НАСЫПЬ ПОД ЖЕЛЕЗНУЮ ДОРОГУ НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ Российский патент 2024 года по МПК E02D17/18 

Изобретение относится к области строительства инженерных сооружений в криолитозоне, а именно к сооружению насыпей для железных дорог.

Известна насыпь под железную дорогу на вечной мерзлоте, содержащая в поперечном сечении основной массив в виде насыпи под однопутную железную дорогу, включающий основную площадку насыпи и расположенные по ее краям и направленные вниз и во внешние стороны откосы (Г.М. Шахунянц. Земляное полотно железных дорог. Гос. транспортное железнодорожное строительство. М. 1953. Стр. 11). Недостаток насыпи заключается в том, что на ней нет возможности разместить второй железнодорожный путь.

Известна насыпь под железную дорогу на вечной мерзлоте, содержащая в поперечном сечении основной массив в виде насыпи под однопутную железную дорогу, включающий основную площадку насыпи и расположенные по ее краям и направленные вниз и во внешние стороны откосы, и дополнительный массив, обеспечивающий в сочетании с основным массивом расположение второго пути (там же). Дополнительный массив расположен сбоку основного массива и примыкает к нему, при этом основная площадка насыпи удлиняется на величину, при которой возможно устройство второго пути. Другими словами, для устройства второго пути массив (основной массив) уширяется.

Недостатки данного технического решения, например, при реконструкции однопутной железной дороги в двухпутную, заключаются в том, что:

1) устройство дополнительного массива требует большого объема земляных работ;

2) требуется удлинение водопропускных труб, которых зачастую имеется большое количество, особенно в горных районах;

3) резко нарушается установившийся температурный режим грунтов тела и основания насыпи. Особенно болезненно это отражается на водопропускных трубах: существующая и удлиняемая часть трубы расположены в разных мерзлотно-грунтовых условиях, в результате чего для компенсации возможных строительных деформаций указанных частей требуются дополнительные дорогостоящие мероприятия по охлаждению грунтов.

Целью предлагаемого изобретения является сокращение объема земляных работ, ликвидация необходимости удлинения водопропускных труб и предотвращение ухудшения мерзлотно-грунтового состояния при реконструкции железной дороги из однопутной в двухпутную.

Поставленная цель достигается тем, что насыпь под железную дорогу на вечной мерзлоте содержит в поперечном сечении основной массив грунта в виде насыпи под однопутную железную дорогу, включающий основную площадку и расположенные по ее краям и направленные вниз и во внешние стороны откосы, и дополнительный массив, обеспечивающий сочетание с основным массивом расположения второго пути. Дополнительный массив имеет в поперечном сечении форму прямоугольника с высотой не менее «h», верхнее основание которого длиной «B» совпадает с основной площадкой насыпи, а нижнее основание длиной «B» расположено в теле насыпи, при этом вертикальная ось прямоугольника совпадает с вертикальной осью насыпи, причем поверхность прямоугольника частично замещает поверхность основного массива грунта, а частично выступает за пределы откосов насыпи с величиной выступа в уровне верхнего основания величиной «l», а в уровне нижнего основания величина выступа равна нулю, при этом боковые поверхности прямоугольника ограничены жесткими стенками, стянутыми между собой стяжками, причем

где B - требуемая ширина основной площадки для обеспечения двухпутного железнодорожного пути, м;

d - то же, для однопутного железнодорожного пути, м;

(1: i) - уклон откоса насыпи, б/р.

Боковые стенки могут быть выполнены из габионов и могут быть расположены в пределах пространства «B».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг. 1 представлено поперечное сечение насыпи под железную дорогу на вечной мерзлоте, предлагаемый вариант;

на фиг. 2 представлено поперечное сечение насыпи под железную дорогу на вечной мерзлоте, аналог;

на фиг. 3 представлено поперечное сечение насыпи под железную дорогу на вечной мерзлоте, прототип.

Насыпь под железную дорогу на вечной мерзлоте содержит основной грунтовый массив 1, дополнительный грунтовый массив 2. Основной грунтовый массив 1 расположен на естественной поверхности грунтов основания 3 и имеет форму трапеции с боковыми откосами 4 с уклоном 1: i, верхним малым основанием 5 шириной d, нижним (большим) основанием 6 шириной С. Дополнительный массив 2 состоит из грунта, совмещен с основным массивом, ограничен боковыми стенками 7 высотой h, в поперечном сечении имеет вид прямоугольника шириной В и высотой h. Верхнее основание дополнительного грунтового массива совмещено с верхним основанием 5 основного массива, причем центры этих оснований совпадают. Боковые стороны прямоугольника ограничены боковыми стенками 7. Верхний уровень боковых стенок 7 расположен на уровне основной площадки насыпи 5. Противоположные боковые стенки 7 соединены не менее чем двумя ярусами стяжек 8 и 9.

