E14-140 в задаче регистрации параметров динамических колебаний грунтов земляного полотна железных дорог

Внедрение: 2014 г.

В диссертационном исследовании [1], где была применена мобильная измерительная система с АЦП Е14‑140, решалась задача повышения устойчивости земляного полотна железных дорог путем упрочнения его грунтов инъекциями цементно-песчано-глинистого (грунтоцементного) раствора, с учетом динамического воздействия от подвижных составов.

Для выявления особенностей колебательного процесса земляного полотна железных дорог, упрочненного инъекциями цементно-песчано-глинистого раствора, полевые эксперименты были выполнены на двух участках Западно-Сибирской железной дороги:

• Участок № 1 – насыпь на 87 км перегона Большая речка – Загайново, Алтайский край (рисунок 1).
• Участок № 2 – насыпь на 15 км перегона Дедюево – Буреничево, Топкинский район Кемеровской области (рисунок 2).

Рисунок 1. Общий вид исследуемого участка насыпи на перегоне Большая речка – Загайново.

Рисунок 2. Общий вид исследуемого участка насыпи на перегоне Дедюево – Буреничево.

В качестве измерительного элемента в датчиках ускорения (авторской конструкции) были применены высокоточные интегральные двухкомпонентные акселерометры ADXL203 семейства IMEMS (Analog Devices). Для получения опытных данных об ускорениях колебаний грунтов насыпи датчики соединялись с АЦП Е14‑140, который подключался к переносному компьютеру. Общий вид комплекта аппаратуры, примененной для измерения ускорений колебаний, представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. Общий вид аппаратуры, примененной для измерения ускорений колебаний грунтов железнодорожных насыпей: 1 – блок питания и усиления сигнала акселерометров; 2 – АЦП E14‑140; 3 – переносной компьютер с программным обеспечением; 4 – источник питания.

Обработка записанного сигнала производилась в программе PowerGraph Professional. Регистрация параметров динамических колебаний грунтов насыпи, вызванных движением поездов, осуществлялась путем установки датчиков виброускорений на поверхность откоса и в тело земляного полотна. Для сопоставления полученных данных замеры колебаний грунта от поездной нагрузки проводились также на расположенном на расстоянии около 100 м неупрочненном участке каждой из исследуемых насыпей. В тело земляного полотна датчики устанавливались через предварительно пробуренные колонковым способом и обсаженные скважины, как с поверхности насыпи, так и со дна пройденного шурфа (рисунок 4а). После погружения датчика в забой скважины производилось его задавливание в грунт при помощи направляющей трубки. Это обеспечивало жесткую фиксацию датчика в грунте земляного полотна.
 

Рисунок 4. Способы установки датчиков виброускорения: а – в тело земляного полотна через предварительно пробуренные и обсаженные скважины; б – на дно шурфов на откосе насыпи.

На откосе насыпи датчики устанавливались на дно шурфов (рисунок 4б). Схемы расстановки датчиков виброускорения, совмещенные со схемами упрочнения насыпей, представлены на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема расстановки датчиков виброускорения, совмещенная со схемой упрочнения насыпей: а – перегон Большая речка – Загайново; б – перегон Дедюево – Буреничево.

Для правильной интерпретации и систематизации полученных данных было выполнено сопоставление величин замеренных ускорений с параметрами подвижного состава: нагрузка на ось и скорость движения. Для фиксации указанных параметров была использована разработанная в НИДЦ СГУПС информационно-измерительная система ТЕНЗОР МС с двумя съемными (магнитными) датчиками измерения деформаций ТДМ.

Рисунок 6. Фрагмент записанных вертикальной (синяя) и горизонтальной (красная) компонент сигнала ускорений колебаний грунтов в уровне основной площадки (а) и бровки откоса (б) земляного полотна и соответствующие им траектории движения точки в плоскости (Z‑X); в, г – соотношение ускорений колебаний при прохождении первых вагонов через рассматриваемое сечение; д, е – то же в случайный промежуток времени.

Научная новизна: 

1. Экспериментально установлены значения и получена зависимость изменения амплитуд максимумов ускорений колебаний в теле упрочненного железнодорожного земляного полотна от количества внедренного упрочняющего раствора, скорости и нагрузки на ось подвижного состава.
2. Получены значения и зависимости изменения параметров динамической прочности упрочненного грунта от количества упрочняющего раствора и амплитуды ускорений колебаний.
3. Разработана методика оценки устойчивости земляного полотна, упрочняемого инъекциями грунтоцементного раствора, с учетом динамического воздействия поездной нагрузки.
4. Определен расход упрочняющего раствора, достаточный для обеспечения требуемого динамического коэффициента устойчивости насыпей на железнодорожных линиях I и II категории.

В приложенных актах о внедрении отмечается, что результаты диссертационного исследования были использованы проектно-изыскательским институтом «Сибжелдорпроект» при проектировании модернизации и реконструкции железнодорожного земляного полотна на участках Красноярской железной дороги в 2010-2011 гг. при разработке мероприятий по упрочнению грунтов железнодорожных насыпей, ООО «СибТрансСтрой» при разработке мероприятий и проектов производства работ по упрочнению грунтов железнодорожных насыпей инъекциями грунтоцементного раствора на участках Решотской и Уярской дистанций пути Красноярской железной дороги.

Источник:
Востриков К.В. Устойчивость земляного полотна железных дорог, упрочненного инъекциями грунтоцементного раствора, с учетом динамического воздействия поездной нагрузки: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Новосибирск. – 2014 г. – 169 с.

Разработчик: Востриков К.В. (ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет путей сообщения»)