Е.С. АШПИЗ
МОНИТОРИНГ
ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
МОСКВА 2002
УДК 625.172: 625.12: 624,143
Рецензенты:
Заместитель руководителя Департамента пути и сооружений МПС РФ,
кандидат технических наук А.В. Бушин
Заведующий кафедрой "Гидравлика и водоснабжение” МИИТа,
профессор, доктор технических наук Ю.В. Писарев
Ашпиз ЕХ.	*
Мониторинг земляного полотна при эксплуатации железных до-
рог. — М.: Путь-пресс, 2002. — 112 с.
ISBN 5-88332436-3/7
Приведены теоретические основы и практические методы мониторинга
земляного полотна при эксплуатации железных дорог.
Для научных и инженерно-технических работников.
ISBN 5-88332436-3/7
© Ашпиз Е.С.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.......................................................5
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА СЕТИ ЖЕ-
ЛЕЗНЫХ ДОРОГ.............................................7
1.1,	Классификация типов дефектов и деформаций ...........7
1.2.	Классификации деформирующихся объектов...............8
1.3,	Изменение во времени дефектов и деформаций земляно-
го полотна на сети дорог......................... 10
1,4.	Распределение дефектов и деформаций по видам и до-
рогам, их ранжирование по степени опасности.......14
ГЛАВА 2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОТЕРЬ ИЗ-ЗА
ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА............................18
2.1.	Структура потерь из-за деформаций земляного полотна.18
2.2.	Потери на текущем содержании и ремонтах пути.
Цена постеленного отказа земляного полотна........18
2.3.	Потери из-за ограничения скоростей по состоянию зем-
ляного полотна. Цена частичного отказа земляного по-
лотна ............................................22
2,4.	Потери из-за перерывов в движении поездов и его вос-
становления при внезапных деформациях. Цена полного
отказа............................................23
ГЛАВА 3, СИСТЕМА СОДЕРЖАНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА.................24
3.1,	Структура системы содержания земляного полотна......24
3.2.	Надзор и наблюдение за состоянием земляного полотна.26
3.3.	Система капитальных ремонтов и усиления земляного по-
лотна ............................................30
ГЛАВА 4. ДИАГНОСТИКА ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО ЗЕМЛЯНОГО
ПОЛОТНА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ..................................34
4.1. Понятие технической диагностики применительно к зем-
ляному полотну.................................34
4.2, Современные диагностические средства................35
ГЛАВА 5. МОНИТОРИНГ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ.....................43
5.1.	Основные понятия литомониторинга....................43
5.2.	Мониторинг при проектировании земляного полотна.....45
5.3.	Геокриологический мониторинг земляного полотна......46
ГЛАВА 6. ОСНОВЫ МОНИТОРИНГА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ.............................49
6.1* Определение понятий геотехнической системы ‘'земляное
полотно” и мониторинга его состояния...............49
6,2. Структурные схемы мониторинга земляного полотна и
его основные функции...............................54
ГЛАВА 7* ВЫБОР ОБЪЕКТОВ МОНИТОРИНГА И РАНЖИРОВА-
НИЕ ИХ ПО СТЕПЕНИ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ОПАСНОСТИ....................60
7.1* Определение потенциально опасных объектов..........60
7*2* Определение показателей надежности земляного полотна
отдельных объектов и направлений..................64
7.2.1* Определение количества статистических испытаний. 69
7*2*2. Проверка статистической однородности групп объектов
земляного полотна...................................... 70
ГЛАВА 8* МЕТОДЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ПРИ
МОНИТОРИНГЕ..................................................74
8*1. Общие требования к выбору методов инструментального
контроля при мониторинге..........................74
8*2. Анализ методов инструментального контроля при мони-
торинге ..........................................74
8.3. Методика оценки состояния земляного полотна на осно-
ве показателей путеизмерительных вагонов..........76
8*3.1. Сфера применения по видам деформаций земляного полотна. 76
8*3.2. Выбор параметров геометрии рельсовой колеи для мони-
торинга земляного полотна............................. 78
8*3*3* Выбор критериев по просадкам рельсовой колеи для мо-
ниторинга земляного полотна...................... 81
8*4. Экспериментальное определение параметров для оценки
состояния земляного полотна на основе просадок, зафи-
ксированных путеизмерительным вагоном..............89
8*4*1* Экспериментальное определение параметров просадок,
характерных при нестабильности высоких насыпей......... 89
8*4*2. Экспериментальное определение параметров просадок,
характерных при нестабильности оползневых косогоров.91
8*4*3. Экспериментальное определение параметров просадок,
характерных при	нестабильности основной	площадки.. 93
8.4.4* Экспериментальное определение параметров просадок,
характерных при	деформациях	мерзлоты	в	основании . 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................106
ЛИТЕРАТУРА...................................................107
ВВЕДЕНИЕ
В связи с намечаемой реструктуризацией Министерства путей сообще-
ния и необходимостью повышения эффективности работы железнодорож-
ного транспорта и в первую очередь снижения себестоимости перевозок,
потребовалось проведение реформирования организационной структуры
путевого хозяйства с уменьшением количества работников и значительным
повышением производительности труда. Концепция реформирования была
рассмотрена и принята к исполнению на расширенном заседании Колле-
гии МПС Российской Федерации № 3 от 14.03.2001 г., где было утверж-
дено новое "Положение о системе ведения путевого хозяйства на желез-
ных дорогах Российской Федерации" [1].
Одним из резервов снижения затрат в путевом хозяйстве является лик-
видация дефектных и деформирующихся мест земляного полотна, протя-
жение которых в настоящее время остается большим. По отчетным дан-
ным железных дорог на 01.01.2001 г. их протяжение составляет 8195,3
км или 9,5% от эксплуатационной длины сети.
Приведение к нормам земляного полотна становится особенно актуаль-
ным ещё и в связи с намечающимся в 2001—2010 г. ежегодным ростом
грузооборота на 2,5 — 4,5% и повышением осевых нагрузок. Другим стра-
тегическим направлением интенсификации работы железнодорожного транс-
порта является увеличение скоростей движения поездов на главных на-
правлениях и в том числе введение скоростного пассажирского движения.
Эти обстоятельства предъявляют повышенные требования к надежности
пути и его земляного полотна на таких направлениях, что вызывает необ-
ходимость усиления их конструкции.
В современных изменившихся эксплуатационных и экономических ус-
ловиях функционирования железных дорог система повышения надежнос-
ти земляного полотна должна быть основана на принципе разумной доста-
точности с выделением наиболее опасных объектов, требующих усиления,
и дифференцирования их в зависимости от категории линии и предусмот-
ренных эксплуатационных параметров движения.
Этот принцип может быть воплощен в практику только при наличии
эффективного мониторинга земляного полотна, который в настоящее вре-
------------------------------- 5-------------------------------
мя ещё не сформирован в практике содержания земляного полотна как
единая система от методов наблюдения до методов управления его надеж-
ностью. Именно такая система может являться основой для разработки
рациональных перспективных планов стабилизации и усиления земляного
полотна, позволяющих снизить себестоимость перевозок в части путевого
хозяйства.
Задача разработки и реализация концепции технической диагностики,
мониторинга, планирования и управления путевым хозяйством на основе
информационных технологий названа в Постановлении Коллегии [1] в
числе одного из приоритетных направлений научных исследований.
В связи с этим настоящая работа посвящена изложению теоретических
основ мониторинга земляного полотна при эксплуатации железных дорог,
которые могут явиться базой для планирования его стабилизации и усиле-
ния с учетом снижения затрат в путевом хозяйстве, внедрения ресурсосбе-
регающих технологий и дифференциации сети на главные и малодеятель-
ные участки.
В первой части монографии (главы 1—4) изложено современное со-
стояние земляного полотна на сети дорог, дана оценка распространению
деформаций и потерь, вызываемых ими, а также проанализирована суще-
ствующая система содержания земляного полотна, включая применяющие-
ся методы диагностики. Вторая часть (главы 5—7) посвящена теоретичес-
ким основам мониторинга земляного полотна при эксплуатации железных
дорог, а также включает выбор методов наблюдения при мониторинге и
содержит практические приёмы по использованию показаний путеизмери-
тельных вагонов для оценки состояния земляного полотна.
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ЗЕМЛЯНОГО
ПОЛОТНА НА СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ АОРОГ
1.1.	Классификация типов дефектов и деформаций
Земляное полотно железных дорог, в отличие от верхнего строения
железнодорожного пути, является долговременным сооружением, ко-
торое не подлежит замене в течение всего срока эксплуатации дороги
и только в случае необходимости может быть усилено или капитально
отремонтировано. Вместе с тем под влиянием многочисленных внешних
переменных во времени как природных, так и техногенных факторов в
нем с момента сооружения происходят изменения, которые могут при-
водить к возникновению различных деформаций и дефектов.
Разнообразие инженерно-геологических и климатических условий
нашей страны, наличие значительных территорий, где развиты природ-
ные неблагоприятные экзогенные геологические процессы и явления
(ЭГПЯ), привело к возникновению широкого спектра деформаций и
дефектов земляного полотна.
Одним из первых условий эффективной борьбы с появлением де-
формаций и развитием их неблагоприятных последствий является не-
обходимость установления причин и классификация деформаций по
типам. В настоящее время на железных дорогах России применяется
две классификации деформаций и дефектов земляного полотна: клас-
сификация, вошедшая в “Инструкцию по содержанию земляного по-
лотна железнодорожного пути” ЦП-544 [2] (далее Инструкция), и ук-
рупненная классификация для учетных паспортных форм (АГУ-14).
В Инструкции выделено 59 типов деформаций и дефектов, которые
разбиты на 8 групп по основному признаку — месту их появления.
Вторичным признаком, по которому дается деление групп на две под-
группы является их принадлежность к дефектам или деформациям. В
подгруппе типы дефектов и деформаций перечисляются с уточнением
места их появления, природы или причины возникновения. По каждому
типу дефекта или деформации в Инструкции приводится их описание,
опознавательные признаки, причины возникновения, неотложные меры
по устранению и эксплуатационные наблюдения.
Выделение большого количества типов дефектов и деформаций и
их подробное описание, принятые в Инструкции, удобны при работе с
отдельным конкретным объектом земляного полотна, но применение
этой классификации для оценки состояния земляного полотна в целом
и его изменения во времени представляет определенные затруднения.
-------------------------- 7 --------------------------
Так, для отнесения к некоторым типам деформаций требуется инфор-
мация, требующая дополнительного обследования.
В Инструкции отсутствует чёткое определение различия между по-
нятиями деформация и дефект, поэтому для их деления в работе при-
нято определение, сформулированное в [3]:
дефекты земляного полотна — это отступления геометрических
размеров полотна от современных норм;
деформации — изменения во времени первоначальной формы, раз-
меров и литологического строения земляного полотна, вызываемые
неблагоприятным воздействием природных и антропогенных факторов.
В укрупненной классификации, на основе которой производится анализ
состояния земляного полотна на дорогах, выделяется два типа дефектов:
^зауженная ширина основной площадки;
^завышенная крутизна откосов
и восемь типов деформаций:
^балластные углубления основной площадки;
^пучинные участки;
> осадки;
сплывы;
оползни;
обвалы;
сели;
водоразмывы.
Учет дефектов и деформаций земляного полотна по данной класси-
фикации на сети дорог осуществляется не один десяток лет, т.к. она
удобна для оценки распространенности отдельных типов деформаций
и анализа динамики их изменения во времени.
1.2.	Классификации деформирующихся объектов
Принципиально новый подход к анализу деформативности земляного
полотна железных дорог, предложенный Т.Г. Яковлевой, в основе которо-
го лежит группирование деформирующихся объектов земляного полотна
в однородные классы, позволяющее оценить их надёжность с 80-х годов
разрабатывается в МИИТе [4—6]. Данный системный подход основан на
применении к земляному полотну теории геологического подобия и мето-
да натурного моделирования, разработанных Л.Б. Розовским [7]. При этом
геологическое подобие рассматривается как приближенное или неполное
подобие, степень которого определяется интегральной мерой подобия.
----—------------------------ 8 -----------------------------
Рассмотрим основные положения данного подхода, введенные для
анализа деформативности земляного полотна. По влиянию деформа-
ций на перевозочный процесс (обеспечение которого является основ-
ной функцией земляного полотна) по терминологии теории надёжности
были определены понятия отказов для земляного полотна [6]:
полный отказ земляного полотна (ПО), как потеря работоспособ-
ности объекта, приводящая к внезапному перерыву в движении поез-
дов при интенсивном развитии деформаций;
частичный отказ земляного полотна (ЧО), как частичная потеря
работоспособности объекта, требующая введения ограничения скорос-
ти движения поездов;
постепенный отказ земляного полотна (ПОО), как состояние
объекта, при котором объект может эксплуатироваться до очередного
капитального ремонта без возникновения полного или частичного отка-
зов, но требует дополнительных расходов на его текущее содержание.
Эти определения для отказов земляного полотна вписываются в
общую терминологию, принятую в настоящее время для надёжности
железнодорожного пути [8]. Введение понятий отказов для земляного
полотна позволяет классифицировать деформирующиеся объекты по
степени их опасности и оценивать возможный ущерб от их развития,
что служит основой планирования мероприятий по усилению.