Существо изобретения не меняется, если насыпь расположена на поперечном уклоне, содержит в нижней или средней частях какие-либо дополнения (например, бермы). Существенно то, что основной грунтовый массив 1 содержит основную площадку 5 и откосы 4, расположенные по краям площадки 5 и направленные вниз и во внешние стороны. Боковые стенки 7 могут быть плоскими и пространственными, например, из габионов. В этом случае габионы могут быть расположены в пределах пространства «B».

Поверхность прямоугольника дополнительного массива частично замещает поверхность основного массива грунта, а частично выступает за пределы откосов насыпи с величиной выступа в уровне верхнего основания величиной «l», а в уровне нижнего основания величина выступа равна нулю.

Конструкция предлагаемого технического решения может быть лучше представлена, если вначале рассмотреть аналог (фиг. 2) и прототип (фиг. 3).

Если рассмотрим частный случай - реконструкцию однопутной железной дороги в двухпутную, то мы должны аналог (фиг. 2) превратить в прототип (фиг. 3), то есть присоединить к телу существующей насыпи дополнительный массив 10. Тогда возникают три проблемы: необходимость большого объема грунта, решения вопроса о схеме пропуска через массив 10 водопропускных труб и нарушение установившегося температурного режима грунтов тела и основания насыпи: после отсыпки талого массива 10 верхняя граница мерзлоты 11, установившаяся в процессе эксплуатации однопутной железной дороги (фиг. 2), резко идет вниз в положении 12 (фиг. 3),что может вызвать дополнительные деформации.

Таким образом, техническое противоречие заключается в том, что расположение дополнительного массива 10 сбоку однопутной железной дороги неизбежно приводит к трем указанным выше недостаткам.

Выход из технического противоречия - устройство дополнительного массива 10 не сбоку, а сверху в виде прямоугольника 2.

В этом случае положение верхней границы 11 мерзлоты, по крайней мере, не ухудшится, а, наоборот, будет создана дополнительная зона 13 мерзлоты с более низкой температурой за счет увеличения зоны охлаждения вертикальными поверхностями стенок 7.

Что касается объема грунта, то при насыпи высотой 6 м объем массива 10 при (B-d)=4.0 м, V₁=24 м³/п.м или 24.000 м³/км. В предлагаемом техническом решении

При уклоне откоса 1:2 и l=2 м, h=2/2=1 м, а объем дополнительного грунта равен V₂=(l⋅h/2)⋅2=2 м², т.е. в 12 раз меньше, чем V₁.

Что касается водопропускных труб, то при предлагаемом техническом решении их удлинение исключено.

В случае проектирования новой железной дороги можно в поперечном сечении насыпи высоту стенок увеличить вниз для увеличения охлаждающей вертикальной поверхности. В этом случае формула для «h» приобретает вид: h≥l/i.

Предлагаемое техническое решение работает следующим образом.

Нагрузка от подвижного состава через рельсо-шпальную решетку и балластный слой передается на дополнительный массив 2. Возникающие горизонтальные силы передаются на стенку 7 и воспринимаются стяжками 8 и 9. Вертикальные силы передаются на нижележащие части насыпи. При сооружении дополнительного массива никаких тепловых импульсов на грунты основания не передается, поэтому существующий температурный режим не нарушается. Однако увеличение поверхности основной площадки со значения «d» до «B» значения способствует увеличению охлаждения, так как основная площадка расчищается от снега и является охлаждающей зоной. Кроме того, вертикальная поверхность стенки также не заносится снегом и является охлаждающей. Все это приводит к понижению температуры грунтов оснований и формированию зоны 13 с пониженной температурой. Это, в свою очередь, увеличивает прочность грунтов оснований и компенсирует увеличение удельного давления на грунт.

Предлагаемое техническое решение сооружается следующим образом.

Если имеет место реконструкция однопутной железной дороги в двухпутную, то верхняя часть насыпи на высоту «h» частично или полностью разбирается, монтируются стенки 7, стяжки 8 и 9, производятся обратная засыпка и уплотнение грунта, при этом добавляется объем грунта

Если имеет место новое строительство двухпутной железной дороги по предлагаемой схеме, то основной 1 и дополнительный 2 массивы сооружаются сразу.

По существу, данное техническое решение применимо и для регионов вне зоны вечной мерзлоты, а также при уширении автодорог.

Предлагаемое изобретение имеет следующие существенные признаки.

Первый существенный признак:

насыпь содержит в поперечном сечении основной массив грунта в виде насыпи под однопутную железную дорогу, включающий основную площадку и расположенные по ее краям и направленные вниз и во внешние стороны откосы, и дополнительный массив, обеспечивающий сочетание с основным массивом расположение второго пути.

