составляет 57. процента.

Несмотря на бурное развитие, в отрасли накопилось немало проблем.

Наиболее значимые из них приведены ниже. Для удобства анализа проблемы собраны в смысловые группы.

3.1.2.1 Низкая транспортная доступность и неоптимальная конфигурация дорожной сети До настоящего времени в России не завершено формирование опорной сети федеральных автомобильных дорог, связывающей все регионы России в особенности в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока. Сохраняется низкий уровень развития дорожной сети в аграрных районах, а также в районах Крайнего Севера, Республике Саха (Якутия), Магаданской области, Чукотском автономном округе и др.

До настоящего времени 39 тыс. населенных пунктов с общей численностью населения до 2 млн. жителей (в том числе 7.5 процента общего числа районных центров и 6.7 % центральных усадеб сельскохозяйственных организаций) не имеют связи с транспортной сетью страны по автомобильным дорогам с твердым покрытием. В весенний и осенний периоды становятся отрезанными от транспортных коммуникаций более 10 % населения (15 млн.

человек).

Конфигурация сети автомобильных дорог федерального значения имеет ярко выраженную радиальную структуру, ориентированную на столицу Российской Федерации - город Москву, с недостаточным числом соединительных и хордовых дорог, что вызывает перепробег автомобильного транспорта, увеличение себестоимости перевозок, времени доставки, повышение уровня перегрузки автомобильных дорог движением.

Основная доля автомобильных дорог федерального значения имеет по одной полосе движения в каждом направлении, только 8% от их общей протяженности имеют многополосную проезжую часть, что не позволяет обеспечить достаточную пропускную способность автодорог, безопасное и высокоскоростное обслуживание современных большегрузных транспортных средств.

Автомобильные дороги федерального значения на значительном протяжении проходят по территории городов и других населенных пунктов, что приводит к снижению скорости движения транспортных потоков и росту численности дорожно-транспортных происшествий.

Низкий уровень обеспеченности автомобильными дорогами Сибири, Дальнего Востока, северных территорий Европейской части не позволяет в полной мере осваивать ресурсы этих регионов.

3.1.2.2 Высокая загруженность дорожной сети и несоответствие инфраструктуры спросу на перевозки В существующей транспортной инфраструктуре остро проявляется несоответствие уровня развития автомобильных дорог уровню автомобилизации и спросу на автомобильные перевозки.

В 2006 году на автомобильном транспорте перевезено 6.8 млрд. тонн грузов, из которых около 73% выполняется автомобилями предприятий отраслей экономики для собственных нужд. Объем услуг по коммерческим перевозкам в 2006 году составил 1.8 млрд. тонн. Объем перевозок пассажиров автобусным и легковым автомобильным транспортом в 2006 году достиг 27.7 млрд. человек.

При прогнозируемых темпах социально-экономического развития спрос на грузовые перевозки автомобильным транспортом к 2015 увеличится до 10. млрд. тонн. Объем перевозок пассажиров автобусами и легковыми автомобилями к 2015 году увеличится до 35.8 млрд. человек.

Прогнозируемый рост количества транспортных средств и увеличение объемов грузовых и пассажирских перевозок на автомобильном транспорте приведет к повышению интенсивности движения на автомобильных дорогах федерального значения к 2015 году на 40-50% по сравнению с 2006 годом.

Федеральные автомобильные дороги фактически исчерпали свою пропускную способность. С превышением нормативной загрузки эксплуатируется 13 тыс. км дорог, особенно на подходах к крупнейшим городам, что составляет почти 29% протяженности сети. Местная дорожная сеть развита недостаточно, поэтому значительная часть локальных перевозок производится по федеральным дорогам. Ускорение автомобилизации страны пока не привело к соответствующему росту объемов строительства и реконструкции дорожной сети, а ремонт автомобильных дорог в последние годы даже несколько сократился. При увеличении за последние 10 лет протяженности автомобильных дорог общего пользования на 15% автомобильный парк вырос почти на 75%.

Опережение роста интенсивности движения на автомобильных дорогах по сравнению с увеличением протяженности и пропускной способности автомобильных дорог приводит к росту уровня аварийности на сети автомобильных дорог общего пользования.

Российская Федерация в 2-3 раза отстает от развитых стран мира по протяженности и плотности дорожной сети.

Решение задачи приведения протяженности и состояния дорожной сети в соответствие с потребностями экономики и населения существенно осложняется влиянием опережающего роста рыночных цен на дорожно-строительные материалы. Рост цен на указанные ресурсы за последние 5 лет в 1.5 раза превысил рост индексов цен в строительстве за этот же период. На закупку материалов расходуется до 60 % средств, направляемых на дорожные работы.

Недостаточный уровень развития дорожной сети приводит к значительным потерям экономики и населения страны, является одним из наиболее существенных инфраструктурных ограничений темпов социально экономического развития Российской Федерации.

3.1.2.3 Низкое качество дорожной сети В настоящее время протяженность автомобильных дорог общего пользования составляет 947.3 тыс. километров, в том числе автомобильных дорог федерального значения -50.1 тыс. километров.

В России 755 тыс. км автомобильных дорог с твердым покрытием, в том числе 597 тыс. км дорог общего пользования. Протяженность федеральных автомобильных дорог, соответствующих нормативным транспортно эксплуатационным показателям, составляет 17.7 тыс. км. (2% общей протяженности, 38 % автомобильных дорог федерального значения).

Свыше трети протяженности автомобильных дорог федерального значения и мостовых сооружений на них требуют увеличения прочностных характеристик из-за ускоренной деградации дорожных конструкций и снижения сроков службы между ремонтами вследствие увеличения в составе транспортных потоков доли тяжелых автомобилей и автопоездов.

По состоянию на 1 января 2008 года 19% мостовых сооружений на сети автомобильных дорог федерального значения находятся в неудовлетворительном состоянии, в том числе на 148 сооружениях состояние не может быть доведено до нормативных требований путем проведения капитального ремонта (ремонтонепригодные мосты).

Около 76% протяженности автомобильных дорог регионального (межмуниципального) значения не соответствует нормативным требованиям по транспортно-эксплуатационному состоянию, что приводит к повышению себестоимости автомобильных перевозок и снижению конкурентоспособности продукции предприятий.

Более половины автомобильных дорог местного значения не имеет твердого покрытия. На территории, не имеющей выхода на сеть автомобильных дорог общего пользования, проживает 1960 тыс. человек, около 40 тыс.

населенных пунктов не обеспечены круглогодичной связью с дорожной сетью общего пользования.