Деформирующиеся объекты земляного полотна в пределах дороги (на-
правления дороги или дистанции пути) для их систематизации на основе
ретроспективной информации группируются в ряд классов с общими при-
знаками. Графически класс представляется в виде совокупности точек
(объекты) в л-мерном пространстве. Мера близости объектов выражается
через квадрат расстояния между точками. Выделение однородных клас-
сов предоставляет возможность перенесения свойств и качеств с объекта,
имеющего достаточную информацию, на другие объекты класса, о кото-
рых информация минимальна, что в свою очередь является основой для
принятия однотипных — групповых решений по стабилизации объектов.
Эта процедура состоит из трех последовательных этапов [6]:
1)	поиск и изучение природного аналога (деформирующийся объект
земляного полотна, имеющий подробную информацию по резуль-
татам обследования) для. рассматриваемого объекта (объект, не
имеющий достаточной информации);
2)	доказательство подобия между рассматриваемым объектом и
объектом-аналогом;
3)	распространение важных свойств и качеств с аналогового объек-
та на рассматриваемый объект.
9
Наиболее сложной является задача доказательства подобия объек-
тов, которая является не тривиальной и требует для разных типов зем-
ляного полотна и возможных деформаций применения дифференциро-
ванного подхода. Также неоднозначна, учитывая приближенность гео-
логического подобия, и задача степени перенесения свойств объектов.
Основываясь на введенных понятиях отказов и правилах группиро-
вания однородных объектов, вводится определение показателей на-
дежности группы объектов и отдельного объекта, исходя из которых,
предлагается устанавливать очередность их усиления.
Сравнение различных подходов к классификации земляного полот-
на с нашей точки зрения убедительно показывает, что в современных
условиях для целей оптимизации планирования его усиления наиболее
перспективным является системный подход, основанный на группиро-
вании сходственных объектов земляного полотна.
1.3. Изменение во времени дефектов
и деформаций земляного полотна на сети дорог
Рассмотрим изменение во времени протяженности дефектов и де-
формаций земляного полотна на сети железных дорог, составленное
на основе учетных данных МПС. В обзоре [9] приводятся статистичес-
кие данные деформативности земляного полотна и их анализ на сети
железных дорог СССР за период с 1946 г. по 1978 г. В соответствии с
этими данными общая относительная протяженность деформированно-
го и дефектного полотна за этот период сократилась с 22,4 до 10,4%,
что произошло за счет проведения противодеформационных меропри-
ятий. При этом в основном была уменьшена длина участков с деформа-
циями типа балластных углублений и пучин, что в большей части было
достигнуто переходом железных дорог на щебеночный и асбестовый
балласты с увеличением общей толщины балластных материалов.
Важно также отметить, что темпы снижения деформированного полотна
после 1963 г., когда его доля составляла 11,8% эксплуатационной длины,
заметно упали, несмотря на увеличение затрат на противодеформацион-
ные мероприятия. В качестве причин такого замедления указываются [9]:
увеличение поездных нагрузок и грузонапряженности, а также ввод в
эксплуатацию новостроек, имеющих долю неустойчивого полотна до 30%.
На наш взгляд к этим двум причинам может быть добавлено, что к
1963 году был завершено наращивание толщины балластных материа-
лов, благодаря чему и сокращалось протяжение деформаций основной
площадки и пучин.
Анализ деформативности земляного полотна на сети железных дорог
-----------------------------10-------------------------------
СССР за последующие 10 лет представлен в обзорах [10,11]. За этот
период, несмотря на ежегодное проведение ремонтных работ, произошел
её рост с 10,4% (1978 г.) до 13,6% (1988 г.). В качестве причин роста
деформативности указываются усложнение эксплуатационных условий (уве-
личение грузонапряженности), недостаточный ежегодный объем работ по
капитальному ремонту земляного полотна, ввод в эксплуатацию новых
линий с некачественным сооружением земляного полотна, а также недо-
статочность ширины основной площадки линий, построенных по старым
нормам. Таким образом, причины этого роста остались практически теми
же, что и в 70-х годах, но при этом тенденция незначительного снижения
доли дефектного и деформирующегося земляного полотна во времени в
80-х годах сменилась на обратную — стал происходить его рост.
Анализируя прирост протяжения дефектов и деформаций по их ти-
пам в 1986 г. в сравнении с 1980 г. (рис. 1.1), важно также отметить,
что он произошел за счет дефектов, протяжение которых выросло в
1,7 раза, в то время как общее протяжение деформирующегося земля-
ного полотна даже несколько сократилось. Поэтому следует считать,
что основное нарастание дефектов земляного полотна в этот период
происходило за счет недостатков в технологии капитальных ремонтов
пути, когда устранения существующих из них не проводилось, а наобо-
рот создавались новые при подъемках отметок пути и размещении ста-
11
Приведенная динамика деформативности земляного полотна в
70-х и 80-х годах и ее анализ относится к железным дорогам СССР и к
периоду роста грузонапряженности. Рассмотрим этот же показатель
для сети дорог России в современных изменившихся условиях
(рис. 1.2)1, когда происходило падение грузонапряженности и практически не
было ввода в эксплуатацию новых линий. При этом измене-
ние протяжения отдельно по видам дефектов и деформаций дано в табл. 1.1.
о
о

Оценивая общую динамику изменения дефектности и деформируемос-
ти земляного полотна за 1992—2000 гг., можно отметить её снижение с
13,6% до 8,7% в период по 1999 г. и в последний год рост до 9,5%. При
этом анализ данных таблицы показывает, что основная часть этого сокра-
щения была достигнута за счет устранения дефектов зауженной основной
площадки и крутизны откосов. Это связано с переходом путевого хозяй-
ства на новые технологии проведения ремонтов пути с глубокой очисткой
балласта и ограничением подъемок пути при ремонтах.
1 Паспортные данные дорог по протяжению дефектных и деформирующих-
ся участков в период 1992—2000 гг. обобщены и систематизированы в отчетах
Нормативно-технологической станции по инженерным сооружениям МПС РФ,
из которых и приводятся все статистические данные.
12
ТАБЛИЦА 1.1
ИЗМЕНЕНИЕ ПРОТЯЖЕНИЯ ПО ВИДАМ ДЕФЕКТОВ И ДЕФОРМАЦИЙ
В ПЕРИОД 1992 —2ОООГГ.
Вид дефекта или деформации	Протяжение по годам в км								
	1992	1993	1994	1995	1996	1997	1998	1999	2000
Зауженная площадка	4577	4284	4002	3887	3666	3587	2788	2027	2133
Завышенная крутизна откосов	1329	1282	1208	1277	1236	1196	1157	792	929
Балластные углубления	817	834	863	812	772	655	700	670	510
Пучины	1234	1517	1478	1540	1172	1276	1070	1152	1275
Сплывы	310	324	337	350	345	312	279	275	329
Осадки	1758	1749	1626	1629	1418	1362	1598	1293	1720
Размывы	1115	1388	1094	1132	1021	997	797	818	725
Обвалы	423	433	452	466	418	439	416	439	502
Оползни	59	57	58	53	52	49	51	46	52
Сели	23	20	16	19	22	17	19	19	20
Другой причиной сокращения протяжения дефектного и деформи-
рующегося земляного полотна можно считать снижение воздействия от
подвижной нагрузки — средняя грузонапряженность по сети упала за
период с 1992 по 1998 г в 1,9 раза (см. рис. 1.2), а с 1998 г. опять
наметился рост грузонапряженности. Поэтому одной из причин роста
деформаций в 2000 г. может считаться, как раз, имевшее место увели-
чение интенсивности движения.
Из анализа приведенных результатов следует, что в 90-х годах про-
исходило уменьшение протяженности дефектных и деформирующихся
участков земляного полотна. Но, несмотря на это, уровень земляного
полотна с дефектами и деформациями остается в два раза выше 5%-
ной величины, которая оценивается Департаментом пути и сооружений
как предельная для надежной работы пути.
13
Отдельно следует рассмотреть дефектность водоотводов (табл. 1.2),
от которых во многом зависит состояние земляного полотна и его де-
формативность.
ТАБЛИЦА 1.2.
ДЕФЕКТНОСТЬ ВОДООТВОДНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА СЕТИ ДОРОГ
Тип сооружения	Дефектность сооружений в%					
	1992	1993	1994	1995	1996	1997
Водоотводные канавы	19,0	17,6	17,9	19,3	18,6	18,3
Нагорные канавы	21,4	20,7	20,8	22,0	20,8	20,4
Кюветы	15,2	16,2	15,4	15,9	15,7	15,8
Лотки	19,2	19,4	20,7	21,6	21,6	23,4
Дренажи	14,1	15,9	16,1	15,9	16,3	16,7
Штольни	9,8	9,5	11.6	18,8	12,8	14,4
Канализация на станциях	21,0	18,7	21,5	20,8	21,5	22,8
Как видно из данных таблицы дефектность водоотводов в 90-х го-
дах оставалась примерно на одинаково высоком уровне, превышая
расчетную величину 5% примерно в 4 раза.
1.4. Распределение дефектов и деформаций по видам
и дорогам, их ранжирование по степени опасности
Рассмотрим в современных условиях распределение дефектов и де-
формаций по видам и дорогам, оценивая их значимость и неравномер-
ность по территории. Как видно из рис. 1.3, наибольшее протяжение
имеет дефект зауженной ширины земляного полотна, а также деформа-
ции осадок и пучин, на которые суммарно приходится около 2/3 всего
протяжения дефектного и деформирующегося земляного полотна.
По влиянию на перевозочный процесс все деформации земляного
полотна можно разделить на две группы: деформации, для которых
вероятно появление полного отказа (возможно нарушение целостности
земляного полотна), и деформации, для которых маловероятно появ-
--------------------------- 14--------------------—------
Осадки
Водоразмывы
Обвалы
Оползни
Сплывы
1274,7	Балластные
Пучины
углубления
Рис.1.3. Протяжение дефектов и деформаций в км по типам на 01.01.2001 г.
ление полного отказа, а характерно возникновение частичного или по-
степенного отказа. К первым следует отнести пять видов деформаций:
сплывы, оползни, обвалы, сели и водоразмывы, ко вторым оставшиеся
три вида. Анализ всех случаев перерывов движения поездов, имевших
место в 90-е годы по причине земляного полотна показывает, что 2/3
из них происходили из-за сплыва откоса насыпи или оползня.
Важным также является распределение деформаций по дорогам (рис.
1.4). При средней протяженности деформированного земляного полот-
на по сети дорог 6,0%, эта величина на дорогах Дальневосточного
региона составляет более 20%, а в Восточной Сибири около 10%.
Также высокая деформативность земляного полотна отмечается на
расположенной в сложных инженерно-геологических условиях Северо-
Кавказской ж.д. Таким образом, принимая во внимание предельный
уровень дефектности земляного полотна, оцененный Департаментом
пути и сооружений в 5%2, или деформативности в половину этой вели-
чины, для железных дорог можно установить следующие градации по
деформативности:
I степень (условно допустимая деформативность) — деформации
менее 2,5% протяжения — 5 железных дорог: Калининградская, Юго-
Восточная, Приволжская, Свердловская и Западно-Сибирская;
2 Предельный уровень в 5% установлен Департаментом пути и сооружений
для земляного полотна экспертным путем и требует технико-экономического
подтверждения в зависимости от потерь.
15
II степень (повышенная деформативность) — деформации от 2,5 —
5% протяжения — 6 железных дорог: Октябрьская, Московская, Горь-
ковская, Северная, Куйбышевская и Южно-Уральская;
III степень (высокая деформативность) — деформации 5—10% про-
тяжения — 3 дороги: Северо-Кавказская, и Восточно-Сибирская и Са-
халинская;
IV степень (чрезмерная деформативность) — деформации более 10%
протяжения — 3 дороги: Красноярская, Забайкальская и Дальневосточная.
Рис. 1.4. Деформативность земляного полотна по дорогам на 01.01.2001 г.
На шесть дорог, отнесенных к III и IV степеням деформативности,
при суммарной их эксплуатационной длине 27,6% от эксплуатационной
длины сети приходится 68,6% протяжения деформирующегося земля-
ного полотна сети.
Также следует выделить большое протяжение криогенных дефор-
маций (пучины и осадки на мерзлоте), которое составляет 1758 км
(34,3% от общесетевого протяжения деформированного земляного
полотна). При этом следует учесть, что на самом деле протяжение де-
формаций, имеющих криогенную природу, больше, так как в этом рас-
чете не учтено, что большинство балластных углублений и частично
сплывы возникают в весенний период и вызваны пониженной прочнос-
тью оттаивающих грунтов.
Несмотря на то, что большинство криогенных деформаций вызыва-
ют только постепенные отказы в работе или приводят к ограничению
16
скоростей только на непродолжительное время, суммарный ущерб от
их возникновения для сети, вызванный массовостью, значителен. В
первую очередь этот ущерб связан с повышением трудовых затрат на
текущее содержание пути.
