Результат интеллектуальной деятельности: Земляное полотно высокоскоростной магистрали

Изобретение относится к строительству, в частности к строительству и реконструкции железных дорог для высокоскоростного железнодорожного транспорта, и может быть использовано при строительстве железных дорог, участки которых с насыпью расположенной на недостаточно прочных грунтах.

Известна конструкция земляного полотна железнодорожного пути, включающая тело земляного полотна, откосы земляного полотна, основную площадку земляного полотна, на откосе которого размещены опорные элементы в виде металлических труб длиной 2,0-2,5 м, при этом в тело земляного полотна заведено не менее 1/3 длины труб, остальные их части свободно располагаются над поверхностью откоса на расстоянии 1,2-1,5 м друг от друга и между ними размещена сетка двойного кручения, обернутая геотекстилем, которая нижним краем упирается в откос земляного полотна, верхний ее край совпадает с верхом металлических труб, пазухи между сеткой и откосом земляного полотна заполнены дренирующим грунтом, верхняя поверхность которого располагается на уровне основной площадки земляного полотна и образует нормативную обочину земляного полотна (RU 2557276, E02D 17/18, 20.07.2015).

Данная конструкция земляного полотна железнодорожного пути позволяет осуществлять его изготовления без применения сложных машин и механизмов. Однако такая конструкция земляного полотна железнодорожного пути не обеспечивает требуемую прочность и устойчивость железнодорожного пути на скоростях до 400 км в час, особенно на участках дорог, где насыпь расположена на недостаточно прочных грунтах.

В качестве прототипа выбрано земляное полотно высокоскоростной магистрали, включающая тело насыпи, размещенное на основании, два защитных слоя, последовательно нанесенных на тело насыпи, а также откосы насыпи, откосы выемки, основание выемки, устройства для отвода поверхностных и грунтовых вод, защитные и укрепительные сооружения («Организация высокоскоростного движения», Санкт-Петербург ПГУПС, 2015, с. 15-16.).

Известное земляное полотно используется для высокоскоростной магистрали, позволяющей обеспечивать движение на скоростях от 200 км в час и выше. Однако на скоростях до 400 км в час оно не обеспечивает в этих условиях, с учетом вибродинамического воздействия поездов, повышенные требования по прочности, устойчивости и деформативности, особенно на участках дорог, где насыпь расположена на недостаточно прочных грунтах. В связи с этим оно не может обеспечить требуемую надежность и долговечность работы безбалластного верхнего строения пути.

Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности работы безбалластного верхнего строения пути, на участках дорог, где насыпь расположена на недостаточно прочных грунтах.

Технический результат достигается тем, что в земляном полотне высокоскоростной магистрали, содержащем размещенное на основании тело насыпи, в верхней части которого расположены два защитных слоя, согласно изобретению в основание земляного полотна установлены буронабивные сваи, расстояние между которыми в 2÷3 раза больше диаметра сваи, первый защитный слой расположенный непосредственно на теле насыпи состоит из щебеночно-песчаной смеси с модулем деформации не менее 80 МПа, а второй защитный слой состоит из щебеночно-гравийно-песчаной смеси с модулем деформации не менее 120 МПа, при этом толщина первого защитного слоя в 5,25÷5,75 раз больше толщины второго защитного слоя, на который уложен слой асфальтобетона.

На чертеже представлено схематичное изображение предлагаемого земляного полотна высокоскоростной магистрали.

Земляное полотно высокоскоростной магистрали содержит размещенное на основании 1 тело 2 насыпи, в верхней части которого расположены два защитных слоя 3 и 4, в основание 1 земляного полотна установлены буронабивные сваи 5, расстояние между которыми в 2÷3 раза больше диаметра сваи 5, первый защитный слой 3 расположенный непосредственно на теле 2 насыпи состоит из щебеночно-песчаной смеси с модулем деформации не менее 80 МПа, а второй защитный слой 4 состоит из щебеночно-гравийно-песчаной смеси с модулем деформации не менее 120 МПа, при этом толщина первого защитного слоя 3 в 5,25÷5,75 раз больше толщины второго защитного слоя 4, на который уложен слой 6 асфальтобетона.

К земляному полотну высокоскоростной магистрали предъявляются повышенные требования по прочности, устойчивости и деформативности, учитывается также вибродинамическое воздействие поездов. Для надежной и долговечной работы безбалластного верхнего строения пути, максимально допустимая осадка земляного полотна не должна превышать 15 мм. Для соблюдения этих требований на земляном полотне, имеющим слабое и недостаточно прочное основание, выполнено укрепление грунта основания путем установки в нем буронабивных свай, диаметр которых, в частности, может составлять 0,6 м и использованы два защитных слоя: верхний защитный слой состоит из щебеночно-песчаной смеси с модулем деформации не менее 80 МПа, а второй защитный слой 4 состоит из щебеночно-гравийно-песчаной смеси с модулем деформации не менее 120 МПа.

Поскольку земляное полотно высокоскоростной магистрали предполагается использовать на участках железной дороги с укрепленным грунтом основания, то толщина второго защитного слоя 4 может быть выбрана минимальной, в частности, 0,4 м, при этом толщина первого защитного слоя 4 должна быть не менее, чем в 5,25 раза больше второго защитного слоя 3, т.е. выбрана не менее 2,1 м.

Для равномерного распределения напряжений от верхнего строения пути на защитные слои и недопущения просачивания воды в тело насыпи, предусмотрен слой 6 асфальтобетона на основной площадке земляного полотна. Толщина этого слоя может достигать 100 мм.

Для тела 2 насыпи используются щебенистые грунты, пески различной крупности или глинистые грунты с добавлением цемента до 5%.

Кабельный канал 7 для линии СЦБ, кабельный канал 8 для линий продольного электроснабжения и системы комплексной безопасности расположены соответственно на основной площадке полотна и у подошвы откоса тела 2 насыпи. Опоры 9 контактной сети и водоотводная канава 10 расположены соответственно на основной площадке полотна и на основании 1.

Экспериментально установлено, что при выбранных соотношениях расстояния между буронабивными сваями и их диаметром, размеров защитных слоев, их составов и величин их модулей деформации и использования слоя асфальтобетона на основной площадке предлагаемое земляное полотно высокоскоростной магистрали обеспечивает необходимые требования по прочности, устойчивости и деформативности. Таким образом, обеспечивается надежная и долговечная работа безбалластного верхнего строения пути, и возможность эксплуатации железнодорожного пути на скоростях до 400 км в час.