Сложившаяся дорожная сеть в РФ не соответствует международным требованиям. Часть дорог, которые превратились в настоящее время в крупные транспортные артерии (в т.ч. международного значения) были при строительстве рассчитаны на нагрузку 6 тонн на ось. При этом, поскольку в расчет нагрузки в Российской Федерации входит верхний слой асфальтобетона, подлежащий износу, фактически возможная нагрузка на многие дороги (с учетом их фактического износа) не превышает 3-5 тонн на ось. В то же время международные стандарты предполагают строительство дорог, исходя из нагрузки не менее 11,5 тон на ось (без учета в нагрузке верхнего слоя, подлежащего износу).

Следует также отметить, что нормативы, используемые в настоящее время при строительстве и реконструкции дорог, сильно устарели. Для примера, из документов, которые прилагаются к контракту на строительство дороги как нормативно-правовая база работ (ГОСТы, СНИПы, ВСН и т.п.). Более половины документов приняты до 1989 года и только 13% после 2000 года (см. таблицу 3.1). При этом утвержденные в 70-е и 80-е годы документы в основном вообще не обновлялись.

Таблица 3.1 - Пример анализа нормативно-технических документов, включенных в контракт на выполнение дорожных работ (строительство автомобильных дорог).

Год выпуска документа (ГОСТ, СНИП, СН и т.п.) после 2000 1990-1999 1980-1989 1970-1979 итого 19 50 42 40 13% 33% 28% 26% 100% Таким образом, можно сделать вывод, что моральное устаревание дорог по сравнению с международными стандартами при действующей технологии выполнения дорожных работ и действующей системе планирования расходов на дороги будет сохраняться.

3.1.2.4 Низкие темпы обновления транспортной инфраструктуры До недавнего времени строительство автомобильных дорог, направленных на развитие транспортной инфраструктуры страны целиком являлось функцией государства. Деньги частных инвесторов в строительство дорожной сети практически не привлекались. Государство само определяло сроки строительства, исходя из своих возможностей и текущих приоритетов. Динамика показателей развития дорожной сети приведены в таблице:

Таблица 3.2 - Динамика ключевых индикаторов развития дорожной сети Показатель 1995 г. 2000 г. 2003 г. 2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г.

Автомобильные 940 900 897 871 859 933 963 н/д дороги (тыс.км.) всего, т.ч.:пользования, общего 539 584 599 601 581 701 747 тыс. км.

необщего 401 315 299 271 278 232 216 н/д пользования, тыс. км.

Из общей протяженности 750 754 745 738 725 755 771 н/д автомобильных дорог дороги с твердым покрытием - всего, в т.ч.:

общего 484 532 544 546 531 597 624 пользования (тыс.км.)80,вт.ч.

федерального значения, 44 46 46 47 47 47 49 тыс. км.

из них... 29 29 29 30 29 30 магистральные, тыс.

км.

регионального или 440 486 498 499 484 465 469 межмуниципального значения, тыс.км.

местного значения, н/д н/д н/д н/д н/д 85 107 тыс.км.

необщего 266 221 200 191 195 158 147 н/д пользования, тыс.км.

Удельные показатели 1.04 0. Прирост автомобильных дорог 0.96 1.00 0.99 1.09 1. 0. Плотность автомобильных 28 31 32 32 31 35 37 н/д дорог с твердым покрытием общего пользования на 1000 кв.

км территории, км.

Удельный вес дорог с твердым 89.8 91.1 90.8 90.8 91.4 85.2 83.5 83. покрытием в общей длине автомобильных дорог общего пользования, % В России прирост общей протяженности автомобильных дорог за период 2003-2007 годов составил 7.4% (от 897 тыс. км в 2003 году до 963 тыс. км в 2007), в том числе по дорогам с твердым покрытием - на 3.5% (с 745 до тыс.км). Для сравнения в Китае с 2003 по 2007 гг. общая протяженность дорожной сети увеличилась на 98% (от 1 809.8 тыс. км в 2003 году до 583.7 тыс.

км в 2007 году ).

Официальной российской статистики по динамике таких показателей как эксплуатация дорог в режиме перегрузки, протяженности дорог, не соответствующей нормативным требованиям и другим показателям, характеризующим состояние дорожной сети, в настоящее время нет.

Отметим, что, несмотря на определенное движение в направлении увеличения протяженности и плотности дорожной сети, в России до сих пор остро стоит проблема привлечения инвестиций, что обусловлено низкой привлекательностью вложений, низкими инвестиционными возможностями российских транспортных предприятий, трудностями с привлечением долгосрочных заемных средств, неразвитостью механизмов государственно частного партнерства.

3.1.3 Наиболее актуальные проблемы железнодорожного транспорта 3.1.3.1. Несоответствие инфраструктуры спросу на перевозки Отсутствие магистральных железнодорожных путей или их недостаточная пропускная способность ограничивает развитие отдельных регионов РФ:

Восточная Сибирь, Дальний Восток, северные районы Европейской части РФ.

Плотность железных дорог в РФ в несколько раз ниже плотности дорог в развитых странах мира (см. таблицу 3.3).

Таблица 3.3 - Плотность железных дорог РФ и мира по данным за 2006 г.

Протяженность Площадь Плотность Страны/ федеральные железных дорог1 территории железных дорог округа тыс.км2 км/ 1000км тыс.км Россия2 85.2 17 075 5. 11.5 651 17. Центральный федеральный округ Южный федеральный округ 5.5 592 9. 15.0 1 678 9. Северо-западный федеральный округ 6.0 6 216 1. Дальневосточный федеральный округ субъекты с жд3 6.0 1 442 4. субъекты без жд4 - 4 767 Сибирский федеральный 16.8 5 115 3. округ Уральский федеральный 12.3 1 789 6. округ Приволжский федеральный 18.1 1 038 17. округ Германия 34.1 357 95. Франция 29.5 547 53. Австрия 5.8 82 69. Канада 57.5 9 985 5. США 231.0 9 519 24. Китай 63.4 9 597 6. Великобритания 20.0 245 81. Италия 16.5 294 54. Финляндия 5.9 338 17. Норвегия 4.0 385 12. Швеция 10.0 450 22. 1 - эксплуатационная длина дорог общего пользования 2 - данные за 2008 г.

3 - включает Амурскую, Еврейскую автономную и Сахалинскую области, Приморский и Хабаровский края 4 - включают Чукотский автономный округ, Республику Саха (Якутия), Камчатский край и Магаданскую область Источник: Федеральная служба государственной статистики, ОАО «РЖД»

При этом при меньшей плотности населения, а, следовательно, и меньшей плотности размещения предприятий, в России требуется меньшая плотность железных дорог.