Расчет дополнительных затрат труда на участках с интенсивными
осадками из-за оттаивания многолетнемерзлых грунтов основания, про-
веденный автором для БАМа показал, что они в 3 — 4 раза превышали
основные нормы на содержание пути. Также в несколько раз возраста-
ют нормы затрат на пучинных участках. Таким образом, одним из пре-
пятствий для решения задачи повышения производительности труда в
путевом хозяйстве являются дополнительные затраты труда на текущее
содержание пути на участках с деформациями, вызванными неблагоп-
риятными криогенными процессами.
Деформации земляного полотна распространены и на большинстве
зарубежных железных дорог. Анализ деформативности железных до-
рог ряда стран представлен в обзоре [10]. Преобладание того или ино-
го типа деформации зависит от местных условий железных дорог, так
на дорогах Канады и Скандинавии (близки к нашим климатическим
условиям) характерным являются пучины, а для стран Юго-Восточной
Азии, наиболее характерны размывы паводковыми водами. Вместе с тем
общим для большинства железных дорог Европы, США и Японии является
то, что наибольшее протяжение приходится на деформации основной пло-
щадки [10].
Исходя из анализа распространения деформаций по видам и дорогам, а
также с учетом степени опасности отдельных видов деформаций по возник-
новению полных отказов и потерь на ликвидацию их последствий, можно
считать, что приоритетным является предупреждение и ликвидация:
^сплывных и оползневых деформаций, вызывающих полные отка-
зы земляного полотна;
^криогенных деформаций, включая деформации основной площад-
ки (пучины и деформации основной площадки в период оттаивания),
имеющих наиболее массовый характер и своим количеством, вызываю-
щих превышение допустимого уровня деформативности и препятствую-
щих сокращению численности работников занятых на текущем содер-
жании пути.
ГЛАВА 2. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ
ОЦЕНКА ПОТЕРЬ ИЗ-ЗА ДЕФОРМАЦИЙ
ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
2.1. Структура потерь из-за деформаций
земляного полотна
Рассмотрим структуру потерь, которые несет железнодорожный транс-
порт из-за наличия деформирующегося земляного полотна. Эти потери
складываются из следующих составляющих
Э = Э + Э +Э+Э . + Э ,	(2.1)
э.п. сод рем v лер. дв	вое. дв/	'	'
где Эсод — повышение эксплуатационных расходов на содержание пути на
деформирующемся (нестабильном) земляном полотне;
Эрем — потери из-за увеличения стоимости ремонтов пути в связи с
сокращением межремонтных циклов;
3v — потери из-за наличия постоянных и длительных предупрежде-
ний об ограничения скоростей движения поездов по состоя-
нию земляного полотна;
Эпер дв — потери из-за перерывов в движении поездов при возник-
новении внезапных деформаций;
Эвос дв — стоимость работ по восстановлению движения.
Первые две составляющих потерь относятся к участкам земляного
полотна при их постепенном отказе, третья характеризует стоимость
частичных отказов земляного полотна и две последние полных отка-
зов. Оценим каждую составляющую потерь в целом на объемы дефор-
маций земляного полотна по сети и единично на каждый вид отказа.
2.2. Потери на текущем содержании и ремонтах пути.
Цена постепенного отказа земляного полотна
Потери на текущем содержании земляного полотна складываются
из двух составляющих
Э = Э + Э ,	(2.2)
сод сод1 сод2 1
где Эсод1 — повышенные расходы из-за более частых работ, вызванных
деформациями земляного полотна;
Эсод2 — повышенные расходы на содержание звеньевого пути в
сравнении с бесстыковым путем.
18
Согласно “Положения о ведении путевого хозяйства на ж.д. РФ” [1]
нормы на текущее содержание при нестабильной основной площадке
увеличиваются в 1,5 раза. Эта же норма может быть распространена на
все участки с нестабильным земляным полотном, деформации которо-
го сказываются на положении рельсовой колеи. К таким деформациям
следует отнести: балластные углубления — 509,9 км, осадки — 1720,2
км, сплывы — 329,2 км и оползни — 52,5 км (итого 2611,8 км).
Пучины следует рассмотреть отдельно. Для расчета трудозатрат на
исправление пути при текущем содержании примем среднюю высоту пу-
чины h = 25 мм с укладкой пучинных карточек дважды за зиму. Тогда
согласно расчёта по сборнику “Типовых технически обоснованных норм
времени на работы по текущему содержанию пути” [12] трудозатраты на
1 км пути исправляемого на пучинах составят 3579 чел.-ч = 436,5 чел.-
дн. или 436,5 чел.-дн: 260 дней = 1,68 чел/км год. Основная норма для
среднесетевых условий на деревянных шпалах принимается 0,28 чел [1],
т.е. для исправления пучин требуется в 6 раз больше трудозатрат.
Общие эксплуатационные расходы на 1 приведенный км пути за
2000 г. по статистическим данным Департамента пути и сооружений
составляют 293,1 тыс. руб., а доля на выплаты по зарплате и матери-
альным затратам — 63,9 тыс. руб. Тогда дополнительные расходы на
текущее содержание пути на нестабильном земляном полотне и пучи-
нах составят:
Эсод1 = 1,18 х 63,9 тыс. руб/км х (0,5 х 2611,8 км + бх 1912,0 км) =
= 963,5 млн. руб.,	(2.3)
где 1,18 — коэффициент перевода цен 2000 г. к ценам конца 2001 г.;
2611,8 км — протяжение на 01.01.2001 г. по сети участков с дефор-
мациями в виде осадок, сплывов и оползней;
1912,0 км — протяжение пути исправляемого на пучинах на 01.01.2001
г., которое примерно принято в 1,5 раза больше протяжения самих пучин.
На участках с нестабильным земляным полотном согласно Техни-
ческим указаниям [13] бесстыковой путь не укладывается до устране-
ния деформаций. Нормы на текущее содержание на звеньевом пути
при Г = 11 - 25 млн. ткм/км год (средняя грузонапряженность по сети
Г = 22,3 млн. ткм /км год) на главных путях в 1,3 раза выше, чем для
бесстыкового пути (приложение 1 “Положения о ведении путевого хо-
зяйства на ж.д. РФ” [1]). Тогда потери на текущем содержании из-за не
укладки бесстыкового пути составят:
Эсод2 = 1,18 х 63,9 тыс. руб/км х 0,3 х (2611,8 км + 1912,0 км) =
= 102,3 млн. руб.,	(2.4)
19
а общие потери на содержании пути на деформирующемся полотне:
Эсод = 963,5 + 102,3 = 1065,8 млн. руб.,	(2.5)
Аналогично потери из-за увеличения стоимости ремонтов пути в связи
с сокращением межремонтных циклов также складываются из двух
составляющих
Э = Э 1 + Э 9 ,	(2.6)
рем	рем!	рем2 1	'
где Эрем1 — увеличение стоимости ремонта звеньевого пути на участках с
деформациями земляного полотна из-за сокращения межре-
монтных циклов в сравнении со среднесетевыми нормами;
Эрем2 — увеличение стоимости ремонта звеньевого пути на участках с
деформациями земляного полотна из-за невозможности при-
менения бесстыкового пути.
Потери Э ем определяются из сравнения двух ремонтных схем
(рис. 2.1):
а)	схема 1 — для участка с деформирующимся земляным полотном
при звеньевом пути и деревянных шпалах;
б)	схема 2 — для участка со стабильным земляным полотном при
бесстыковом пути и железобетонных шпалах.
Исходные данные: средняя грузонапряженность по сети в ремонтном
	Рис. 2.1. Ремонтные схемы по е	Еариантам
|УК|	А А © A A L	-I А А ©
0	369	12	15	1	8	21	24	27
А) Схема 1 для участка пути с деформирующимся земляным полотном		
И	А А 0 А	А
0	5	10	14	19	24	28
	Б) Схема 2 для участка пути со стабильным земляным полотном	
20
цикле с учетом планируемого увеличения грузооборота на 2,5%:
Г = 28 млн. ткм/км; группа пути согласно классификации — В, класс 2
в обоих вариантах; ремонтная схема: (УК), В, В, С, В, П, (УК).
Срок между усиленными капитальными ремонтами составляет:
для звеньевого пути с деревянными шпалами —
(600 млн. т х 0,85) : 28 млн. ткм/км год = 18,2 ~ 18 лет, (2.7)
где 0,85 — уменьшение пропущенного тоннажа для участков с нестабиль-
ным полотном;
для бесстыкового пути с ж.б. шпалами —
(700 млн. т х 1,1) : 28 млн. ткм/км год = 27,5 ~ 28 лет, (2.8)
где 1,1 — увеличение пропущенного тоннажа для участков с разделитель-
ным подбалластным слоем.
Сравнение затрат на ремонты ведется по приведенным к 2001 г.
затратам за полный цикл по схеме 1, т.е. за 18 лет. Стоимость 1 км
ремонтов, взятая по типовым сводным калькуляциям на 2000 г. (в це-
нах 2001 г.) составляет:
УК на ж.б. шпалах — 2,110 млн. руб. /км;
УК на деревянных шпалах — 1,959 млн. руб. /км;
С на ж.б. шпалах — 0,234 млн. руб. /км;
С на деревянных шпалах — 0,299 млн. руб. /км;
В, П — 0,083 млн. руб. /км.
Расчет приведенных затрат по схемам представлен в табл. 2.1.
При этом коэффициент отдаления затрат определен по формуле:
ТАБЛИЦА 2.1.
РАСЧЕТ ПРИВЕДЕННЫХ ЗАТРАТ ПО РЕМОНТНЫМ СХЕМАМ
т, год	nt	Съ млн руб	С^, млн руб	С2, млн руб	C2ti, млн руб
0	1	1,959	1,959	2,110	2,110
3	0,794	0,083	0,066	—	—
5	0,681	—	—	0,083	0,057
6	0,830	0,083	0,052	—	—
9	0,500	0,299	0,150	—	—
10	0,463	—	—	0,083	0,038
12	0,397	0,083	0,033	—	—
14	0,340	—	—	0,198	0,067
15	0,315	0,083	0,026	—	—
18	0,250	1,959	0,490	—	—
Всего	—	4,549	2,776	2,510	2,285
21
1
(1 + 0,08/ ’
(2.9)
где t — год проведения ремонта после первого УК.
Разность в приведенных затратах в ремонтах пути на 1 км составля-
ет 491 тыс. руб. за 18 лет или 27,3 тыс. руб. в год.
Тогда на все протяжение участков с деформациями L = 4523,8 км
потери из-за повышенного объема ремонтных работ составят
Эрем = 27,3 х 4,5238 = 123,4 млн. руб. в год. (2.10)
а общие потери из-за деформаций земляного полотна
Эрем + Эсод = 1065'8 + 123'4 = 1189'2 МЛН’ РУ6’ В Г°Д’ <2’11)
Исходя из суммы потерь в целом по сети в год, может быть найдена
удельная средняя цена постепенного отказа земляного полотна Цппо, за
которую примем потери из-за деформаций пути на протяжении 1 км
_ ^сод^^рем = 1189,2 =q 263 млн. руб. в год на км. (2.12)
ппо L 4523,8
2.3. Потери из-за ограничения скоростей
по состоянию земляного полотна.
Цена частичного отказа земляного полотна
Затраты, связанные с дополнительным расходом энергии при тор-
можении грузовых поездов в местах действия постоянных ограничений
скоростей, движения поездов определяются в соответствии с Методи-
кой [14] по формуле
Еторм = е₽уг-3,8 [Рп (1 + pn) + Q6p]-10-6 (V t - вугто₽м Norp, руб., (2.13)
где е1* —расходная ставка на 1 кг условного топлива (один кВтЧч элект-
роэнергии) при торможении, руб.;
Рл — масса локомотива в рабочем состоянии, используемого для
тяги поездов, т;
(1 + Ьл) — коэффициент кратности тяги;
Q6p —средняя масса грузового или пассажирского поезда;
Vxod — ходовая скорость грузового поезда, км/ч:
22
У СКОРОСТЬ грузового поезда в месте предупреждения, км/ч:
в торм — расход условного топлива в кг (электроэнергии в кВт • ч) на
1 ткм механической работы;
Norp — количество поездов, проследовавших по участку с пониженной
скоростью в течение года.
В 2000 г. на сети действовало 476 предупреждений об ограничении
скорости движения поездов по состоянию земляного полотна, в том
числе 254 постоянных и 222 длительных. Расчет величины Эу в целом
по сети по методике [14] выполнен в институте Гипротранстэи и она
составила: Эу = 1390,2 млн. руб. в год. При этом средняя величина
потерь из-за ограничения скорости на одном участке
эу = 1390,2 : 476 = 2,92 млн. руб. в год.	(2.14)
Тогда цена частичного отказа земляного полотна на участке действия
ограничения скорости может быть определена как
4о = \ + Ц„по L,	(2.15)
где L — длина участка деформации земляного полотна, км.
При длине участка 1 км средняя величина = 3,183 млн. руб. в год.
2.4. Потери из-за перерывов в движении поездов
и его восстановления при внезапных деформациях.
