Сооружение и поддержание состояния снеголедовых дорог в условиях Крайнего Севера в течение всего срока их эксплуатации имеют стратегическое значение для месторождений нефти и газа.
В период эксплуатации снеголедовых дорог необходимо реализовать следующие показатели: массу и габариты транспортных средств, скорость и интенсивность движения, обеспечение безопасности и непрерывности движения. Изменения указанных показателей оказывают влияние на техническое состояние транспортных средств [1].
В результате анализа данных Гидрометеоцентра России выявлено, что по Тюменской области число дней с метелью в год – 130, объем снегопереноса на 1 метр дороги – 1000 м3, высота снежного покрова 30–50 см. Это указывает на возможность строительства снеголедовых дорог.
Основной расход идет на строительство снеголедовых дорог. Этот вопрос актуален для всех стран с природными зонами: тайги, тундры, арктической пустыни. Это такие страны, как: Россия, США, Канада, Дания, Норвегия, Финдляндия.
В зависимости от ландшафта (болотистая местность, горная) наличие растительности и естественных и искусственных водоемов приводит к усложнению строительства снеголедовых дорог и приводит к повышению трудоемкости работ. В соответствии с изложенным поставлена цель: повышение эффективности машин для строительства снеголедовых дорог в сложных условиях Крайнего Севера [2].
Для строительства снеголедовых дорог используются серийные машины или специализированные машины, выполняющие одновременно (по совмещению технологии) увлажнение и перемешивание, уплотнение и рифление дорожного полотна. Выбор метода производится в зависимоти от технологии и оснащенности предприятия, осуществляющего строительство дороги. Очевидно, что трудоемкость выполнения работы специальными комплектами машин эффективнее, чем комплексом серийных машин [3].
Качество строительства снеголедовых дорог зависит от используемых машин и рабочих органов, основными из которых являются вездеходы, плужные, шнекороторные и фрезерные снегоочистители, автогрейдеры, машины и оборудование для увлажнения, разравнивания и уплотнения снега, снегогладилки, снегоперемешиватели, пневмокатки, виброуплотнители, автомобили-водовозы. Такое количество машин обосновано спецификой выполняемых работ [4].
К основным показателям качества строительства дорог относятся:
– ширина дороги;
– толщина уплотненного слоя снега на дороге;
– сроки окончания работ.
Для изменения этих показателей должны использоваться специальные машины. Основные схемы сооружения снеголедовых дорог представленны ниже (рис. 1, 2).
Рис. 1. Технология возведения снеголедовой дороги серийными машинами
Рис. 2. Технологии возведения снеголедовой дороги серийными машинами
Способ послойного наращивания дорожного полотна включает проминку и промораживание основания дороги (I) (рис. 1), разравнивание снега (II) с последующим наращиванием на его поверхности снеголедового полотна толщиной, достаточной для того, чтобы уровень проезжей части дороги был выше поверхности окружающего снежного покрова (III). Это предотвращает заметание дорожного полотна во время очень частных зимних поземок. Сначала по обе стороны дороги вдоль оси её проезжей части подготавливаются снегосборные полосы, как место сбора строительной снежной массы, затем производится наброска снега в полотно дороги при одновременном его увлажнении (IV) с уплотнением (V) и выравниванием (VI) полотна [5].
Механизация комплекса позволяет реализовать следующие операции: (I) – расчистка трассы от кустарников, леса; (II) – проминка сырых участков и неглубоких болот вдоль дорожной и снегосборных полос с помощью вездеходных машин с низким удельным давлением ходовых систем; (III) – промораживание дорожного основания с удалением выпадающего снега в накопительные валы на снегосборных полосах с помощью плужных снегоочистителей и бульдозеров или прокалывание грунта с помощбю машины для формирования лунок в грунте с целью ускорения процесса промораживания основания; (IV) – послойное наращивание полотна дороги снегом со снегосборочных полос до отметки, превышающей отметку окружающего снежного покрова; (V) – увлажнение (с применением поливочных машин или с применением разработанных термоувлажняющих машин и агрегатов) и профилирование накопленного снега по основанию дорожного полотна; (VI) – послойное уплотнение снега прицепными пневмокатками или гладилками с предварительным рыхлением и перемешиванием уплотняемого слоя с помощью ребристых катков; (VII) – формирование снеголедяного покрытия, нанесение на покрытие насечки противоскольжения; (VIII) – наращивание или восстановление дорожного полотна при необходимости, устройство дорожной обстановки [5].
Операции в технологической схеме могут различаться в зависимости от района строительства.
Анализ схем возведения снеголедовых дорог показал, что при действующих методах возведения дорог происходят большие трудозатраты. Необходимо, чтобы строительство проводилось с помощью специальных машин для упрощения технологии и увеличения экономической эффективности.
Для решения данного вопроса необходимо создать новую или модернизировать существующую машину или навесное оборудование для уплотнения снега. Рассмотрим существующие патенты.