Низкая плотность железнодорожных путей ведет к сдерживанию развития регионов из-за невозможности вывоза грузов, и следовательно, невозможности развития промышленности. По данным Министерства транспорта, 23 разведанных крупнейших месторождений природных ресурсов не осваиваются из-за отсутствия железнодорожного транспортного обеспечения и не вовлекаются в хозяйственный оборот российской экономики.

Низкая плотность дорог ведет к увеличению расстояний транспортировки и стоимости транспортировки грузов для экономики страны.

Высокая загрузка железнодорожных путей ведет к снижению скорости продвижения грузов из-за ожиданий свободного пути между станциями и увеличения времени обработки на станциях.

Строительство основной части железных дорог в странах Западной Европы и США было завершено в начале 20 века. Строительство железных дорог осуществлялось в основном частными компаниями при поддержке государства на строительство дорог выделялись существенные дотации. Так в США - лидере по скорости и объемам строительства железных дорог, государство выплачивало железнодорожным компаниям за строительство железных дорог между городами дотации за каждый километр построенной дороги. Размер дотаций определялся условиями пролегания дороги - горы/равнина, и в зависимости от эффективности подрядчика мог превышать затраты на строительство.

В настоящее время потребности в строительстве новых железнодорожных линий в развитых странах ограничены. В основном ведется строительство скоростных пассажирских линий.

3.1.3.2. Низкое качество предоставляемых услуг пассажирских перевозок По сравнению с пассажирскими перевозками в европейских странах, предлагаемые ОАО «РЖД» пассажирские перевозки характеризуются меньшей скоростью, меньшей ценовой доступностью. Кроме того, пассажирские перевозки в России являются убыточным видом деятельности. Значительное время нахождения в поезде и низкая доступность поездки снижает подвижность населения, которая в России почти в 2,5 раза ниже, чем в развитых зарубежных странах. Это ведет к усилению экономической разобщенность регионов из-за снижения трудовой миграции населения и снижения числа командировок, что означает сокращение связей между предприятиями.

Скорость пассажирских перевозок в России составляет в среднем 70- км/ч, на участке Москва - Санкт-Петербург функционирует 2 поезда в сутки со скоростями 140км/ч и 170км/ч.

В европейских странах произошло разделение пассажирских перевозок на 2 сегмента:

а) скоростные перевозки со скоростью 200-250 км/ч на скоростных поездах (TGV, Thalys, ICE и Eurostar.).

б) ночные поезда со скоростью 70км/ч.

Для достижения проектных скоростей необходимо строительство специальных скоростных железнодорожных путей, что требует дополнительных инвестиций. Так как строительство таких скоростных линий еще не завершено, на некоторых направлениях скоростные поезда движутся по обычным путям с соответствующими ограничениями скорости.

3.1.3.3. Высокие транспортные издержки Высокие транспортные издержки снижают экономическую активность предприятий из-за географических ограничений рынка, на котором продукция предприятия является конкурентоспособной, и способствуют экономической изоляции районов страны.

Так как транспортные издержки являются непроизводительными расходами, высокое их значение ведет к снижению темпов роста ВВП.

Транспортоемкость экономики России в несколько раз выше транспортоемкости развитых стран (см. таблицу 3.4). Эта проблема в значительной мере порождена структурой экономики - высокой доли в ВВП отраслей занятых добычей сырья - угля, углеводородов и прочих.

Таблица 3.4 - Транспортоемкость экономик стран мира и доля железнодорожного транспорта в грузообороте страны Страны Транспортоемкость экономики Доля железнодорожного транспорта в грузообороте т-км/ 1 USD ВВП % Россия 2.9 57% США 0.4 44% Германия 0.2 21% Франция 0.1 14% Источник: Федеральная служба государственной статистики Таким образом, высокие транспортные издержки экономики страны обусловлены большими сроками перевозки, которые влекут рост косвенных расходов на транспортировку грузов.

Сроки доставки груз в России определяется внутренними документами ОАО «РЖД» (приказ МПС от 18.06.2003 №27) и существенно превышают принятые в европейских странах нормы. Скорость продвижения грузов на российском железнодорожном транспорте в 2-5 раз ниже, чем в Европейских странах.

Увеличение сроков продвижения грузов требует или увеличение инвестиций в запасы для обеспечения бесперебойности функционирования или привлечения более скоростного и дорого транспорта - автомобильного или авиационного, что ведет к увеличению косвенных расходов на перевозку грузов в экономике страны.

Проблема высоких транспортных издержек рассматривается в стратегических документах развития транспорта: Транспортной стратегии РФ на период до 2030 г. и Стратегии развития железнодорожного транспорта в РФ до 2030 г. В то же время данные документы не приводят мероприятий направленных на снижение транспортных издержек в железнодорожном транспорте. При этом, необходимы мероприятия по реконструкции магистральных путей и изменению технологии их эксплуатации.

3.2. Характеристика основных результатов НИР Для анализа и разработки предложений и рекомендаций по выполненной научно-исследовательской работе были выбраны следующие результаты:

а) анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы по тематике НИР;

б) методика комплексного обследования объекта инфраструктуры геофизическими методами;

в) методика определения критических режимов функционирования объекта транспортной инфраструктуры;

г) проект технического задания на проведение ОКР по теме «Комплексная информационно-телекоммуникационная система мониторинга объектов инфраструктуры автомобильных и железных дорог».

3.2.2 Анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы рассмотренных в рамках НИР 3.2.2.1 Характеристика объекта разработки НИР Анализ научно-технической, нормативной и методической литературы по тематике НИР (далее - анализ) показал, что искусственные сооружения и земляное полотно железных и автомобильных дорог требуют к себе особого внимания в вопросах содержания, капитального ремонта и реконструкции.

Несмотря на целенаправленное проведение работ по реконструкции и ремонту, продолжает эксплуатироваться значительное число дефектных и не соответствующих современным нормам сооружений. Например, на сети железных дорог 28% железнодорожных тоннелей, 19% автодорожных путепроводов, 16% пешеходных мостов, 11% больших мостов отнесены к категории дефектных сооружений [37]. Инженерные сооружения, построенные до 1910 года, составляют в настоящее время 30% от общего количества эксплуатирующихся на сети железных дорог [38]. Анализ технического состояния земляного полотна сети железных дорог России за период 2000- гг. [39-41] показал, что наблюдается возрастание доли деформации тела насыпи, ее откосов и основания (сплывы откосов, осадки насыпи) – с 25 % в 2000 году до 31,5% в 2008 году от общего числа дефектов, а также, таких деформаций земляного полотна, как водоразмывы, оползни, обвалы и сели с 15,8% в году до 19,7 % в 2008 году. При этом, доля деформации тела насыпи (оползни) возросла с 0.6 % в 2000 году до 1.1% в 2008 году. Значительная часть автомобильных дорог также имеет высокую степень износа [42]. В создавшейся ситуации тысячи километров автомобильных дорог не ремонтировались 10 и более лет, что уже привело к необратимому разрушению дорожных покрытий [42].