Цена полного отказа
В 2000 г. на сети дорог имели место 14 случаев внезапных дефор-
маций земляного полотна, вызвавших перерывы движения 129,4 часа
(полные отказы земляного полотна), что в соответствии с расчётами,
проведенными институтом Гипротранстэи, привело к потерям из-за ос-
тановки движения в размере 28,7 млн. руб. и потребовало 70,0 млн.
руб. на работы по ликвидации последствий деформаций.
Тогда средние потери на один полный отказ земляного полотна со-
ставят:
Цпо = (28,7 4- 70,0) : 14 = 7,050 млн. руб.
Полученные результаты по цене отказов земляного полотна под-
тверждают необходимость устранения деформаций в первую очередь,
приводящих к частичным и полным отказам. При этом следует отме-
тить, что количество полных отказов в 2000 г. и их масштабность были
ниже среднего уровня, поэтому их экономическая оценка несколько
занижена.
23
ГЛАВА 3. СИСТЕМА СОДЕРЖАНИЯ
ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
3.1.	Структура системы содержания
земляного полотна
Структура содержания земляного полотна на железных дорогах России
отрабатывалась длительное время в ходе накопления опыта их эксплуата-
ции и в целом сложилась и существует без принципиальных изменений с
послевоенного времени. Рассмотрим современную организацию содержа-
ния земляного полотна, которое регламентируется "Инструкцией ЦП-544
[2].
В качестве главной задачи содержания земляного полотна Инструкцией
устанавливается “обеспечение исправности состояния всех его элементов,
предупреждение появления неисправностей, своевременное их устранение,
а также ликвидация причин, вызывающих появление неисправностей”.
Структурная схема организации содержания земляного полотна, выте-
кающая из положений Инструкции приведена на рис. 3.1, на которой
связи, показанные двойными стрелками, являются связями управления.
Всё содержание земляного полотна железных дорог при этом разделяется
на три крупных блока:
^текущее содержание;
^капитальный ремонт;
^усиление.
В свою очередь текущее содержание земляного полотна включает в
себя надзор за его состоянием, состоящий непосредственно из надзора,
осмотров, наблюдений и обследований, целью которого является обнару-
жение неисправностей с изучением причин их появления, а также выполне-
ние необходимых работ по устранению неисправностей и обеспечению
исправной работы земляного полотна. Центральное место в содержании
земляного полотна Инструкция отводит надзору за состоянием земляного
полотна, который, как следует из структурной схемы, является главным
звеном для принятия управленческих решений.
СОДЕРЖАНИЕ
ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
Капитальный
ремонт земляного
полотна
Текущее содержание
земляного полотна
Усиление
земляного полотна
Работы по текущему содержанию
Надзор за состоянием
Рис. 3.1. Структурная схема организации содержания земляного полотна
согласно Инструкции [2]
25
3.2.	Надзор и наблюдение за состоянием
земляного полотна
Надзор за состоянием земляного полотна строится по принципу много-
уровневой пирамидальной системы, в которой задействованы все звенья
эксплуатационных работников, начиная от обходчиков и бригадиров пути
на нижнем уровне, и до начальника дороги и его заместителя по пути на
самом верху. На нижних уровнях выполняются наиболее широкие по охва-
ту и частые по времени систематический надзор (бригадиры) и текущие
осмотры (мастера), при которых осуществляется слежение за исправным
состоянием земляного полотна, укрепительных, защитных и водоотводных
сооружений, выявление мест появления дефектов и деформаций.
Под наиболее детальным постоянным наблюдением со стороны ин-
женерно-геологических баз и путеобследовательских станций по земля-
ному полотну должны находиться все неустойчивые и деформирующие-
ся места земляного полотна, а наиболее сложные из них не реже одного
раза в год подвергаться периодическому комиссионному осмотру под
председательством начальника дороги или его заместителя.
Для установления причин деформирования земляного полотна и разра-
ботки противодеформационных мероприятий в системе надзора предпола-
гается проведение наблюдений и обследований с применением различных
диагностических средств. В табл. 3.1 приведены виды эксплуатационных
наблюдений за участками земляного полотна с различными деформация-
ми (по 5 основным классификационным группам) и диагностических мето-
дов их обследования, рекомендуемых в соответствии с Инструкцией.
Наблюдения, в ходе которых устанавливаются внешние признаки появ-
ления деформаций, проводятся визуальным контролем, измерением пара-
метров рельсовой колеи и инженерно-геодезическим методом. При этом
основной упор делается на визуальные наблюдения и определение рас-
стройств геометрии рельсовой колеи простейшими путеизмерительными
средствами (шаблонами, тележками), которые осуществляются работника-
ми дистанций пути. В Инструкции для каждого вида дефекта и деформа-
ции даны его опознавательные признаки, помогающие на основе визуаль-
ного осмотра установить вид и причину дефекта или деформации. К сожа-
лению, различные виды деформаций могут иметь одинаковые внешние
проявления, что затрудняет точное их определение.
26
ТАБЛИЦА 3.1.
ВИДЫ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА РАЗЛИЧНЫМИ ДЕФОРМАЦИЯМИ ЗЕМЛЯНОГО
ПОЛОТНА И МЕТОДЫ ИХ ДИАГНОСТИКИ (ПО ИНСТРУКЦИИ ЦП-544)
№	Деформация, дефект	Эксплуатационные наблюдения	Диагно- стика
1	2	3	4
1. Основная площадка			
1.1—1 4	Балластные углубления	Надзор за состоянием пути, регуляр- ные замеры по шаблону	ВП, ГРЛ
1.5	Термокарстовые понижения и про- валы на мари и в земляном полотне	Визуальный контроль, инструменталь- ная съемка для организации стока	—
1.6.	Весенние пучинные просадки	Надзор за состоянием пути в период оттаивания	игм
1.7.	Пучины	Визуальные и инструментальные на- блюдения	ВП
1.8.	Пучинные горбы над “холодным'' трубопроводом	Осмотры, инструментальные измере- ния, температурные замеры	—
2. Откосы			
2.1.	Смывы	Надзор	—
2.2.	Обрушения крутых откосов выемок в лёссовых грунтах	Осмотр, визуальный контроль	вк, эдз
2.3.	Размывы откосов к/б и берм	Визуальный осмотр	—
2.4.	Сплывы откосов выемок	Визуальное определение границ, уста- новка створов вешек и замеры по ним подвижек	вк
2.5.—2.6.	Сплывы и оползание откосов насы- пей	Проверка состояния пути в профиле и плане, осмотр, установка створов ве- шек и замеры подвижек	ВП, вк, см, эдз, ИГБ
2.7.	Сплывы откосных частей насыпей над пересекающими теплотрассами	Осмотры с определением размеров деформаций	—
2.8.	Оползание рыхлых отложений по контакту со скальными породами	Надзор	эдз
2.9,—2.11.	Осыпи, вывалы и обвалы	Надзор, осмотр	ВК
3. Тело и основание земляного полотна			
3.1.	Расползание насыпи	Визуальный контроль очертания, при необходимости инструментальные на- блюдения	ВК, эдз
3.2.	Оседание насыпи вследствие уплот- нения слагающих её грунтов	Надзор за просадками пути, визуаль- ный осмотр поверхностей откосов	ЛИГО, эдз
3.3.	Осадки и расползание насыпей на оттаивающих вечномёрзлых грунтах	Надзор и осмотр, инструментальные измерения в соответствии с ТУ, 1993 г.	ЛИГО, эдз
3.4.	Сдвиг (сползание) насыпи или её низовой части по наклонному осно- ванию	Проверка состояния пути по рихтовке, уровню, просадкам; контроль за появ- лением трещин	ЭДЗ, ГРЛ
3.5	Оползни	Нивелирование по рельсам, измерение горизонтальных смещений оползня и земляного полотна, контроль за грун- товой водой	СМ, ИГБ
3.6.	Смещение насыпи, расположенной на куруме	Наблюдения за состоянием земляного полотна и водоотводных сооружений	ИГБ
27
ПРОДОЛЖЕНИЕ ТАБЛИЦЫ 3.1.
1	2	3	4
4. Слабые основания			
4.1.	Суффозионное разрушение от- косных частей земляного полот- на	Обнаружение и учёт всех мест выхо- да грунтовых вод	СМ
4.2.	Оседание насыпи вследствие выпирания грунтов основания	Осмотр состояния поверхности отко- сов и обочин	ЛИГО,ЭДЗ
4.3.	Оседание насыпи вследствие уплотнения грунтов основания	Контроль состояния пути	ЛИГО, ЭДЗ
4.4.	Выпирание грунтов в выемке	Надзор за состоянием обочин и очер- танием откосов, наличием уклонов водоотводов	ЭДЗ
4.5.	Провалы насыпей на торфяных болотах (илистых отложениях)	Надзор за состоянием земляного по- лотна, определение сомнительных мест по расстройствам колеи	ЛИГО,ЭДЗ
4.6.	Провалы земляного полотна на закарстованных территориях	Надзор за верхним строением пути, земляным полотном, водооводами, полосой отвода, нивелирование	ВП, ИГБ, СМ, ИГМ
5. Повреждения земляного полотна в местах его взаимодействия с инородными конструкци- ями			
5.1	Осадки основной площадки зем- ляного полотна над трубопро- водными пересечениями	Измерение просадок нивелировани- ем	ИГМ, ВП, ЛИГО
5.2.	Нарушение отвода поверхност- ных вод у пассажирских плат- форм и погрузочно-разгрузоч- ных площадок	Надзор за состоянием водооотводов	—
5.3.	Повреждение приоткосных час- тей земляного полотна в местах прокладки кабелей	Контроль сохранности откосов и обо- чин	—
5.4.	Оседание земляного полотна над шахтными подработками	Надзор с проведением инструмен- тальных наблюдений: нивелирова- ние, створ по вешкам	СМ, ИГМ, ВП
5.5.	Длительное оседание насыпей на подходах к мостам и водопро- пускным трубам	Нивелирование по рельсам и обочи- нам 2 раза в год	ЭДЗ, УО, ЛИГО
В таблице приняты следующие сокращения: ВК — визуальный контроль; УО —
метод измерения упругих осадок; СМ — сейсмический метод; ИГМ — инженерно-
геодезический метод; ИГБ — метод инженерно-геологического бурения; ЭДЗ — метод
электродинамического зондирования; ЛИГО — метод оценки качества основания пути с
помощью нагрузочного комплекса ЛИГО СМ-460; ВП — метод оценки состояния пути по
лентам вагона путеизмерителя; ГРЛ — гео- радиолокационный метод.
28
Из 36 видов деформаций и дефектов, представленных в табл. 3.1,
лишь для 14 предусматривается проведение инструментального конт-
роля средствами инженерной геодезии и для двух деформаций в слож-
ных инженерно-геологических и погодно-климатических условиях (на-
сыпи на вечномерзлых грунтах и оползни) предполагается дополнение
их другими инструментальными измерениями. Для 22 оставшихся ви-
дов деформаций и дефектов контроль производится визуально и над-
зором за отступлениями параметров геометрии колеи.
Такая разветвленная и многоуровневая система надзора за состоя-
нием земляного полотна трудоемка, и, несмотря на это, имеет не
высокую эффективность, на что указывает появление большого коли-
чества деформаций, внезапных для эксплуатационных работников либо
обнаружение других из них только в стадии активного деформирова-
ния.
Причиной недостаточной эффективности системы надзора являет-
ся то, что она вся практически построена только на визуальном конт-
роле и зависит от опыта и квалификации работников, осуществляю-
щих текущее содержание пути. При этом геометрия колеи оценивается
традиционно, по возникающим отступлениям от норм, и не рассмат-
ривается необходимость наблюдений за динамикой расстройств ее во
времени. Такая система является пассивной, поскольку в ней фиксиру-
ется существующее состояние и не предполагается функция прогноза,
кроме того, для нее характерна малая информативность, что затруд-
няет применение современных компьютерных технологий.
Аналогичные системы надзора за земляным полотном действуют и
на зарубежных железных дорогах. Так на Государственных железных
дорогах ФРГ [15] для грунтовых сооружений периодические осмотры
и обследования предусмотрены только в отдельных специальных слу-
чаях. Функции постоянного наблюдения за состоянием грунтовых со-
оружений выполняют прежде всего путевые обходчики. Часто сообще-
ния о резких изменениях состояния сооружений поступают от работ-
ников службы движения. Анализ и сравнение во времени информа-
ции путеизмерительных вагонов также служит для выявления неста-
бильных участков земляного полотна. На местах с выявленными де-
формациями устанавливаются контрольные марки, проводится перио-
дическое геодезическое наблюдение, частота которого зависит от опас-
ности деформации и изменяется от ежедневного до полугодового. В
случае необходимости проводят лабораторные испытания свойств грун-
тов.
29
3.3.	Система капитальных ремонтов
и усиления земляного полотна
Усиление земляного полотна является составной частью системы
его содержания и регламентируется Инструкцией ЦП-544 [2], как одна
из работ, включаемая в состав капитального ремонта земляного по-
лотна. При этом четкого разделения между работами, относящимися
непосредственно к капитальному ремонту и к усилению, в Инструкции
ЦП-544 не дается.
