Рассматривается применение композитных материалов в строительстве, что значительно облегчает производственную технологию процесса, резко снижает стоимость и сроки проведения работ. Использование этих материалов ставит их вне конкуренции в условиях Крайнего Севера. В соответствии с планами ОАО «РЖД» в 2004 г. в рамках капитального ремонта пути проводились работы на железной дороге Чум – Лабытнанги. Целью этих работ являлось повышение скорости движения фирменного скорого поезда, соединяющего полуостров Ямал с Москвой. Строительной фирме ООО «Севстройинвест» на данной линии было поручено проведение работ по капитальному ремонту земляного полотна и инженерных сооружений. Сложность задачи заключалась в том, что линия проходит в горных условиях Полярного Урала, при наличии в основании многолетнемерзлых грунтов. Это определило необходимость выполнения работ в короткие сроки полярного лета, при полном отсутствии притрассовых дорог, малых людских ресурсах и жестком ограничении работы с пути, из-за большого объёма ведущихся параллельно работ по ремонту рельсошпальной решетки. Учитывая, что стабильность земляного полотна в выемках и на нулевых местах во многом определяется исправной работой водоотводных сооружений, первостепенной задачей при проведении работ по усилению линии явилось обеспечение гарантированного отвода поверхностных и грунтовых вод. Существующие водоотводные сооружения – канавы, кюветы и деревянные лотки из шпал к моменту выполнения ремонтных работ находились в неудовлетворительном состоянии и требовали полной замены (рис. 1). Планом работ на 2004 г. было предусмотрено сооружение 20 км новых лотков, которые заменили бы вышедшие из строя, либо устраивались в местах, где к настоящему времени канавы и кюветы оказались полностью заплывшими. Учитывая условия проведения работ и то, что в соответствии с нормами конструкция и материал проектируемых новых водоотводов должны обеспечить исправную их работу без капитального ремонта в течение 25 лет и более, а сплошные их очистки предусматриваться не чаще проведения промежуточных ремонтно-путевых работ, большое внимание было уделено выбору типа лотков. Традиционными индустриальными водоотводами являются железобетонные лотки коробчатого типа. Основным недостатком этих лотков является большой вес, требующий для монтажа кранового оборудования и значительного количества технологических «окон» с перерывом движения поездов для проведения работ, так как монтаж выполняется с пути, что приводит к удлинению сроков строительства. Так, например, для устройства 1 км нового железобетонного лотка требуется 5 технологических «окон» для рытья траншеи специализированным экскаваторным комплексом на рельсовом ходу и 20 технологических «окон» для последующего монтажа секций лотка краном. Учитывая, что технологические «окна» предоставляются не каждый день, то общий срок сооружения железобетонных лотков оказался недопустимым. Кроме того, в большинстве мест в основании располагаются многолетнемерзлые грунты, которые при оттаивании под весом железобетонного лотка дают значительные деформации, выводя водоотвод из строя. Наиболее распространенная для северных условий конструкция деревянных лотков из шпал требует, с одной стороны, большого количества рабочей силы для ее сооружения, а с другой стороны, такие лотки являются недолговечными. Они подвергаются гниению и быстрой заработке сечения оттаивающим грунтом в условиях большой трудоемкости их очистки. Для устранения недостатков лотков из традиционных материалов была рассмотрена возможность устройства водоотводных лотков из полимеров, обеспечивающих небольшой вес секций лотка, допускающий их монтаж вручную и практически не оказывающий давления на нижележащие слабые грунты оттаивающего основания. Анализ показал, что технически возможно и экономически целесообразно использовать в этих условиях водоотводные лотки из современных композитных материалов, в частности, стеклопластиков. К достоинствам таких лотков относится малый вес (секция размером в несколько метров может монтироваться вручную), меньшие габаритные размеры, низкая гидравлическая шероховатость, обеспечивающая пропуск воды при меньших размерах лотка и меньшее их заиливание, а также долговечность материала. Лотки из композитных материалов были ранее разработаны в качестве водоотводов для железнодорожного пути совместно сотрудниками Научно-производственного предприятия «Прикладные перспективные технологии» (НПП «АпАТэК») и Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ). Эти лотки были с успехом применены при реконструкции под скоростное движение пассажирских поездов существующей магистрали Санкт-Петербург – Москва. Эксплуатация композитных лотков на этой магистрали в течение 7 лет полностью подтвердила их техническую надежность и эффективность работы. Композитные лотки изготавливаются из стеклоткани, обрабатываемой полиэфирной смолой ПНМ-2, с усилением их поперечными ребрами жесткости, выполняемыми из того же композитного материала. Расстояние между ребрами и размеры ребер жесткости были определены расчетом на прочность с приложением нагрузки по схеме, рекомендуемой при расчете типовых железобетонных лотков. В стенках лотков предусмотрены дренажные отверстия диаметром 2,5 см, располагаемые в два ряда. Для предотвращения выноса частиц грунта из-за стенного пространства отверстия заклеивались стеклосеткой с размером ячейки более 1 мм. Длина секций лотков принималась из условия их монтажа вручную и составила: для лотков высотой 0,5 м – 4 м при весе 48 кг, для лотков высотой 0,75 м – 2,5 м при весе 52 кг и для лотков высотой 1,0 м – 2,0 м при весе 48 кг. Данные композитные лотки, применявшиеся для средней полосы, были взяты за основу при разработке их конструкции для линии Чум – Лабытнанги. Исходя из местных условий полярной тундры, конструкции лотков из композитных материалов должны отвечать следующим требованиям: • обеспечивать пропуск и отвод поверхностных вод от железнодорожного полотна в соответствии с требованиями СТН Ц-01-95; • выдерживать нагрузки, принятые для типовых железобетонных лотков; • обеспечивать гарантийный срок эксплуатации не менее 50 лет при температурных условиях от – 50 до + 30 С° и прямом контакте с водой с рН от 6 до 8 и солнечном воздействии; • иметь возможность механической очистки от грязи в период эксплуатации; • вес секции лотка должен позволять его ручную установку в траншею; • секции лотка должны легко монтироваться в полевых условиях в единый лоток; • иметь антивандальную защиту. Для линии Чум – Лабытнанги основными типоразмерами, исходя из условий пропуска максимального расхода воды, были приняты композитные лотки высотой 0,5 м и 0,75 м, для которых были разработаны модифицированные конструкции с учетом северных условий, позволившие при полном обеспечении надежности снизить их вес и, соответственно, стоимость на 15% относительно ранее использовавшихся лотков. Всего за три месяца строительной фирмой ООО «Севстройинвест» на линии Чум – Лабытнанги в разных условиях было сооружено 20 км композитных лотков (рис. 2). При этом основная технология их сооружения состояла из: - разработки траншей согласно проектной документации с последующей щебеночной подготовкой основания под монтаж лотков; - укладки геотекстиля во избежание заработки дренирующего грунта и отверстий лотков оттаивающим грунтом; - монтажа лотков с последующей обратной засыпкой зоны между стенками лотков и траншеи по проекту гравием или щебнем, фракцией 15–25 мм; - установки крышек лотков. Основываясь на вышеизложенном и анализируя технологию монтажа лотков из композитных материалов, видно, что экономически целесообразно использовать для устройства продольных водоотводов в данном регионе лотки научно-производственного предприятия АпАТэК. Сотрудниками фирмы ООО «Севстройинвест» был проведен сравнительный экономический анализ устройства продольных водоотводов с лотками из композитных и железобетонных материалов. В таблице 1 приведены общие данные и стоимость обоих видов лотков. По данным, приведенным в таблице 1, видно, что для доставки материалов на 1 км водоотвода к месту производства работ, при прочих равных условиях, потребуется 10–11 железнодорожных вагонов грузоподъемностью 60 т для лотков из железобетона и три вагона для лотков из композитных материалов. Учитывая вес железобетонных лотков, возникает необходимость применения кранового оборудования для погрузочно-разгрузочных работ, а также для монтажа на месте устройства водоотводов, связанного с заказом технологических окон (порядка 23), чего не требуется для лотков из композитных материалов. В таблице 2 приведены данные по работе специальной строительной техники. Основываясь на данных таблицы 2, видно, что для устройства водоотвода из железобетонных лотков для работы крана требуется заказ 20–23 технологических «окон». Учитывая, что последние предоставляются не каждый день, общий срок производства работ значительно увеличивается, что не допустимо в условиях короткого заполярного лета. Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что отказ от традиционно применяемых железобетонных изделий при строительстве водоотводов в условиях короткого летнего сезона полностью себя оправдывает.
Е.С. АШПИЗ, доктор техн. наук; А.О. ЕГОРОВ, студент МИИТа; А.Е. УШАКОВ, доктор техн. наук; В.Н. КАЧИН