В рамках анализа установлено, что мониторинг природно-техногенных рисков вдоль опасных участков железных и автомобильных дорог является действенным инструментом предупреждения и предотвращения событий с тяжелыми последствиями. Существующие в настоящее время подходы к мониторингу состояния объектов инженерной инфраструктуры можно разделить на три группы:

а) методы эксплуатационных наблюдений;

б) спутниковые наблюдения;

в) системы сигнализации факта появления неисправности.

При этом, анализ позволили установить, что эксплуатационные наблюдения включают в себя надзор за состоянием объектов инфраструктуры и изучение причин появления повреждений, устанавливаемых на основе осмотров, которые являются средством, позволяющим оценивать текущее состояние [43 50]. Для железнодорожного пути, такие наблюдения включают в себя осмотры и проверки (в том числе сооружений и устройств) должностными лицами с выборочным измерением его параметров, комиссионные осмотры пути с инструментальной проверкой отдельных его параметров, проверки с использованием измерительных средств (путеизмерительных и дефектоскопных вагонов, автомотрис, тележек, ручных шаблонов и др.) [45]. При осмотрах и проверках пути определяют состояние пути, земляного полотна, сооружений, путевых устройств, выявляют причины, вызывающие неисправности пути, определяют виды и объемы работ по устранению и предупреждению неисправностей. В автомобильном транспорте широкое применение находят системы оценки технического состояния автомобильной дороги, основанные на обработке фото- и видеосъемки, производимой с движущегося со скоростью до 50 км/ч автомобиле [51-54]. После обработки результатов съемки в системах дорожного фото- и видеоконтроля (например: VIDEOROUTE, DESY, GERPHO производства Франции) получают информацию о состоянии дорожного покрытия, откосов, обочин. Инженерно-геологические и геофизические методы, к которым относится бурение скважин с последующим отбором проб грунта и определением в лабораторных условиях необходимых физико-механических характеристик грунтовой среды оснований инженерных сооружений, сейсморазведка, электроразведка, статическое и динамическое зондирование, также позволяют контролировать техническое состояние объектов инженерной инфраструктуры транспорта [55]. Однако, практика показывает, что задача своевременного выявления опасных для движения транспортных средств участков земляного полотна с использованием только традиционных методов и при существующих темпах их развития не может быть решена в ближайшие десятилетия. Кроме того, эти методы не позволяют выполнять диагностирование земляного полотна в динамике (например, в процессе следования поездов), что очень важно для любой системы технической диагностики.

Анализ позволил установить, что для контроля за положением пути в профиле и плане на Российских железных дорогах существует специальная реперная система (СРС) (указание МПС РФ № А-224У от 27.02.97 и № С-493У от 27.04.98). Эта система предназначена для путей первого и второго классов, а также внеклассных (скоростных магистралей). На участках, где будет применяться эта система, работы, связанные с ремонтом и выправкой пути, должны выполняться на основе данных о его проектном положении, закрепленном относительно реперов. Такими методами выполняют нивелирование по точкам створов и головкам рельсов, проверку сдвижек пути, съемку поперечных и продольных профилей земляного полотна. Поперечные профили, снимаемые в характерных сечениях земляного полотна, предназначены для паспортизации и получения исходных данных, необходимых при расчетах устойчивости откосов насыпей и проектировании противодеформационных мероприятий. СРС широко применяют на железных дорогах многих стран (Германия, Франция, Бельгия, Польша, Чехия и др.) [56]. Рабочие реперы устанавливают при изготовлении опор или фундаментов контактной сети в заводских условиях, что значительно улучшает качество и удешевляет стоимость. СРС на железных дорогах России – это система геодезических пунктов с известными координатами в плане согласно принятой для конкретной железнодорожной линии системе координат, высотами в Балтийской системе высот и пикетажными значениями. Она состоит из пунктов опорной геодезической сети (ОГС) и рабочей сети (PC). СРС включает в себя также систему привязок пути к рабочим реперам. Для измерения геометрических параметров элементов автомобильных дорог, помимо геодезических приборов и инструментов (нивелиры, теодолиты, тахеометры, дальномеры, геодезические рейки, землемерные ленты и рулетки, вешки и др.), применяют специализированные передвижные лаборатории, оборудованные соответствующим измерительным оборудованием [51]. Среди них можно выделить передвижные лаборатории – КП – 514МП и КП – 514МПГ, выпускаемые Саратовским научно-производственным центром ГП «Росдортех».

Эти лаборатории позволяют измерить: высотные отметки, продольный и поперечный уклоны, углы поворота, радиусы кривых в плане и т.д.

В рамках анализа были рассмотрены примеры реализации подобных систем являются [57]: создание типовой системы спутникового мониторинга и прогнозирования природно-техногенных опасностей при эксплуатации железной дороги и прилегающей к ней территории с использованием технологии ГЛОНАСС/GPS (на примере эксплуатации участка Северо-Кавказской железной дороги Туапсе - Адлер), система спутникового мониторинга и прогнозирования состояния моста через р. Енисей с использованием систем ГЛОНАСС/GPS, система спутникового мониторинга и прогнозирования состояния конструкций Нижнекамской ГЭС с использованием систем ГЛОНАСС/GPS. При этом, особенности получения информации от спутников в настоящее время (обновление информации примерно один раз в месяц) устанавливают рамки применения этих методов стратегическим планированием мероприятий, обеспечивающих безопасность движения поездов. В последнее время для мониторинга состояния инженерных объектов все чаще применяют технологию беспроводных сенсорных сетей (БСС) [58-61]. Основным элементом таких систем является беспроводной сенсорный узел, в состав входят пять основных элементов: приемо-передающее устройство, микроконтроллер и модуль памяти, программное обеспечение, автономный источник питания и система сенсоров.

Мониторинг с применением этой технологии сводится к наблюдению за протеканием деформационных процессов в контролируемых объектах, диагностированию текущих состояний и прогнозирования их дальнейшего развития. Как одну из альтернатив мониторинга с использованием данной технологии в Европе применяют оптоволоконные датчики деформации для управления нагрузками на конструкции (дамба в Luzzone в Швейцарских Альпах), для мониторинга осадки под насыпями или фундаментами используют высокочувствительные датчики давления (мониторинг многоуровневой транспортной развязки: Шоссе № 30, Мадрид, Испания);

система геотехнического мониторинга участка железной дороги (железнодорожный мост + тоннель, Венесуэлла). Примером отечественного опыта реализации систем мониторинга состояния инженерной инфраструктуры на основе датчиков технического состояния может служить: Балтийский тоннель (мониторинг давления в грунтовом массиве в области непосредственной близости проведения работ, контроль деформаций конструкций крепи при проходке выработок), многофункциональный высотный комплекс SIEMENS-АФК (мониторинг напряженно-деформированного состояния конструкции, контроль контактных напряжений, анализ моментов в пилонах) [62].