В то же время между этими понятиями с нашей точки зрения есть
принципиальные различия. Так, например, ремонту подлежит неисп-
равное земляное полотно, а усиление может проводиться и при ис-
правном полотне, но при повышении интенсивности условий эксплуа-
тации пути (рост нагрузок на ось или скоростей движения). Для четко-
сти в терминологии разделим их, считая, что в отличие от капитально-
го ремонта усиление производится с существенным изменением гео-
метрии земляного полотна либо с введением новых конструктивных
элементов или устройством новых противодеформационных, водоот-
водных и др. сооружений. Непосредственно к капитальному ремонту
будем относить работы, при которых производится ремонт или вос-
становление существующих (существовавших ранее) элементов и обу-
стройств земляного полотна.
Характерными примерами усиления земляного полотна является ус-
тройство новых защитных покрытий на основной площадке, отсыпка
контрбанкетов и берм, сооружение армогрунтовых стен, новых водо-
отводных лотков и дренажей и т. п. Характерными примерами капи-
тального ремонта является досыпка существующих контрбанкетов при
их размыве или недостаточных размерах или ремонт сооружений бе-
регоукрепления.
При этом усиление должно производиться, когда уровень эксплуа-
тационной надежности земляного полотна находится ниже требуемого
и одних мер по его текущему содержанию или ремонту существующих
конструкций полотна для необходимого повышения надежности недо-
статочно. Учитывая, что в ближайшее время предполагается существен-
но интенсифицировать воздействие на путь за счет повышения нагру-
зок и скоростей движения, а земляное полотно на большинстве ос-
новных направлений сооружено давно, по нормам, не отвечающим
современным нормативам, то роль усиления будет заметно возрас-
тать.
Основой планирования капитального ремонта земляного полотна и
его обустройств в соответствии с Инструкцией ЦП-544 [2] служат дан-
----------------------------30------------------------------
ные технических паспортов дистанций пути, результаты периодических
осмотров, а также накопленные предыдущими осмотрами и обследо-
ваниями материалы о состоянии земляного полотна и должны предус-
матривать наиболее рациональное использование финансовых средств
и материалов. Очевидно, что данный подход оправдан при необходи-
мости назначения работ непосредственно капитального ремонта, ког-
да они планируются на участках, где в ходе осмотров выявлены и
занесены в технический паспорт дефекты и повреждения элементов
земляного полотна и его обустройств.
При усилении земляного полотна, учитывая, что эти работы явля-
ются, как правило, более дорогостоящими и то, что пониженная на-
дежность объекта может не выявляться в ходе осмотров, такой подход
к их планированию оказывается недостаточным.
Так, для Московской ж.д. в МИИТе была проведена оценка надеж-
ности высоких насыпей на прочном основании (по количеству сплыв-
ных деформаций Московская ж.д. является одной из наиболее пора-
женных на сети дорог). В ходе анализа технической документации
Московской ж.д. было установлено, что на 2312 км 13 направлений
дороги, составлявших примерно треть ее протяжения, приходится око-
ло 80% насыпей со сплывами от общего числа таких деформировав-
шихся насыпей по всей дороге. Для этих 13 направлений были рас-
смотрены за 30 летний период с 1963 г. по 1992 г. все случаи сплыв-
ных деформаций, приведшие к полным или частичным отказам. При
этом оказалось, что из 140 деформаций 55 случаев или 39,3% про-
изошли на насыпях ранее не числившихся деформирующимися или
дефектными.
Данный пример показывает, что почти 40% деформировавшихся
насыпей, имевших пониженную надежность, не рассматривались, как
объекты для усиления, так как их потенциальная опасность не могла
быть выявлена в ходе осмотров.
При повышении интенсивности эксплуатационных условий, также
будет возникать необходимость в усилении земляного полотна. Так,
например, при введении скоростного движения нормативное значение
коэффициента устойчивости откосов повышается с 1,2 до 1,25 (СТН
Ц — 01—95 [16]), а допустимая величина пучения уменьшается с 25
мм до 20 мм (Технические указания по устранению пучин и просадок
железнодорожного пути [17]), и участки, имевшие ранее достаточную
надёжность, требуют усиления.
Принципиально иной подход к планированию усиления земляного
полотна на основе выделения потенциально-опасных объектов и их
31
группирования в однородные классы, как указывалось ранее, разра-
батывается в МИИТе [6]. Этот подход, разработанный детально для
высоких насыпей на прочном основании, позволяет перейти к плани-
рованию их усиления в зависимости от надежности объектов. Необхо-
димость и очередность усиления устанавливается на основе разрабо-
танных в этих работах понятиях отказов для земляного полотна, пра-
вил группировки насыпей и определения показателей надежности группы
объектов и отдельных объектов.
Такой же общий подход к планированию усиления земляного по-
лотна, основанный на прогнозировании их эксплуатационной надеж-
ности, может быть разработан для различных типов деформаций, при
этом необходимо учитывать, что он должен вписываться в принципы
ресурсосбережения новой системы ведения путевого хозяйства. Нор-
мативные требования проведения ремонтов пути и в том числе земля-
ного полотна в условиях новой системы ведения путевого хозяйства
приведены в “Технических условиях на работы по ремонту и планово-
предупредительной выправке пути” [18]. Исходя из основных положе-
ний документа с учетом ресурсосбережения, по времени проведения
работы по усилению земляного полотна могут быть разбиты на три
группы:
1)	плановые работы по усилению основной площадки земляного
полотна, устройству водоотводных сооружений в её пределах
(кюветов, лотков, канав, дренажных сооружений) и уположе-
нию откосов невысоких насыпей выполняются при усиленных
капитальном и среднем, а также капитальном ремонтах пути;
2)	плановое усиление земляного полотна в сложных случаях, вы-
полняемое по индивидуальным проектам и требующее больших
объемов работ (стабилизация оползней, мерзлоты в основании,
сооружение армогрунтовых конструкций и т. п.), которое вы-
полняется, как правило, не менее чем за год до проведения
капитальных или усиленного среднего ремонтов пути;
3)	внеплановое (неотложное) усиление, которое проводится на объек-
тах, находящихся в предельном состоянии или в случае аварий-
ных ситуаций.
Проведение работ по усилению основной площадки земляного по-
лотна и других работ по земляному полотну на протяженных участках
в комплексе с ремонтами верхнего строения пути позволяет, с одной
стороны избежав ряда повторных работ, сократить стоимость работ, а
с другой повысить качество пути за счет одновременности и комплек-
сности улучшения его свойств.
32
Вторым условием при назначении усиления земляного полотна,
предполагающим ресурсосбережение, должна быть дифференциация
подходов в зависимости от классности путей с приоритетом для путей
1 и 2 классов.
И третье, что должно учитываться при усилении земляного полот-
на, это применение современных способов усиления, основанных на
ресурсосберегающих технологиях, использовании местных материа-
лов, старогодних элементов верхнего строения пути. В качестве при-
меров ресурсосбережения могут служить отсыпка контрбанкетов и берм
для насыпей из продуктов очистки балласта, получаемых при усилен-
ных ремонтах пути, и устройство для повышения устойчивости отко-
сов насыпей армогрунтовых конструкций, позволяющих уменьшить
объемы дренирующих грунтов в сравнении с традиционными контр-
банкетами до 30%.
ГЛАВА 4. ДИАГНОСТИКА
ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО ЗЕМЛЯНОГО
ПОЛОТНА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
4.1. Понятие технической диагностики
применительно к земляному полотну
Понятие диагностики земляного полотна железных дорог в нашей
стране применяется относительно недавно и введено в практику Кон-
шиным Г.Г. в 80-х годах [19]. До сих пор при этом во многих случаях
понятие диагностики заменяется более узким понятием обследование
земляного полотна. В качестве примера можно показать, что даже в
“Инструкции” [2] практически везде фигурирует понятие обследование
земляного полотна, что не отражает необходимость всестороннего оп-
ределения его состояния, с учетом многообразия влияющих парамет-
ров и ретуширует такую важную функцию как прогнозирование.
Рассмотрим первоначально основные понятия технической диагности-
ки, которые в нашей стране стандартизованы специальным ГОСТ 20911-89
“Техническая диагностика. Термины и определения” [20]. В соответ-
ствии со стандартом технической диагностикой определяется область
знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения техни-
ческого состояния объектов. При этом техническим состоянием назы-
вается состояние, которое характеризуется в определенный момент
времени при определенных условиях внешней среды, значениями пара-
метров, установленных технической документацией. Определение тех-
нического состояния объекта называется техническим диагностирова-
нием, и его задачами являются:
^контроль технического состояния;
)^поиск места и определение причин отказа (неисправности);
^прогнозирование технического состояния.
Термин “контроль технического состояния” означает проверку со-
ответствия значений параметров объекта требованиям технической до-
кументации, и определение на этой основе одного из заданных видов
технического состояния в данный момент времени.
Таким образом, перед диагностикой ставится две задачи: одна оп-
ределение технического состояния объекта и его соответствия задан-
ным параметрам и другая прогноз изменения этого состояния.
Развитие диагностики эксплуатируемого земляного полотна и в пер-
34
вую очередь методической базы способов диагностики, основанных на
геофизических методах, проводилось во ВНИИЖТе, в результате для
современных условий были подготовлены "Технические указания по
инструментальной диагностике земляного полотна”, которые утверж-
дены в МПС в 2000 г. [21]. В указаниях конкретизированы задачи диаг-
ностики земляного полотна, которая занимается:
"изучением и установлением параметров, признаков и причин неис-
правного состояния объектов земляного полотна (под "состоянием зем-
ляного полотна” следует понимать комплекс характеристик (парамет-
ров или признаков), оценивающих его работоспособность на данный
момент времени и в существующих условиях эксплуатации);
прогнозированием возможности возникновения деформаций земля-
ного полотна;
разработкой новых принципов, методов и технических средств диаг-
ностирования с целью обнаружения и локализации деформаций”.
Таким образом, для диагностики земляного полотна сформулирова-
ны, как и в ГОСТе, две задачи по отношению к диагностируемому объекту
и к ним добавлена третья, направленная на развитие самой диагности-
ки и заключающаяся в разработке способов и технических средств
диагностики.
4.2. Современные диагностические средства
Наибольшее распространение при обследовании земляного полот-
на, необходимом для определения его внутреннего строения, свойств
слагающих грунтов, а также причин деформирования, получили тради-
ционные способы диагностики, основанные на геологоразведочном бу-
рении и шурфовании. Учитывая трудоемкость, сложность выполнения
на эксплуатируемом земляном полотне и высокую стоимость этих ра-
бот, они выполняются работниками ИГБ или ПОС ЗП, как правило,
только на деформирующихся объектах.
Кроме традиционных способов изучения геологического строения зем-
ляного полотна в последние десятилетия все большее значение приобре-
тают различные геофизические методы, которые имеют ряд преимуществ
перед традиционными способами. Первым из геофизических методов при
обследовании железнодорожного эксплуатируемого земляного полотна в
конце 50-х годов был опробован метод электроразведки. Однако, слож-
ность в получении достоверных результатов, вызванная влиянием различ-
ных электрических помех, имеющих место в железнодорожном земляном
полотне, особенно на электрифицированных линиях, привела к ограни-
ченности распространения этого метода в последующем.
35
Более эффективным для выделения литологического строения верх-
них слоев земляного полотна оказалось использование метода электро-
динамического зондирования (ЭДЗ), разработанного в ЦНИИСе [22]. Этот
метод сочетает электроконтактное зондирование с динамической пенет-
рацией грунтов. Глубина исследований при ЭДЗ составляет 5 — 7 м. С
помощью данного метода эффективно определение в теле земляного
полотна или его основании прослоев слабого грунта, он может также
быть применен для оконтуривания границы оттаивания многолетнемерз-
лых грунтов или минерального дна для болот. Ограничением для метода
являются случаи, когда в грунтовой толще присутствует крупнообломоч-
ный материал. К недостаткам метода следует также отнести большую его
трудоемкость и точечность (как и при бурении) характеристики грунтово-
го массива.
Наибольшее распространение среди геофизических методов для ди-
агностики эксплуатируемого железнодорожного земляного полотна по-
лучили вибросейсмические методы [23]. В сейсмическом методе регис-
трируются скорости упругих волн, возбуждаемых в земляном полотне
ударной нагрузкой (типа молота). При этом исследуются зависимости
скоростей распространения ударных волн и их амплитудно-частотных
параметров в грунтовом массиве, что позволяет определять внутреннее
строение земляного полотна, ослабленные по прочности зоны грунта,
обнаруживать и оконтурить отдельные деформации в виде балластных
углублений и трещин, оценивать гидрогеологические условия. Вибра-
ционный метод заключается в исследовании колебательного процесса
грунтов земляного полотна под воздействием подвижной поездной на-
грузки.