Патент RU 2373326 Е01Н4/00. Авторы: Мерданов Шахбуба Магомедкеримович, Закирзаков Годиль Газизъянович, Шитый Василий Петрович, Анфилофьев Антон Сергеевич. Заявитель: государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет». Устройство для уплотнения снега. Устройство относится к машинам для уплотнения снежной массы при поточном строительстве снеголедовых дорог в северных районах. Рабочий орган выполнен в виде двух секций. Секции соединены шарнирно. Шарнир дает возможность поднятия второй секции относительно уплотняемой поверхности. На первой секции установлены два гидроцилиндра, которые обеспечивают поднятие второй секции. Достигается повышение качества уплотнения снеголедяного покрытия, а вибрационное воздействие позволяет сократить время на достижение необходимой плотности снега
Патент RU 2156845 E01H/00. Авторы: Котельников В.В., Карнаухов Н.Н., Мерданов Ш.М., Иванов А.А., Закирзаков Г.Г. Заявитель: государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет». Устройство для уплотнения снега. Устройство относится к машинам для уплотнения снежной массы при поточном строительстве снеголедовых дорог в северных районах. Устройство содержит две секции в виде рам и закрепленные на них лыжи. Секции соединены шарнирно. Шарнир дает возможность независимого перемещения секций относительно друг друга в вертикальной плоскости. Длина лыжи второй секции и ее вес больше, чем у лыжи первой секции. На раме 2-й секции установлены два стабилизатора для удерживания волокуши на полотне формируемой дороги. Технический результат – повышение интенсивности и качества процесса уплотнения снеголедяного покрытия дорожного полотна за счет изменения усилий воздействия уплотняющего органа первой и второй секций на уплотняемую поверхность по величине удельного давления и продолжительности воздействия [6].
Патент RU 59671U8 E04H4/00. Автор: Устюгов Дмитрий Николаевич. Заявитель: Устюгов Дмитрий Николаевич. Установка для строительства снежноуплотненных дорог и взлетно-посадочных полос. Предложена установка, содержащая установленный между передней и задней опорами, по меньшей мере, один тепловой модуль, в виде открытой снизу коробки с установленными на ней источниками тепла, а также устройство для статического и динамического уплотнения увлажненного снега. В отличие от известных установок, предложенная дополнительно содержит устройство для предварительного перед прогревом уплотнения сухой снежной массы и проделывания в ней борозд глубиной 0,01...0,2 метра, например, с помощью свободно вращающихся дисков. Установка содержит средства для регулирования степени уплотнения сухого снега и параметров борозд, например их глубины и ширины. Для повышения однородности свойств дорожного покрытия по ширине предложено устанавливать рабочие органы устройств для проделывания борозд с переменным шагом, а также оснащать установку устройствами для дополнительного повторного уплотнения и проделывания борозд в увлажненном снегу, по меньшей мере, перед одним из тепловых модулей. Установка более экономична из-за повышения КПД прогрева благодаря улучшению условий удаления воды с поверхности снега и снижению теплопотерь на испарение снега с поверхности. Установка предназначена для использования при прокладке дорог по неподготовленным трассам, то есть трассам, где не вырубается кустарник и не удаляется моховой покров. Его применение снижает до минимума повреждения и загрязнение топливом растительного покрова [7].
Патент RU 2547766 C1 E01H4/00. Авторы: Шаруха Александр Викторович, Шитый Василий Петрович, Спиричев Михаил Юрьевич. Заявитель: государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет». Устройство для увлажнения снега. Изобретение относится к области строительства и эксплуатации дорог и аэродромов, подготавливаемых методом уплотнения снега. Устройство содержит базовую машину, ходовое оборудование которой представляет собой два соосных шнека противоположного вращения. Шнеки состоят из полых цилиндров, на которые навито клиновидное резьбовое ребро. На поверхности шнеков выполнены отверстия, через которые осуществляется подача пара для увлажнения снега. Обеспечивается увлажнение снега с одновременным перемешиванием ходовым оборудованием при движении по снежному полотну.
Патент RU 2459031 C2 E01H4/00. Авторы: Поляков Сергей Петрович, Харитонов Виктор Витальевич. Заявитель: государственное учреждение «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт». Устройство для уплотнения снега. Изобретение относится к строительной технике и может быть использовано для уплотнения снега. Устройство включает платформу с грузом, на днище платформы посередине вдоль направления ее перемещения располагается полоз. Полоз представляет собой клин шириной в несколько раз меньшей, чем ширина платформы, длиной, совпадающей с длиной платформы, и высотой, линейно возрастающей от нуля на переднем конце платформы до некоторого значения на заднем конце платформы. Обеспечивается создание снежной поверхности повышенной прочности на большой площади и возможность буксирования устройства по рыхлому снегу за пределами уплотняемой площадки [9].
Патент RU 2010132020 А E01H4/00. Авторы: Поляков Сергей Петрович, Харитонов Виктор Витальевич. Заявитель: государственное учреждение «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт». Устройство для уплотнения снега. Устройство для уплотнения снега, включающее платформу с балластным грузом, отличающееся тем, что на днище платформы посередине вдоль направления ее перемещения установлен полоз, представляющий собой клин шириной в несколько раз меньшей, чем ширина платформы, длиной, совпадающей с длиной платформы, и высотой, линейно возрастающей от нуля на переднем конце платформы до некоторого значения, определяемого средней скоростью тягача, на заднем конце платформы [10].
С целью соблюдения ВСН 137-89 «Проектирование, строительство и содержание зимних автомобильных дорог в условиях Сибири и Северо-Востока России», плотность снега должна составлять от 50 до 55 г/см3. Такой плотности можно добиться только с помощью применения вибрационного воздействия.
Для этого необходимо начать производить машины для виброуплотнения снега с целью строительства снеголедовых дорог на территории Российской Федерации.
Библиографическая ссылка
Мерданов Ш.М., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА СНЕГОЛЕДОВЫХ ДОРОГ ПРИ ПОМОЩИ ВИБРАЦИОННЫХ МАШИН // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 2-2. – С. 281-285;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39923 (дата обращения: 18.04.2024).