Анализ установил, что основным недостатком большинства существующих систем, позволяющих сигнализировать факт появления неисправности, является отсутствие возможности прогнозирования развития этих процессов. Система мониторинга состояния инженерных объектов на сети железных и автомобильных дорог должна создаваться как единая система, включающая комплекс различных методов диагностики и режимных наблюдений, но, учитывая многообразие инженерно-геологических условий и индивидуальных особенностей контролируемых объектов, для каждого из них этот комплекс должен содержать различный набор методов и средств диагностики. Таким образом, создание интеллектуальной системы мониторинга состояния объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог, позволяющих анализировать их состояние и выявлять зарождение деструктивных процессов, что позволит принимать своевременные решения по обеспечению безопасности движения транспортных средств.

В ходе анализа установлено, что основными принципами современной концепции развития эффективных систем мониторинга за состоянием объектов инженерной инфраструктуры железных и автомобильных дорог можно считать:


а) постоянство мониторинга состояния инженерных объектов;

б) осуществление интеллектуального анализа получаемых данных;

в) выявление факта развития деструктивных процессов;

г) прогнозируемость состояния инженерных объектов;

д) оперативность и достоверность получения информации;

е) автоматический режим выработки предупреждающих сигналов;

ж) возможность своевременно принятия управленческих решений;

и) малозатратность.

3.2.2.2 Предложения и рекомендации по использованию разработки НИР Результаты анализа могут быть использованы при разработке:

а) методик комплексного обследования объекта инфраструктуры геофизическими методами;

б) методик определения критических режимов функционирования объекта транспортной инфраструктуры;

в) рекомендаций по классификации потенциально опасных объектов на сети железных и автомобильных дорог;

г) рекомендаций по определению критических режимов эксплуатации инженерного объекта;

д) предложений по мониторингу объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог;

е) предложений по своевременному планированию и проведения ремонтов инженерных объектов;

ж) программы и методики экспериментальных исследований.

3.2.3 Методика комплексного обследования объекта инфраструктуры геофизическими методами 3.2.3.1 Характеристика объекта разработки НИР Разработка методики комплексного обследования объекта инфраструктуры геофизическими методами (далее - методика) осуществлено с целью повышения эффективности планирования мероприятий по ремонтам, реконструкции и усилению участков железных и автомобильных дорог, для повышения безопасности движения и увеличения объема перевозимых грузов.

Методика основана на применении современных геофизических методов и позволяет выявлять деформации на ранней стадии их возникновения.

Геофизические методы основаны на изучении естественных или искусственно созданных физических полей (магнитных, электрических, электромагнитных, тепловых, радиоактивности, акустических, силы тяжести и др.), несущих информацию об особенностях строения объектов исследования.

Принципиальная схема применения геофизических методов для диагностики насыпей состоит из последовательности этапов:

а) возбуждение или использование для анализа возникающих при движении автомобильного и железнодорожного транспорта физических полей в земляном полотне;

б) прием и преобразование ответных сигналов приборами (отклик системы);

в) регистрация сигналов измерительной аппаратурой;

г) обработка полученной информации;

д) интерпретация и инженерно-геологическое истолкование результатов.

е) При проведении обследования объектов дорожной инфраструктуры в методику включены следующие геофизические методы:

ж) электроразведка;

и) сейсмический метод;

к) динамическое и статическое зондирование (пенетрация);

л) георадиолокационный метод.

3.2.3.2 Предложения и рекомендации по использованию разработки НИР Методика может быть использована для диагностики объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог научными и эксплуатационными подразделениями дорожной отрасли, Дорожными центрами диагностики, Геобазами, путеобследовательскими станциями железных дорог и другими изыскательскими организациями.

Методика может быть использована для определения параметров объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог, а именно:

а) оценки загрязненности щебеночного балласта;

б) оценка соответствия щебеночного балласта нормативным требованиям по мощности и однородности;

в) оценки пространственной изменчивости состава и свойств грунтов;

г) определения глубины залегания кровли скальных и крупнообломочных грунтов;

д) определения степени уплотнения и упрочнения грунтов во времени и пространстве;

е) определения данных для расчета свайных фундаментов;

ж) определение протяженности участков с уложенным разделительным и защитным слоем;

и) мониторинга развития деформативности;

к) определения переувлажненных и разуплотненных мест земляного полотна;

л) определения толщины конструктивных слоев дорожной одежды;

м) обследование искусственных сооружений при детальной диагностики (мосты, трубы, тоннели и т д).

3.2.4 Методика определения критических режимов функционирования объекта транспортной инфраструктуры 3.2.4.1 Характеристика объекта разработки НИР В рамках методики определения критических режимов функционирования объекта транспортной инфраструктуры (далее - методики) изложены теоретические предпосылки и практические рекомендации по определению критических режимов функционирования объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог, основанные на системном анализе, функциональном моделировании и комплексном обследовании объектов транспортной инфраструктуры геофизическими методами. Применение методики позволит с максимальной эффективностью использовать средства геофизических обследований, а также, автоматизации геотехнических расчетов и существенно сократить стоимость, трудоемкость и сроки их проведения.

В настоящей методики излагаются принципиальные положения определения режимов функционирования объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных на основе системного анализа. При этом в решении поставленных задач рационально сочетаются методы физического и математического моделирования. Основной упор делается на математические методы. Комплексное обследования геофизическими методы используется исключительно для уточнения и проверки расчетной модели объекта. Это обусловило применение целенаправленных физических моделей, разработанных на основе функционального подобия, благодаря чему существенно упрощается конструкция моделей, снижаются затраты ресурсов на экспериментальные исследования.

В рамках методики осуществляться анализ и определение основных параметров, характеризующих состояние объекта транспортной инфраструктуры изменяющихся с течением времени под воздействием внешних факторов. В рамках выбранного набора параметров осуществляется анализ влияния выбранных параметров на стабильность функционирования объекта транспортной инфраструктуры. Для проведения данного анализа осуществляется комплексное обследование объекта транспортной инфраструктуры с применением современной измерительной аппаратуры и программных продуктов. Данное обследование позволяет определить фактического состояния выбранного объекта транспортной инфраструктуры (геометрические параметры, внутреннее строение, физико-механические характеристики материалов). Для детального определения физико-механических характеристик материалов проводиться лабораторные исследования. В рамках полученной информации о состоянии объекта транспортной инфраструктуры проводиться компьютерное моделирование объекта транспортной инфраструктуры для проверки критических режимов его функционирования. Что позволяет определить искомый результат – оценить влияния внешних факторов на измеряемые параметры.