К достоинствам вибросейсмической диагностики в сравнении с тради-
ционными способами следует отнести меньшую трудоемкость работ, и
возможность исследования грунтов в массиве, а не в отдельных точках,
что явилось принципиальным отличием позволяющим повысить досто-
верность результатов. В настоящее время на дороги поставляется компь-
ютеризированная сейсмостанция нового поколения “Диоген-24”, которая
имеет 24 измерительных канала и состоит из портативных переносных
блоков, включая персональную микро-ЭВМ и автономные источники пи-
тания.
С помощью вибросейсмической системы диагностики предлагается ре-
шение следующих задач [23]:
—	профилактического обследования для предварительной оценки
состояния земляного полотна и определения необходимости его де-
тального обследования;
36
—	детального обследования с целью разработки мероприятий по уси-
лению земляного полотна;
—	рекогносцировочной оперативной диагностики земляного полотна на
большой протяженности и выделения участков с повышенным уровнем ко-
лебательных процессов под воздействием поездной нагрузки;
—	детальной оценки динамического состояния сомнительных в от-
ношении надежности участков и аномальных зон;
—	режимных наблюдений за изменением состояния земляного по-
лотна в процессе эксплуатации при воздействии ударных нагрузок и
движении поездов с целью определения интенсивности развития де-
формации;
—	прогнозирования внезапных деформаций длительно эксплуати-
руемых насыпей;
—	контроля эффективности мероприятий по усилению земляного
полотна.
Наиболее перспективным для практического применения, с нашей
точки зрения, является установление вибросейсмических критериев,
характеризующих состояние земляного полотна и выход его на крити-
ческий уровень, что позволит применять вибросейсмические методы
для режимных наблюдений на отдельных сложных объектах в комплек-
се с другими методами.
Классификация таких критериев на основе наблюдений на эталон-
ных объектах создана, но для нахождения численных значений таких
критериев и их допустимых величин применительно к земляному полот-
ну в различных условиях необходимо дальнейшее исследование с про-
ведением большого объема натурных экспериментов.
Исследования ВНИИЖТа по сейсмодиагностике явились базой для
создания передвижной диагностической лаборатории земляного полот-
на на вагоне (ВИГО), которыми оснащаются, создаваемые дорожные
Центры диагностики. Передвижные лаборатории ВИГО позволяют ка-
чественно повысить уровень современной диагностики земляного по-
лотна, обеспечивая комплексность и мобильность проведения работ.
Первые две лаборатории ВИГО уже функционируют на Горьковской и
Октябрьской ж.д.
В последние годы для диагностики деформативности земляного по-
лотна НПФ “Спецмаш” совместно с ВНИИЖТом отрабатывается метод
оценки качества основания пути с помощью нагрузочного комплекса
ЛИГО СМ-460 [24]. Метод основан на непрерывном вдоль пути измере-
нии упругих осадок рельса под заданной нагрузкой. В качестве показа-
теля упругой осадки подрельсового основания пути принята линейная
37
доля упругой осадки рельса Yp, соответствующая осевой нагрузке 30 тс и
полученная по разности осадок при последовательных проходах нагрузоч-
ного комплекса с двумя различными нагрузками:
ур=^5&х30’	(4-1)
*2 М
где у2 — осадка рельса при втором проходе нагрузочного комплекса с
нагрузкой на ось Р2 (Р2~ 30 т/ось) и 4/; — соответственно осадка рель-
са при первом проходе нагрузочного комплекса с нагрузкой на ось Р1
(Р, = 10 т/ось).
Расчетное значение упругой осадки S, определяется на участке пути
протяжением в пикет по формуле
Sp = Vp+2-5a'	(4-2)
где Yp — средне пикетное значение осадки рельса при 30 т/ось, а о его
среднеквадратическое отклонение.
Степень соответствия расчетных величин упругих осадок опреде-
ляется сравнением их с нормируемыми значениями упругих осадок,
принимаемыми по табл. 4.1 в зависимости от скорости движения поез-
дов на участке [24].
ТАБЛИЦА 4.1.
НОРМИРУЕМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УПРУГИХ ОСАДОК
Максимальная скорость движения по участку, км/ч	160	200	250
Нормируемое значение упругой осадки, мм	3,8	3,4	3,0
При определении нормируемых значений упругой осадки было приня-
то, что доля упругой осадки балласта при его фиксированной толщине
под шпалой 35 см составляет постоянную часть (25%) общей осадки, а
величина осадки элементов верхнего строения постоянна и составляет
0,2 мм. Очевидно, что эти допущения требуют доказательства. Для такой
проверки нагрузочные испытания проходами нагрузочного комплекса на
участке пути линии Санкт-Петербург — Москва, проводившиеся в 1998 г.,
были дополнены статическими испытаниями в отдельных сечениях, где
упругая осадка под нагрузкой определялась поэлементно. По результатам
измерений оказалось, что наблюдается значительный разброс доли упру-
38
гой осадки отдельных элементов подрельсового основания в различных
сечениях. При этом доля осадки составляет:
в узле скрепления в среднем около 50%, изменяясь от 0,3 мм до
2,6 мм;
в балластном слое в среднем 2,5%, максимально доходя до значения
0,4 мм;
в земляном полотне в среднем также около 50%, изменяясь от
0,4 мм до 1,1 мм на участках с прочным основанием и от 1,2 мм до
4,0 мм на участках со слабым основанием.
Кроме того, анализ проведенных в 1997 и 1998 г.г. нагрузочных испы-
таний участков на линии Москва — Красное общим протяжением около
500 километров показал также, что:
—	не на всех участках удается проследить корреляцию результатов
нагрузочных испытаний с данными об инженерно-геологическом строе-
нии участка и стабильностью пути по измерениям путеизмерительного
вагона;
—	практически на всех участках болот, в том числе, которые наме-
чены к усилению, значения упругой осадки не превышали нормирован-
ные 3,4 мм и не отличались от прилегающих участков на прочных осно-
ваниях;
—	на ряде протяженных участков получено хорошее совпадение
статистических характеристик упругих осадок, измеренных в августе
1997 г. и в неблагоприятный период в мае 1998 г., вместе с тем отмече-
ны участки, где выявлено значительное увеличение (до 1 мм) деформа-
ции в мае 1998 г.;
—	разница измеренных осадок от нагружения одной и двумя осями
составляет для участков прочных оснований не более 10% и до 50%
при слабых основаниях.
Эти результаты показывают, что, несмотря на возможность с помо-
щью нагрузочных устройств получения непрерывно вдоль пути количе-
ственной оценки деформативности и неоднородной упругости, основ-
ным недостатком и препятствием для их эффективного использования
в настоящее время в качестве диагностического средства для земляно-
го полотна является сложность разделения общей осадки на составля-
ющие по элементам пути. Первый опыт разделения общей осадки по
элементам статическим нагружением в отдельных сечениях пока недо-
статочен для широкого использования и требует доработки и накопле-
ния материалов для различных случаев. В месте с тем возможность в
данном методе получения характеристик непрерывно по протяжению
представляется весьма ценным, что при его доработке и комплексном
39
использовании с другими методами может дать хороший результат по
контролю состояния земляного полотна.
Перспективным для диагностики земляного полотна также является при-
менение радиолокационного метода (георадар), которое только начинается
на наших дорогах [25]. Метод основан на определении геологических ха-
рактеристик земляного полотна и основания по параметрам коротких высо-
кочастотных электромагнитных импульсов от генератора, передаваемых и
принимаемых через антенны, расположенные на поверхности грунта. В ка-
честве параметров импульсов, определяющих геологические слои, их форму
и глубину расположения границ между ними, являются скорость распрост-
ранения волн и коэффициент поглощения. Глубина исследования грунтов
радиолокационным методом зависит от разрешающей способности геора-
дара и состава грунтовой толщи. Для глин, являющихся сильно поглощаю-
щими грунтами, толщина слоя, в котором происходит поглощение сигнала,
составляет 3—5 м, для песчаных грунтов исследуемая толща увеличивается
до 25—30 м.
Применение радиолокационного метода может быть эффективно для
сплошной диагностики протяженных участков земляного полотна. Гео-
радаром возможно проведение диагностики строения основной пло-
щадки земляного полотна (наличие балластных углублений), исследо-
вание строения приоткосных частей насыпей (определение размеров и
расположения балластных шлейфов), определение границ торфяных
грунтов в основаниях насыпей на болотах, а также границ расположе-
ния мерзлых грунтов.
Подробный перечень способов диагностики земляного полотна со
сферами их применения представлен в Технических указаниях [22].
На зарубежных железных дорогах также наряду с традиционными
методами обследования земляного полотна бурением и шурфованием
используются различные диагностические средства. На железных до-
рогах Германии, где большое внимание уделяется диагностике состоя-
ния верхней зоны земляного полотна, на дрезине создана специальная
грунтовая лаборатория, которая оснащена устройством по отбору проб
грунта [26]. Время отбора керна с грунтом с глубины до 1,35 м состав-
ляет 10 минут, а максимальная глубина обследования до 3,6 м. Дрези-
на для оценки несущей способности грунтов основной площадки обо-
рудована устройством, производящим штамповые испытания по методу
CBR (California — Bearing — Ratio — Test), применяющемуся во мно-
гих странах. Метод основан на измерении давления (Н/мм2), возни-
кающего при вдавливании штампа площадью 19,63 см2 со скоростью
1,25 мм/мин.
40
Национальное общество французских железных дорог (SNCF) ежегод-
но проводит большие работы по контролю устойчивости откосов насыпей
[27]. Контроль деформаций осуществляется как по поверхности геодези-
ческими методами с помощью использования высокоточных нивелиров,
теодолитов и дальномеров, так и на глубине по инклинометрам. Геодези-
ческие методы контроля на насыпях также применяются и в Германии.
На железных дорогах Японии испытывалась автоматизированная систе-
ма сбора и оценки метеорологических данных и контроля безопасности
движения RaMIOS [28]. В системе для оценки устойчивости земляного
полотна при выпадении дождей задействовано большое количество дис-
танционных датчиков влажности грунта, от которых информация в реаль-
ном масштабе времени передается в центральный пост управления для
компьютерного прогноза возможности возникновения сплывных деформа-
ций.
В ряде развитых стран (Канада, США, ФРГ, Япония) широкое при-
менение получило использование для диагностики грунтовых сооруже-
ний и в том числе земляного полотна железных дорог применение гео-
радаров. Так, на севере Канады георадар был успешно применен для
сплошного обследования участка линии Hudson Bay Railway протяжени-
ем 77 км с целью определения наличия и глубины залегания в основа-
нии мерзлоты [29]. Георадар с антеннами (частота импульса 120 МГц)
был установлен на тележку, которая перемещалась по рельсам со ско-
ростью 5 — 7 км/ч. Глубина обследования грунтов составила порядка
10 м. На продольном профиле вдоль пути по результатам локации был
составлен литологический разрез с выделением подошвы насыпных
грунтов и границы мерзлоты, по результатам которого принималось
решение об установке на участке охлаждающих устройств.
В Германии георадар успешно был использован для определения
очертания основной площадки земляного полотна на линии Leipzig —
Hof [30]. Учитывая, что основная задача стояла в обследовании верхнего
слоя массива толщиной до 1 м и требовалась точность определения грани-
цы между балластом и грунтом в несколько см, антенны были применены
с более высокой частотой — 500 МГц. Для просвечивания земляного
полотна на большую глубину использовались антенны с частотой 80 МГц.
При этом георадар был смонтирован на путевой дрезине и перемещался
со скоростью 10 км/ч. Обследование проводилось на пути с железобе-
тонными шпалами, которые не являлись непреодолимой помехой. На 3 км
участке для контроля и интерпретации результатов локации было пробуре-
но 8 скважин. На продольном разрезе по результатам обследования была
отмечена граница балласта и грунта земляного полотна, характерно, что
41
на отдельных участках был выделен промежуточный подбалластный слой,
включающий балластные материалы.
Приведенные данные показывают, что георадары могут быть эффек-
тивно использованы для сплошного обследования протяженных участков
и их преимуществами являются оперативность проведения работ и низкая
трудоемкость.
Как видно из обзора методов диагностики, они, включая и наиболее
современные, используются как разовые для определения состояния
земляного полотна и для установления возможных причин появления
деформаций. Вместе с тем для создания эффективной системы контро-
ля деформаций земляного полотна, позволяющей фиксировать их по-
явление на ранней стадии и обеспечивающей своевременное выполне-
ние работ по стабилизации и усилению наиболее опасных объектов,
необходимо проводить повторяющееся во времени слежение за этими
объектами с периодом, гарантирующим от неконтролируемого разви-
тия деформаций. Такое слежение во времени за состоянием различных
систем и отдельных объектов принято в различных областях науки и
техники и носит название мониторинга. Предпосылкой для создания
системы данного контроля состояния земляного полотна, т.е. системы
мониторинга, являются созданные в последнее время средства его ди-
агностики.
ГЛАВА 5. МОНИТОРИНГ
ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
5.1.	Основные понятия литомониторинга
В последнее время термин “мониторинг” нашел довольно широкое
распространение в различных сферах человеческой деятельности и в
это понятие вкладывается не всегда одинаковый смысл, поэтому для
четкости необходимо дать определение этому понятию в применении к
мониторингу земляного полотна железных дорог и разработать основ-
ные его принципы.
