Денис Алексеевич Разуваев – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Изыскания, проектирование и постройка железных и автомобильных дорог»
Новосибирск
Denis A. Razuvaev – Candidate of Engineering, Associate Professor, Associate Professor of the Surveying, Designing and Construction of Railways and Highways Department
Novosibirsk
Егор Игоревич Нагаев – преподаватель кафедры «Путь и путевое хозяйство»
Новосибирск
Egor I. Nagaev – Lecturer of the Track and Track Facilities Department
Novosibirsk
В работе обосновывается применение коэффициента теплообмена охлаждающих устройств в качестве основного критерия проектирования систем термостабилизации основания земляного полотна транспортных сооружений в криолитозоне.
Для оценки влияния коэффициента теплообмена охлаждающих устройств на термостабилизацию основания земляного полотна выполнено численное моделирование эксплуатируемого в Арктической зоне участка железнодорожной насыпи на перегоне Чум – Лабытнанги. Для составления и последующей верификации численной модели эксплуатируемой железнодорожной насыпи собраны необходимые инженерно-геологические и теплотехнические данные и проведен мониторинг температурного режима системы «насыпь – основание» в годовом цикле. На составленной и верифицированной модели проведено исследование влияния коэффициента теплообмена охлаждающих устройств на термостабилизацию основания рассмотренной насыпи. По результатам численного моделирования определены зависимости времени термостабилизации основания от коэффициента теплообмена при многолетней термостабилизации и за один холодный период года.
На основании выполненных исследований сформулирован принцип проектирования охлаждающих устройств для термостабилизации оснований эксплуатируемых насыпей в криолитозоне, который позволяет определить требуемый коэффициент теплообмена, обеспечивающий проектные сроки термостабилизации и снижение величины морозного пучения транспортных сооружений до предельно допустимых значений.
По результатам проведенных исследований отмечено, что в некоторых случаях могут потребоваться решения по термостабилизации, обеспечивающие коэффициент теплообмена, превышающий возможности существующих сезонно действующих охлаждающих устройств. В таких случаях актуальны исследования, направленные на разработку и эффективное применение решений, основанных на ускоренных или комбинированных способах термостабилизации, способных обеспечить более высокие итоговые значения коэффициента теплообмена между основанием земляного полотна и атмосферой.
The paper substantiates the use of the heat transfer coefficient of cooling devices as the main criterion for designing thermal stabilization systems for the foundation of the roadbed of transport structures in the cryolithic zone.
To assess the influence of the heat transfer coefficient of cooling devices on the thermal stabilization of the roadbed base, numerical modeling was performed for a section of the railway embankment on the Chum-Labytnangi section operated in the Arctic zone. To compile and subsequently verify a numerical model of the railway embankment in operation, the necessary engineering-geological and thermal engineering data were collected and the temperature regime of the “embankment – foundation” system was monitored in an annual cycle. The compiled and verified model was used to study the influence of the heat exchange coefficient of cooling devices on the thermal stabilization of the base of the embankment under consideration. Based on the results of numerical modeling, the dependences of the time of thermal stabilization of the foundation on the heat transfer coefficient during long-term thermal stabilization and for one cold period of the year were determined.
Based on the completed research, a design principle for cooling devices for thermal stabilization of the foundations of exploited embankments in the cryolithic zone was formulated. The principle allows one to determine the required heat exchange coefficient, ensuring the design timeframe for thermal stabilization and reducing the amount of frost heaving of transport structures to the maximum permissible values.
Based on the results of the conducted research, it was noted that in some cases thermal stabilization solutions may be required that provide a heat transfer coefficient exceeding the capabilities of existing seasonally operating cooling devices. In such cases, research is relevant aimed at developing and effectively implementing solutions based on accelerated or combined thermal stabilization methods, capable of providing higher final values of the heat exchange coefficient between the subgrade and the atmosphere.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.