3.2.4.2 Предложения и рекомендации по использованию разработки НИР Разработанная методика анализа состояния объектов инженерной инфраструктуры и оценки рисков их разрушения позволяет:

а) классификацию потенциально опасных объектов по вероятному сценарию отказа;

б) определение критических режимов эксплуатации инженерного объекта;

в) выработку предложений по стабилизации состояния объекта транспортной инфраструктуры;

г) возможность принятия своевременных управленческих решения с целью повышения безопасности движения;

д) своевременное планирование и проведение ремонтов инженерных объектов.

3.2.5 Проект технического задания на проведение ОКР по теме «Комплексная информационно-телекоммуникационная система мониторинга объектов инфраструктуры автомобильных и железных дорог».

3.2.5.1 Характеристика объекта разработки НИР В рамках НИР разработан проект технического задания на проведение ОКР по теме «Комплексная информационно-телекоммуникационная система мониторинга объектов инфраструктуры автомобильных и железных дорог».

Планируется разработка комплексной информационно-телекоммуникационной системы мониторинга (далее - ИКСМ) предназначенной для определения значений выбранных физических пара-метров объектов инфраструктуры автомобильных и железных дорог, сравнении полученных результатов с критическими значениями и выработки управленческих решений по обеспечению безопасности движения автотранспортных средств и железнодорожного подвижного состава.

Разработка направлена на повышение эффективности планирование ремонтов объектов транспортной инфраструктуры, поскольку зачастую современное планирование ремонтов автомобильных и железных дорог проводится без достаточной оценки состояния. Известно что, при проектировании объектов инженерных коммуникаций их срок службы, в среднем, составляет 80 лет, более 70% объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог, хотя бы один раз подвергались ремонту после введения в эксплуатацию. Такое положение объясняется многими факторами.

Одним из основных является отсутствие достоверных знаний об изменении эксплуатационной надежности конструкций инженерных объектов во времени.

Долговечность нормальной эксплуатации конструкций имеет значительный разброс, обусловленный изменчивостью эксплуатационных условий по трассе сооружений. Отсутствие необходимой информации о параметрах износа конструкций обуславливает директивное назначение времени проведения ремонтных мероприятий, что приводит к преждевременному ремонту одних конструкций и повышенному уровню рисков возникновения аварийных ситуаций при эксплуатации других. В результате этого происходит значительное увеличение эксплуатационных затрат. Экономическая эффективность процесса эксплуатации сооружений может быть достигнута при помощи прогнозирования изменения надежности конструкций и правильного планирования времени проведения ремонтных работ.


В связи с этим разработка комплексной информационно телекоммуникационной системы мониторинга объектов инфраструктуры, адаптированной к условиям автомобильных и железных дорог с установкой аппаратуры на объекты транспортной инфраструктуры позволит эффективно решать задачи мониторинга существующих объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог и предотвращать развитие различного рода деструктивных процессов в теле инженерного объекта и его отдельных конструкционных элементов.

3.2.5.2 Предложения и рекомендации по использованию разработки НИР Разработанная комплексная информационно-телекоммуникационная система мониторинга объектов инфраструктуры автомобильных и железных дорог (ИКСМ) может быть использована:

а) для назначения всех видов ремонтов объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог;

б) для проверки качества ремонтов объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог;

в) для определения характеристик объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог и отдельных конструкционных элементов этих сооружений.

3.3 Основные выводы по разделу предложения и рекомендации по использованию результатов проведенной НИР Результаты НИР представленные в п. 2.1 направлены на решение проблем транспортного комплекса РФ (п. 1), в части:

а) повышения доли автомобильных дорог, соответствующих нормативным показателям;

б) улучшение технического состояния верхнего строения железнодорожного пути;

в) сокращения транспортных издержек.

Это достигается за счет применения, в частности:

а) методика комплексного обследования объекта инфраструктуры геофизическими методами, которая:

1) разработана с целью повышения эффективности планирования мероприятий по ремонтам, реконструкции и усилению участков железных и автомобильных дорог, для повышения безопасности движения и увеличения объема перевозимых грузов;

2) позволяет своевременно обнаруживать развитие деформаций и принять адекватные меры и основана на использовании современных геофизических методах. К этим методам относятся:

1) электроразведка;

2) сейсмический метод;

3) динамическое и статическое зондирование (пенетрация);

4) георадиолокационный метод.

Они позволяют определять следующие характеристики объектов транспортной инфраструктуры:

1) - загрязненности щебеночного балласта;

2) -соответствие щебеночного балласта нормативным требованиям по мощности и однородности;

3) - пространственная изменчивость состава и свойств грунтов;

4) - глубины залегания кровли скальных и крупнообломочных грунтов;

5) -степень уплотнения и упрочнения грунтов во времени и пространстве;

6) - данные для расчета свайных фундаментов;

7) - протяженность участков с уложенным разделительным и защитным слоем;

8) - мониторинг развития деформативности;

9) - определение переувлажненных и разуплотненных мест земляного полотна;

10) - определение толщины конструктивных слоев дорожной одежды;

11) - обследование искусственных сооружений при детальной диагностики (мосты, трубы, тоннели и т д).

б) методики определения критических режимов функционирования объекта транспортной инфраструктуры, которая позволяет:

1) проводить определение критических режимов функционирования объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог, основанное на системном анализе, функциональном моделировании и комплексном обследовании объектов транспортной инфраструктуры геофизическими методами;

2) классификацию потенциально опасных объектов по вероятному сценарию отказа;

3) выработку предложений по стабилизации состояния объекта транспортной инфраструктуры;

4) возможность принятия своевременных управленческих решения с целью повышения безопасности движения;

5) своевременное планирование и проведение ремонтов инженерных объектов.

4 Разработка проекта технического задания на проведение ОКР по теме «Комплексная информационно-телекоммуникационная система мониторинга объектов инфраструктуры автомобильных и железных дорог»

4.1 Проект технического задания на проведение ОКР по теме «Комплексная информационно-телекоммуникационная система мониторинга объектов инфраструктуры автомобильных и железных дорог».

В рамках НИР разработан проект технического задания на проведение ОКР по теме «Комплексная информационно-телекоммуникационная система мониторинга объектов инфраструктуры автомобильных и железных дорог» (см.