Термин “мониторинг” имеет происхождение из английского языка
от слова monitoring в его смысловом значении как контрольное наблю-
дение. Первое понятие мониторинга было принято в 1972 г. примени-
тельно к мониторингу окружающей среды и формулировалось как “си-
стема повторных наблюдений одного и более элементов окружающей
природной среды в пространстве и времени с определенными целями в
соответствии с заранее подготовленной программой” [31]. Теория мо-
ниторинга окружающей среды (другое название экологический монито-
ринг) в последующем получила значительное развитие в нашей стране
в трудах академика Ю.А. Израэля [32], который дополнил понятие мо-
ниторинга двумя важнейшими функциями. Он указал на то, что монито-
рингу присуще не только наблюдение, но и прогноз, и на то, что, в
конечном счете, мониторинг служит управлению состоянием окружаю-
щей среды.
Дальнейшее развитие теории мониторинга окружающей среды при-
вело к разделению общей системы мониторинга на подсистемы и раз-
работке и детализации понятий для подсистем, одной из которых (наи-
более близкой к рассматриваемому нами вопросу) является подсистема
мониторинга геологической среды или литомониторинг. Основные на-
учные работы по разработке литомониторинга относятся ко второй по-
ловине 80-х и 90-м годам.
Одним из важных понятий, введенных в литомониторинге, является
понятие природно-технической системы (ПТС) или геотехнической сис-
темы (ГТС), под которой понимается совокупность инженерного соору-
жения (комплекса инженерных сооружений) с частью геологической
среды в зоне его (их) влияния, имеющей операционально фиксирован-
ные границы [33]. Таким образом, при литологическом мониторинге
рассматривается геологическая среда уже не сама по себе, а во взаимо-
действии с инженерными сооружениями.
Обобщенное определение мониторинга геологической среды дано в
учебнике [31]: “Мониторингом геологической среды называется система
постоянных наблюдений, оценки, прогноза и управления геологической
средой или какой-либо ее частью, проводимая по заранее намеченной
программе в целях обеспечения оптимальных экологических условий для
человека в пределах рассматриваемой природно-технической системы”.
Схема функционирования системы мониторинга геологической сре-
ды во времени при этом наглядно представляется в виде раскручиваю-
щейся спирали (рис. 5.1), состоящей из циклов, каждый из которых
базируется на предыдущем и включает поочередно все четыре функции
к
Рис. 5.1. Схема функционирования литомониторинга по В.А. Королеву [31]
44
мониторинга: Н — наблюдения, О — оценка, П — прогноз и У —
управление..
Приведенное определение мониторинга геологической среды, сфор-
мировавшееся в ходе становления теории мониторинга, показывает прин-
ципиальную разницу между мониторингом и режимными наблюдения-
ми, которые входят в него только составной частью. Также видна раз-
ница между диагностикой и мониторингом, если функции первой зак-
лючаются в определении технического состояния объекта, сравнении
его с заданным и прогнозе изменения этого состояния, то для монито-
ринга характерно постоянное слежение за состоянием объекта и, кроме
того, добавляется функция управления состоянием.
В целом признаки, характеризующие мониторинг, формулируются
как [31]:
^целенаправленность — наличие целевой программы и выход на
конечную цель (управление ПТС);
^комплексность наблюдений — по целям и методике;
^системность — изучение взаимодействий прямых и обратных
связей;
^наличие автоматизированной информационной системы —
хранение и постоянное обновление информации.
5.2.	Мониторинг при проектировании
земляного полотна
Впервые экосистемный подход, базирующийся на принципах и поня-
тиях экологического мониторинга, применительно к проектированию
земляного полотна предложил А.А. Цернант [34]. Рассматривая земля-
ное полотно как геотехническую подсистему природно-технической сис-
темы железной дороги, в которой во взаимодействии и постоянном
подвижном динамическом равновесии находятся антропогенные (эгос-
фера, социосфера и техносфера) и природные (биосфера, гидросфера,
литосфера, газосфера и космосфера) компоненты, А.А. Цернант [35]
разработал общую модель экосистемного управления геотехнической
системой “Земляное полотно’1.
В модели земляное полотно представлено в виде многокомпонентной,
многоуровневой, иерархически организованной и диалектически развива-
ющейся системы, являющейся объектом управления. Функция управления
расписана в виде определенной последовательности процедур:
1)	формализация объекта управления (выявление взаимодействую-
щих компонентов и составление моделей ПТС);
----------------------------- 45 ----------------------------
2)	формирование дерева целей управления;
3)	определение ограничительных функций;
4)	информационное обеспечение и прогнозирование ближайших и
отдаленных последствий взаимодействия антропогенных и при-
родных компонентов ПТС;
5)	построение функционала управления;
6)	разработка и оптимизация сценариев управления (трасса, матери-
алы, конструкции, технологии, режимы эксплуатации);
7)	экспертизы и согласования;
8)	создание механизмов реализации сценариев управления.
Схема управления в модели расписана во взаимосвязи на всех ста-
диях жизненного и инвестиционного циклов функционирования систе-
мы, начиная со стадии идеи и проекта до стадии эксплуатации и рекон-
струкции. Мониторинг входит в структуру управления, являясь органи-
ческой частью информационного обеспечения геотехнической системы
"земляное полотно”.
Модель экосистемного управления геотехнической системой “земля-
ное полотно”, предложенная А.А. Цернантом, хотя и предназначена
для применения при проектировании, но общий системный подход,
заложенный в ней, и структура пространственно-временных соотноше-
ний (уравнений равновесия) между внешними воздействиями и значи-
мыми параметрами компонентов ПТС могут быть эффективно использо-
ваны при разработке системы мониторинга земляного полотна в период
эксплуатации.
5.3.	Геокриологический мониторинг
земляного полотна
Постановка геокриологического мониторинга для земляного полотна БАМа
(частный случай мониторинга земляного полотна в условиях распростране-
ния многолетнемерзлых пород), как составная часть программы стабилиза-
ции земляного полотна и предотвращения развития неблагоприятных мерз-
лотных процессов, рассмотрена В.Г. Кондратьевым [36]. При этом в работе
выделяется пять взаимосвязанных задач, как они были поставлены в зада-
нии МПС для Мосгипротранса на геокриологическое обследование и мони-
торинг участков БАМа в октябре 1988 — мае 1990 гг.:
1)	Провести инженерно-геокриологическое обследование для уста-
новления реальной мерзлотной обстановки, "больных” мест и
причин их возникновения.
2)	Разработать прогноз изменения мерзлотных условий и появления
в связи с этим новых “больных” мест.
-----------------------------46-------------------------------
3)	Разработать мероприятия по предотвращению, ослаблению или
подавлению неблагоприятных инженерно-геокриологических про-
цессов.
4)	Разработать программу геокриологического мониторинга — сис-
темы натурных наблюдений за изменением мерзлотных условий
в ходе естественной эволюции природы и под воздействием тех-
ногенных факторов.
5)	Разработать предложения по организации и структуре мерзлот-
ной службы БАМ для постоянного контроля обеспечения устой-
чивости железнодорожных объектов и охраны геокриологичес-
кой среды, режимных наблюдений за динамикой мерзлотной
обстановки, систематического изучения воздействия криогенных
процессов на магистраль и оперативной корректировки меропри-
ятий по противомерзлотной защите ее.
Следует отметить, что работа по проведению комплексного инженер-
но-геологического обследования и мониторинга земляного полотна БАМа,
организованная МПС и Байкало-Амурской ж.д., по сути явилась пер-
вым опытом системного подхода к решению задачи повышения надеж-
ности земляного полотна в пределах целой дороги с разработкой науч-
но-обоснованной программы и привлечением к ее выполнению боль-
шого количества научных, проектных и строительных организаций во
взаимодействии с подразделениями службы пути.
Оценивая в целом положительно опыт постановки задачи системно-
го подхода к повышению эксплуатационной надежности земляного по-
лотна БАМа, следует отметить, что трактовка геокриологического мони-
торинга земляного полотна, предложенная в [36], только как системы
натурных наблюдений, является слишком узкой в сравнении с рассмот-
ренными выше определениями литомониторинга и с ней нельзя согла-
ситься. Правильнее в соответствии с общими положениями основателей
теории мониторинга к мониторингу земляного полотна БАМа отнести
решение всех пяти задач.
Следует отметить, что этот недостаток был исправлен в следующей
работе В.Г. Кондратьева и В.А. Позина, посвященной разработке кон-
цепции системы инженерно-геокриологического мониторинга строя-
щейся линии Беркакит — Томмот — Якутск [37]. В этой работе уже
понятие мониторинга приведено в соответствие с учебником [31] и его
функционирование представляется в виде спирали, включающей на
каждом цикле: наблюдения, оценку опасности инженерно-геокриоло-
гических процессов, прогноз их развития и управление этим развити-
ем.
47
Таким образом, анализ работ в области общего мониторинга окру-
жающей среды и мониторингов геологической среды и геотехничес-
ких систем показывает, что к настоящему времени сформировались
как теоретические принципы и понятия, так и сделаны первые шаги в
применении его для рассматриваемого нами объекта — земляного
полотна железных дорог. Это создает предпосылки для создания сис-
темы мониторинга эксплуатируемого земляного полотна железных до-
рог.
ГЛАВА 6. ОСНОВЫ МОНИТОРИНГА
ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
6.1. Определение понятий геотехнической системы
“земляное полотно” и мониторинга его состояния
Основываясь на фундаментальных положениях экологического и лито-
логического (как его составной части) мониторинга, а также положениях
экосистемного метода, разработанного А.А. Цернантом, введем основные
понятия для мониторинга земляного полотна при эксплуатации железных
дорог.
Примем исходно понятие мониторинга, как определенную процедуру
управления состоянием геотехнической системы, осуществляемую по целе-
вой программе и состоящую из:
^визуальных наблюдений и измерения параметров системы;
^оценки по результатам визуальных наблюдений и измерений пара-
метров состояния системы;
^прогноза развития состояния системы;
^разработки сценариев по управлению системой, заключаю-
щихся в рекомендациях (при необходимости) изменения ее конструк-
тивных параметров и (или) технологических режимов функционирова-
ния.
В этом случае для формулирования понятия “мониторинг земляного
полотна” необходимо первоначально произвести формализацию понятия
“земляное полотно” как геотехнической системы, являющейся объектом
управления, сформулировать для этой системы цели управления и ограни-
чительные функции допустимого ее состояния.
Геотехннческая система земляное полотно (ГТС ЗП) может быть
рассмотрена как подсистема в природно-технической системе же-
лезнодорожный путь (ПТС ЖДП)3 (рис. 6.14), которая взаимодей-
ствует с другими подсистемами и выполняя функцию фундамента в
3 ПТС ЖДП в свою очередь является подсистемой для системы более вы-
сокого ранга — железная дорога.
4 На схеме земляное полотно представлено насыпью, но аналогичная схема
может быть и для выемки.
49
Окружающая	m Поездная
среда Верхнее строение JL нагрузка
гтс
зп
Земляное полотно
Геологическая
среда
Основание
(зона влияния на
геологическую среду)
Рис. 6.1. Схема геотехнической системы земляное полотно железных дорог
конструкции железнодорожного пути обеспечивает стабильность
положении верхнего строения пути в пространстве в течение задан-
ного срока эксплуатации, что может быть представлено в виде основ-
ных зависимостей:
S(0<[S) и [/] ,
uL
(6.1)
при 0 < t < t ,
Г	экс’
где8(/) — перемещение границы раздела между подсистемами земляное
полотно и верхнее строение железнодорожного пути в момент
времени /*,
[S] — допустимое значение перемещения границы раздела между под-
системами земляное полотно и верхнее строение железнодорож-
ного пути, определяемое техническими требованиями к качеству
. железнодорожного пути;
- I ' — производная перемещения границы в продольном и поперечном
направлениях относительно оси железнодорожного пути;
[/] — допустимое значение неравномерности перемещения (уклоны)
границы раздела между подсистемами земляное полотно и верх-
нее строение железнодорожного пути в продольном и попереч-
ном направлениях, определяемое техническими требованиями к
качеству железнодорожного пути.
При этом следует отметить, что для длительно эксплуатируемого зем-
ляного полотна часто сложно провести границу между балластным слоем
и непосредственно грунтами земляного полотна, поэтому в ряде случаев
зависимости (6.1) должны рассматриваться для всего подшпального осно-
вания без разделения на балластный слой и земляное полотно. И тогда в
уравнении (6.1) уровнем, на котором будут определяться перемещения S(f)
dS(f) .
и их производная , будет уровень подошвы шпал.
В состав ГТС ЗП кроме комплекса инженерных сооружений самого
земляного полотна (определяется Инструкцией ЦП-544[2]) включено осно-
вание (зона влияния технического сооружения — земляного полотна на
геологическую среду). Влияние надсистемы “железная дорога" на схеме
представлено в виде внешней поездной нагрузки.