Второй существенный признак:

дополнительный массив имеет в поперечном сечении форму прямоугольника с высотой не менее «h», верхнее основание которого длиной «B» совпадает с основной площадкой насыпи, а нижнее основание длиной «B» расположено в теле насыпи, при этом вертикальная ось прямоугольника совпадает с вертикальной осью насыпи, причем поверхность прямоугольника частично замещает поверхность основного массива грунта, а частично выступает за пределы откосов насыпи с величиной выступа в уровне верхнего основания величиной «l», а в уровне нижнего основания величина выступа равна нулю, при этом боковые поверхности прямоугольника ограничены жесткими стенками, стянутыми между собой стяжками, причем

где B - требуемая ширина основной площадки для обеспечения двухпутного железнодорожного пути, м;

d - то же, для однопутного железнодорожного пути, м;

(1: i) - уклон откоса насыпи, б/р.

Оба признака являются взаимосвязанными, необходимыми и достаточными для достижения заявленного результата. Оба признака включены в основной пункт Формулы.

Кроме этого имеются еще два признака, включенные в дополнительные пункты Формулы.

Третий существенный признак:

боковые стенки дополнительного массива выполнены из габионов.

Четвертый существенный признак:

боковые стенки дополнительного массива расположены в пределах пространства «B».

Эффективность предлагаемого изобретения заключается в сокращении объема земляных работ, ликвидации необходимости удлинения водопропускных труб и предотвращении ухудшения мерзлотно-грунтового состояния при реконструкции железной дороги из однопутной в двухпутную.

Изобретение относится к области строительства инженерных сооружений в криолитозоне, а именно к сооружению насыпей для железных дорог. Насыпь под железную дорогу на вечной мерзлоте содержит в поперечном сечении основной массив грунта в виде насыпи под однопутную железную дорогу, включающий основную площадку и расположенные по ее краям и направленные вниз и во внешние стороны откосы, и дополнительный массив, обеспечивающий сочетание с основным массивом расположения второго пути. Дополнительный массив имеет в поперечном сечении форму прямоугольника с высотой не менее «h», верхнее основание которого длиной «B» совпадает с основной площадкой насыпи, а нижнее основание длиной «B» расположено в теле насыпи. Вертикальная ось прямоугольника совпадает с вертикальной осью насыпи, причем поверхность прямоугольника частично замещает поверхность основного массива грунта, а частично выступает за пределы откосов насыпи с величиной выступа в уровне верхнего основания величиной «l», а в уровне нижнего основания величина выступа равна нулю. Боковые поверхности прямоугольника ограничены жесткими боковыми стенками, стянутыми между собой стяжками, причем где B - требуемая ширина основной площадки для обеспечения двухпутного железнодорожного пути, м; d - то же, для однопутного железнодорожного пути, м; (l:i) - уклон откоса насыпи, б/р. Технический результат состоит в сокращении объема земляных работ для уширения земляного полотна, ликвидации необходимости удлинения водопропускных труб и предотвращении ухудшения мерзлотно-грунтового состояния при реконструкции железной дороги из однопутной в двухпутную. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Насыпь под железную дорогу на вечной мерзлоте, содержащая в поперечном сечении основной массив грунта в виде насыпи под однопутную железную дорогу, включающий основную площадку и расположенные по ее краям и направленные вниз и во внешние стороны откосы, и дополнительный массив, обеспечивающий сочетание с основным массивом расположения второго пути, отличающаяся тем, что дополнительный массив имеет в поперечном сечении форму прямоугольника с высотой не менее «h», верхнее основание которого длиной «B» совпадает с основной площадкой насыпи, а нижнее основание длиной «B» расположено в теле насыпи, при этом вертикальная ось прямоугольника совпадает с вертикальной осью насыпи, причем поверхность прямоугольника частично замещает поверхность основного массива грунта, а частично выступает за пределы откосов насыпи с величиной выступа в уровне верхнего основания величиной «l», а в уровне нижнего основания величина выступа равна нулю, при этом боковые поверхности прямоугольника ограничены жесткими боковыми стенками, стянутыми между собой стяжками, причем

где B - требуемая ширина основной площадки для обеспечения двухпутного железнодорожного пути, м;

d - то же, для однопутного железнодорожного пути, м;

(l: i) - уклон откоса насыпи, б/р.

2. Насыпь под железную дорогу на вечной мерзлоте по п. 1, отличающаяся тем, что боковые стенки выполнены из габионов.

3. Насыпь под железную дорогу на вечной мерзлоте по п. 1, отличающаяся тем, что боковые стенки расположены в пределах пространства «B».