приложение А отчета о НИР). Комплексная информационно телекоммуникационной системы мониторинга предназначена для определения значений выбранных физических параметров объектов инфраструктуры автомобильных и железных дорог, сравнении полученных результатов с критическими значениями и выработки управленческих решений по обеспечению безопасности движения автотранспортных средств и железнодорожного подвижного состава.

Разработка направлена на повышение эффективности планирование ремонтов объектов транспортной инфраструктуры, поскольку зачастую современное планирование ремонтов автомобильных и железных дорог проводится без достаточной оценки состояния. Известно что, при проектировании объектов инженерных коммуникаций их срок службы, в среднем, составляет 80 лет, более 70% объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог, хотя бы один раз подвергались ремонту после введения в эксплуатацию. Такое положение объясняется многими факторами.

Одним из основных является отсутствие достоверных знаний об изменении эксплуатационной надежности конструкций инженерных объектов во времени.

Долговечность нормальной эксплуатации конструкций имеет значительный разброс, обусловленный изменчивостью эксплуатационных условий по трассе сооружений. Отсутствие необходимой информации о параметрах износа конструкций обуславливает директивное назначение времени проведения ремонтных мероприятий, что приводит к преждевременному ремонту одних конструкций и повышенному уровню рисков возникновения аварийных ситуаций при эксплуатации других. В результате этого происходит значительное увеличение эксплуатационных затрат. Экономическая эффективность процесса эксплуатации сооружений может быть достигнута при помощи прогнозирования изменения надежности конструкций и правильного планирования времени проведения ремонтных работ.

Искусственные сооружения и земляное полотно железных и автомо бильных дорог требуют к себе особого внимания в вопросах содержания, капитального ремонта и реконструкции. Несмотря на целенаправленное проведение работ по реконструкции и ремонту, продолжает эксплуатироваться значительное число дефектных и не соответствующих современным нормам сооружений. Например, на сети железных дорог 28% железнодорожных тоннелей, 19% автодорожных путепроводов, 16% пешеходных мостов, 11% больших мостов отнесены к категории дефектных сооружений. Инженерные сооружения, построенные до 1910 года, составляют в настоящее время 30% от общего количества эксплуатирующихся на сети железных дорог. Анализ технического состояния земляного полотна сети железных дорог России за период 2000-2009 г.г. показал, что наблюдается возрастание доли деформации тела насыпи, ее откосов и основания (сплывы откосов, осадки насыпи) – с 25 % в 2000 году до 31,5% в 2008 году от общего числа дефектов, а также, таких деформаций земляного полотна, как водоразмывы, оползни, обвалы и сели с 15,8% в 2000 году до 19,7 % в 2008 году. При этом, доля деформации тела насыпи (оползни) возросла с 0.6 % в 2000 году до 1.1% в 2008 году. Значительная часть автомобильных дорог также имеет высокую степень износа. В создавшейся ситуации тысячи километров автомобильных дорог не ремонтировались 10 и более лет, что уже привело к необратимому разрушению дорожных покрытий.

В связи с этим разработка комплексной информационно телекоммуникационной системы мониторинга объектов инфраструктуры, адаптированной к условиям автомобильных и железных дорог с установкой аппаратуры на объекты транспортной инфраструктуры позволит эффективно решать задачи мониторинга существующих объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог и предотвращать развитие различного рода деструктивных процессов в теле инженерного объекта и его отдельных конструкционных элементов.

4.2 Выводы по разделу Разработанный проект технического задания на проведение ОКР позволит реализовать разработку комплексной информационно-телекоммуникационной системы мониторинга объектов инфраструктуры автомобильных и железных дорог, которая может быть использована для:

а) назначения всех видов ремонтов объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог;

б) проверки качества ремонтов объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог;

в) определения характеристик объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог и отдельных конструкционных элементов этих сооружений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В рамках этапа 3 НИР выполнены следующие работы:

а) проведена технико-экономическая оценка полученных результатов НИР;

б) выполнено обобщение и сформулированы выводы по результатам НИР;

в) разработаны предложения и рекомендации по использованию результатов НИР;

г) разработан проект технического задания на проведение ОКР;

д) проведены дополнительные патентные исследования.

В разделе 1 отчета о НИР приведена технико-экономическая оценка полученных результатов. К основному результату НИР можно отнести проект технического задания на проведение ОКР по теме «Комплексная информационно-телекоммуникационная система мониторинга объектов инфраструктуры автомобильных и железных дорог». В рамках данного вида работ планируется разработка комплексной информационно телекоммуникационной системы мониторинга предназначенной для определения значений выбранных физических параметров объектов инфраструктуры автомобильных и железных дорог, сравнении полученных результатов с критическими значениями и выработки управленческих решений по обеспечению безопасности движения автотранспортных средств и железнодорожного подвижного состава. В рамках данного раздела (см. раздел отчета о НИР) выполнены следующие работ:

а) проведен анализ рынка;

б) проведена оценка потребности в трудовых ресурсах при реализации разработок НИР;

в) определено необходимое для развртывания производства разработок НИР;

г) проведена оценка себестоимости разработки;

д) определены факторы финансовой и экономической привлекательности проекта;

е) определена потребность в инвестиционных и оборотных средствах;

ж) определена оценка показателей экономической и социальной эффективности проекта;

з) определена оценка и управление рисками инвестиционного проекта.

В разделе 2 отчета о НИР выполнена обобщение и оценка полученных результатов, в части:

а) анализа современной научно-технической, нормативной, методической литературы по тематике НИР для обоснования выбора направления исследований и постановки основных задач;

б) анализа потенциально опасных объектов на сети железных и автомобильных дорог;

в) методики комплексного обследования объекта инфраструктуры геофизическими методами;

г) проведения экспериментальных полевых исследований на объекте инфраструктуры;

д) математического моделирования объектов транспортной инфраструктуры для определения критических режимов эксплуатации объекта;

е) методики определения критических режимов функционирования объекта транспортной инфраструктуры;

ж) методики определения параметров экспериментального образца интеллектуально-коммуникационной системы мониторинга;

и) разработки эскизной конструкторской документации ЭО ИКСМ;

к) экспериментальных исследований работы ЭО ИКСМ.

В разделе 3 отчета о НИР представлены предложения и рекомендации по использованию результатов проведенной НИР, в частности:

а) проведен анализ проблем транспортного комплекса Российской Федерации. В рамках анализа рассмотрены проблемы автомобильной и железнодорожной отрасли. Установлено, что данные отрасли транспортного комплекса нуждаться в модернизации, в частности, дорожное хозяйство РФ;

б) приведена характеристика основных результатов НИР и предложения по их использованию для решения проблем транспортного комплекса РФ;

Установлено, что результаты НИР направлены на решение проблем транспортного комплекса РФ (см. раздел 3 отчета о НИР), в части:

а) повышения доли автомобильных дорог, соответствующих нормативным показателям;

б) улучшение технического состояния верхнего строения железнодорожного пути;

в) сокращения транспортных издержек;

Это достигается за счет применения, в частности:

а) методика комплексного обследования объекта инфраструктуры геофизическими методами, которая:

1) разработана с целью повышения эффективности планирования мероприятий по ремонтам, реконструкции и усилению участков железных и автомобильных дорог, для повышения безопасности движения и увеличения объема перевозимых грузов;

2) позволяет своевременно обнаруживать развитие деформаций и принять адекватные меры и основана на использовании современных методе геофизических методах.

К этим методам относятся:

1) - электроразведка;

2) - сейсмический метод;

3) - динамическое и статическое зондирование (пенетрация);

4) - георадиолокационный метод.

Перечисленные методы позволяют определять следующие характеристики объектов транспортной инфраструктуры:

1) - оценка загрязненности щебеночного балласта;

2) - оценка соответствия щебеночного балласта нормативным требованиям по мощности и однородности;

3) - оценка пространственной изменчивости состава и свойств грунтов;

4) - определения глубины залегания кровли скальных и крупнообломочных грунтов;

5) - определения степени уплотнения и упрочнения грунтов во времени и пространстве;

6) - определения данных для расчета свайных фундаментов;

7) - определение протяженности участков с уложенным разделительным и защитным слоем;

8) - мониторинга развития деформативности;

9) - определения переувлажненных и разуплотненных мест земляного полотна;

10) - определения толщины конструктивных слоев дорожной одежды;

11) - обследование искусственных сооружений при детальной диагностики (мосты, трубы, тоннели и т д).

б) методики определения критических режимов функционирования объекта транспортной инфраструктуры, которая позволяет:

1) проводить определение критических режимов функционирования объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог, основанное на системном анализе, функциональном моделировании и комплексном обследовании объектов транспортной инфраструктуры геофизическими методами;

2) классификацию потенциально опасных объектов по вероятному сценарию отказа;

3) выработку предложений по стабилизации состояния объекта транспортной инфраструктуры;

4) возможность принятия своевременных управленческих решений с целью повышения безопасности движения;

5) своевременное планирование и проведение ремонтов инженерных объектов.

В рамках этапа 3 НИР проведены дополнительные патентные исследования (см. часть 2 отчета о НИР) в ходе которых осуществлена оценка изобретательского уровня и патентной частоты. Они позволили уточнить сферу применения существующих технологий и способов мониторинга объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог, которые обеспечивают безопасность эксплуатации данных объектов, технологий и способов проведения диагностики их состояния для наиболее эффективного анализа состояния и оценки рисков разрушения. В результате поиска отобраны охранные документы в общем количестве 47 единиц. Установлено, что результат интеллектуальной деятельности, полученных в ходе выполнения НИР «Оптимальный способ управления движением поездов с учетом динамического воздействия на высокие насыпи» является патентночистым и обладает признаками патентоспособности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1 Farrar C. R., Lieven N. A. J., Bement M. T. An introduction to damage prognosis // Damage Prognosis: For Aerospace, Civil and Mechanical Systems. – San Francisco: Wiley, 2005. – P.5-16. Современные требования к искусственным сооружениям: надежность, безопасность, долговечность. И.Ю. Малинин / Евразия Вести IX 2010.

2 Инженерные сооружения - основа эффективной работы железнодорожной инфраструктуры. В.Б. Воробьев / Евразия Вести IX 2010.

3 Анализ состояния и качества содержания земляного полотна по сети железных дорог России по итогам эксплуатации 2007 год. Центр обследования и диагностики инженерных сооружений - филиал ОАО «РЖД», 2008.

4 Анализ состояния и качества содержания земляного полотна по сети железных дорог России по итогам эксплуатации 2008 год. Центр обследования и диагностики инженерных сооружений - филиал ОАО «РЖД», 2009.

5 Динамика технического состояния земляного полотна и его обустройств сети железных дорог России за период 2003- 2007 г. Центр обследования и диагностики инженерных сооружений - филиал ОАО «РЖД», 2008.

6 Национальная программа модернизации и развития автомобильных дорог Российской Федерации до 2025 года.

7 Национальная программа модернизации и развития автомобильных дорог Российской Федерации до 2025 года.

8 Технические указания по инструментальной диагностике земляного полотна / Департамент пути и сооружений МПС России. М.: ИПП Куна, 2000.

9 ЦП 544 «Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного пути».

10 ЦП 774 «Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути».

11 ОДМ 218.4.002-2008. Отраслевой дорожный методический документ.

Методические рекомендации по ремонту и содержанию автомобильных дорог общего пользования.

12 ОДМ 218.3.008-2011 "Рекомендации по мониторингу и обследованию подпорных стен и удерживающих сооружений на оползневых участках автомобильных дорог".

13 Руководство по проведению мониторинга состояния эксплуатируемых мостовых сооружений.

14 ГОСТ Р 53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния.

15 ВСН 4-81. Инструкция по проведению осмотров мостов и труб на автомобильных дорогах.

16 Эксплуатация автомобильных дорог: в 2 т. – Т. 1 / А.П. Васильев.– М.

2010.- 320 с.

17 Ремонт и содержание автомобильных дорог : справочная энциклопедия дорожника / [А.П. Васильев и др.]. — Т. 2. — М.: Информавтодор, 2004. - 507 с.

18 Ярмолинский А. И. Ремонт и содержание автомобильных дорог : учеб.

пособие / А.И.Ярмолинский, И.Н.Пугачв, В.А.Ярмолинский ;

под ред. А. И.

Ярмолинского. — Хабаровск : Изд-во ХГТУ, 1999. — 107 с 19 Борисюк Н.В., Яковлев Ю.М. Использование результатов видеокомпьютерной съемки при оценке прочности дорожных одежд нежесткого типа // Строительство и эксплуатация автомобильных дорог : задачи и решения. М. : Изд-во МАДИ (ГТУ), 2001.

20 Хмелевской, В.К. Геофизические методы исследований: учеб. пособие для геологических специальностей вузов / В.К. Хмелевской, Ю.И. Горбачев, А.В.

Калинин, М.Г. Попов, Н.И. Селиверстов, В.А. Шевнин. – Петропавловск Камчатский: изд-во КГПУ, 2004. – 232 с.

21 Орлов, Г.Г. Обоснование требуемых параметров плана и профиля скоростных железнодорожных магистралей / Автореферат. Специальность:

05.22.06. Москва, 22 Перспективные направления развития мониторинга и диагностики земляного полотна ОАО «РЖД». Сазонов В.Н. / Евразия Вести IX 2010.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.