Исходя из места и назначения ГТС ЗП в общей системе ПТС ЖДП,
сформулированных выше, целевая функция управления может быть опре-
делена как обеспечение надежности земляного полотна на заданном уров-
не в течение всего срока эксплуатации, что может быть записано, как
известно из теории надёжности, в виде
R = 1 - Р > [R],	(6.2)
где R — показатель надежности (вероятность безотказной работы) земля-
ного полотна за период эксплуатации t (лет);
Р — вероятность отказа земляного полотна за период времени t (лет),
т.е. вероятность не выполнения одного или совместно двух усло-
вий (6.1);
[R] — заданный (допустимый) показатель надежности для земляного
полотна.
Величина заданного уровня (показателя) надежности земляного полот-
на при этом определяется критериями двух типов: безопасностью движе-
ния (главный) и экономической эффективностью и зависит от степени
опасности возникновения деформации и категории линии, на которой
расположен рассматриваемый объект земляного полотна.
Надежность земляного полотна (выполнение условий (6.1 и 6.2)) обес-
печивается не выходом его в течение срока эксплуатации за предельные
состояния (ограничительные функции системы согласно экосистемного
метода [35]), которые приводят к отказу в работе. А.А. Цернант рассмат-
ривает ограничения только по первой группе предельного состояния (усло-
вия прочности и устойчивости) [35], в то время как правильнее для отраже-
ния фактических процессов, протекающих в объектах земляного полотна,
учитывать обе группы предельных состояний: первую и вторую. Так,
51
В.В. Виноградов при определении вероятности отказа насыпей останавли-
вается на трех условиях не превышения допустимых параметров [38]: об-
щей устойчивости и несущей способности (первая группа предельных со-
стояний) и упругих осадок (вторая группа предельных состояний).
Тогда условия не выхода земляного полотна за предельные состояния
первой и второй групп в течение срока эксплуатации (т.е. критерий ста-
бильности) можно записать как:
условие прочности грунтаTmax(f) <[?];
условие устойчивости у-
(6.3.а)
(6.3.6)
M^>Y .
условие деформативности E(t) < [е] ;	(б.З.в)
во временном интервале 0 < t< t зкс для всех трех условий,
где ттах(0 — максимальные касательные напряжения в точке грунтового
массива ГТС ЗП на текущий момент времени Г,
[т] — допустимые касательные напряжения по одному из условий проч-
ности (например, Мора-Кулона, Треска-Хила или другие);
Tyd(t) или Myd(t) — суммарная удерживающая сила или удерживаю-
щий момент, действующие по поверхности смещения, пересека-
ющей поперечный профиль ГТС ЗП на текущий момент време-
ни Г,
Tcd(t) или MJt) — суммарная сдвигающая сила или сдвигаю-
щий момент, действующие по поверхности смещения, пересе-
кающей поперечный профиль ГТС ЗП на текущий момент вре-
мени С
у— заданный коэффициент запаса для единичного объекта ГТС
ЗП;
s(t) — обобщенное понятие деформации единичного объекта ГТС ЗП
на текущий момент времени t (в качестве деформации здесь
рассматриваются различные деформации: осадки, просадки, де-
формации морозного пучения и т.д.);
[е] — предельно допустимое значение деформации единичного объек-
та ГТС ЗП;
t3Kc — срок эксплуатации единичного объекта ГТС ЗП.
52
Во всех случаях, в течение всего срока эксплуатации должны быть
выполнены:
условие (6.3.а) в каждой точке грунтового массива, принадлежащей
ГТС ЗП;
условие (6.3.6) для любой поверхности смещения, пересекающей попе-
речный профиль, для всех поперечных профилей ГТС ЗП;
условие (6.3.в) для всех единичных объектов ГТС ЗП.
Условия (6.3.) раскрывают сущность общего условия (6.1), для выпол-
нения которого необходимо, чтобы были выполнены все три условия
(6.3). Из условий (6.3) может быть записана функция надежности работы
ГТС ЗП (вероятности сохранения состояния ГТС ЗП в пространстве допус-
тимых значений) в виде:

R(t) = 1-P(t) = PT^t) > TJt)« Mxd(f) >Mcd
E(0<[£]
(6.4)
при 0 < t < t .
~	ЭКС
Выход земляного полотна на предельное состояние является результа-
том сложного многомерного, многофакторного, стохастического процес-
са, определяемого условиями взаимодействия ГТС ЗП с другими подсисте-
мами ПТС ЖДП, окружающей и геологической средой, а также меняющи-
мися в результате этого взаимодействия свойствами самой ГТС ЗП. Учиты-
вая сложность создания полных адекватных теоретических моделей, опи-
сывающих поведение ГТС ЗП и выход ее на предельные состояния, более
правильно решение задачи получить синтезом теоретических построений и
регулярных натурных измерений параметров, определяющих состояние ГТС
ЗП, т.е. использовать мониторинг.
Определение для понятия мониторинга земляного полотна, исходя из
сформулированных выше понятий “геотехнической системы земляное по-
лотно”, цели управления системы и ограничительных функций допустимо-
го ее состояния, может быть предложено следующим:
мониторинг земляного полотна железных дорог — это система
слежения во времени за его состоянием, включающая повторяющи-
еся визуальные и инструментальные наблюдения, оценку их ре-
зультатов, прогноз изменения состояния, с целью выявления на-
ступления моментов близких к предельным, после которых эксплуа-
тационная надежность снижается ниже допустимых значений, а также
на их основе разработку сценариев управления, позволяющих вы-
вести земляное полотно на нормальный режим эксплуатации.
53
6.2. Структурные схемы мониторинга земляного
полотна и его основные функции
Рассмотрим иерархическое построение системы ГТС ЗП. Следуя поло-
жениям экосистемного метода, в системе ГТС ЗП может быть выделено
5 уровней (рис. 6.2). Данная структура построена по принципу вложения
подсистем более низкого уровня в подсистемы более высокого уровня,
что может быть записано как
МА э ЕМб з ЕМВ 2 2МГ 2 2МД ,	(6.5)
где МА, МБ, Мв, Мг и Мд — множества элементов подсистем соответствен-
но на мега-, макро-, мезо-, мини- и микро-
уровнях.
Уровень системы:
Мега (А)
Дорога
Макро (Б)
Мезо (В)
Мини (Г)
Микро (Д)
Рис. 6.2. Структурно-иерархическая схема ГТС ЗП.
Рассмотрим качественную характеристику каждого уровня, выделенно-
го в структурно-иерархической схеме.
Верхний уровень (мега-уровень) представляет земляное полотно в пре-
делах железной дороги, как наиболее крупного структурного подразделе-
ния МПС, являющегося центром по управлению функционированием сис-
темы. На уровне дороги осуществляется планирование работ по содержа-
-------------------------------54--------------------------------
нию земляного полотна с учетом распределения инвестиций; ведется сбор,
обработка, анализ и хранение информации; выполняется инженерная под-
держка обследовательских и проектных работ.
Макро-уровень составляет подсистема земляного полотна в пределах
одного направления дороги, характеризующегося примерно одинаковыми
внешними для системы эксплуатационными параметрами нагрузок (грузо-
напряженность, скорость, нагрузки на ось и т. д.), и являющаяся однород-
ной по предъявляемым к ней требованиям по уровню надежности. Подси-
стема земляного полотна на макро-уровне по отношению к выполнению
целевой функции — пропуску подвижного состава с заданными скоростя-
ми, является единой, т.к. отказ одного из элементов приводит к сбою всей
подсистемы. Земляное полотно на многопутных участках на макро-уровне
для каждого пути, как правило, входит в свою подсистему. На этом уровне
производится выделение основных направлений и малодеятельных участ-
ков.
Мезо-уровень представляют единичные объекты земляного полотна,
на которые по принципу однотипности конструкции (насыпь, выемка, нуле-
вое место и. т. д.) делится земляное полотно направлений. Это основной
уровень, обеспечивающий выполнение функциональной задачи земляного
полотна, и уровень, на котором определяется надежность и по отношению
к которому производится управление.
Мини-уровень составляют отдельные элементы единичного объекта
земляного полотна (основная площадка, откосные части, ядро насыпи,
основание, защитные и укрепительные сооружения и. т. д.). Выделение
данного уровня позволяет при управлении целенаправленно выделять сла-
бые зоны, требующие усиления.
Микро-уровень выделяет в единичных объектах отдельные инженер-
но-геологические элементы (ИГЭ), что является характеристикой на уровне
материала (грунта). Важным на данном уровне являются свойства матери-
ала, определяющие способность выполнения единичным объектом или его
элементом возложенных на них функций.
Представленная иерархия ГТС ЗП на верхних мега- и макро уровнях
включает в себя всю совокупность единичных объектов земляного полот-
на, расположенного в пределах выделенных пространственных структур в
виде единых множеств, без разделения их по типам конструкции земляно-
го полотна (насыпь, выемка) и предрасположенности этих объектов к тем
или иным деформациям. Вместе с тем причины и природа возникновения
разных типов деформаций различны, также значительно отличаются по-
следствия от их возникновения и цена принятия управленческого решения,
поэтому целесообразно предусмотреть процедуру выделения из единых
55
множеств на двух верхних уровнях подмножеств по типам возможных де-
формаций. Такая процедура может быть записана как:
М{х,...хп)эМ1{х1|1,... xmh} U M2{xi|2)... xk|2} IJ Mj{Xi|j,... XslJ, (6.6)
при этом, как правило,
j
Ем (Em + Хк + ... + Е^),	(6.7)
।
где М {х, ... хп} — основное множество единичных объектов на мега- или
макро- уровне, включающее всю совокупность из п
единичных объектов в пределах дороги (мега-уровень)
или в пределах выделенного направления (макро-уро-
вень);
MJxJ., ... xj.} — подмножество из s единичных объектов, предрасполо-
женных к возникновению /го типа деформации, выде-
ленное из основного множества единичных объектов
М {х, ... хп}.
Условие (6.7) показывает, что не обязательно количество единичных
объектов в основном множестве будет совпадать с суммой единичных
объектов всех выделенных из него подмножеств по типам деформаций.
Это условие следует из того, что часть единичных объектов основного
множества может входить в несколько подмножеств одновременно (пред-
расположенность объекта к нескольким типам деформаций), а другие не
входить ни в одно подмножество (условно не деформируемые объекты).
Процедуре выделения подмножеств должно предшествовать кодирова-
ние типов деформаций, по которым и производится классификация еди-
ничных объектов. Следует также отметить, что процедура отнесения еди-
ничного объекта к тому или иному подмножеству по типу возможных
деформаций является неформальной и не всегда очевидной, но очень
важной, определяющей во многом, как организацию мониторинга, так и
его эффективность.
Рассмотрим схему функционирования мониторинга земляного полотна
во временном аспекте. Общая схема выполнения четырех основных функ-
ций (наблюдения, оценка, прогноз и управление) для мониторинга земля-
ного полотна может быть представлена, также как и в литомониторинге
[31], организацией циклов во времени в виде раскручивающейся спирали
(см. рис. 5.1). При этом в схеме в отличие от литомониторинга, монито-
ринг земляного полотна на первой стадии начинается с функции оценки
56
результатов наблюдений, накопленных за предыдущие годы до его орга-
низации. На первом же цикле при осуществлении этапа прогнозирования
проводится разработка целевой программы мониторинга, с которой и на-
чинается мониторинг в полном его смысле.
Оценивая структуру подразделений МПС России, можно предложить
объединить функции оценки и прогноза в единый аналитически-прогноз-
ный блок и возложить их выполнение на создаваемые на дорогах Дорож-
ные центры диагностики, где для этих целей необходимо организовать
аналитическую группу, оснастив ее современной вычислительной техни-
кой. Для выполнения функций аналитически-прогнозного блока могут так-
же привлекаться научные и проектные организации.
Настоящий блок является центральным в схеме мониторинга: через
него осуществляется переработка и передача восходящего информацион-
ного потока от измерительно-контрольного блока к блоку управления и
прохождение обратного нисходящего потока управленческих решений. Блок-
схема функционирования для трехзвенной системы мониторинга земляно-
го полотна приведена на рис. 6.3.
Рис. 6.3. Блок-схема функционирования мониторинга земляного полотна
57
Главный блок по принятию управленческих решений — блок управле-
ния может быть сформирован под руководством Службы пути с подключе-
нием центра диагностики, научных и проектных организаций для разра-
ботки сценариев управления объектами и проектно-сметной документации
для усиления. Неотложные управленческие решения по режимам эксплуа-
тации единичных объектов могут приниматься также на уровне дистанции
пути.
Третий блок системы, выполняющий измерительно-контрольные функ-
ции, формируется на базе центра диагностики (обследовательская группа)
и работников дистанции пути. При необходимости проведения специаль-
ных режимных наблюдений могут подключаться научные организации, а
при необходимости выполнения объемных обследований, включающих в
себя инженерно-геологические и инженерно-геофизические работы, —
проектные организации.
Привязав блок-схему функционирования мониторинга земляного по-
лотна к схеме его функционирования во времени можно получить стадий-
ность проведения мониторинга с выделением на каждой стадии процедур,
которые должны быть выполнены. Схема такой стадийности, являющаяся
программой действий, представлена в табл. 6.1.
Из анализа набора процедур, которые необходимы при проведении
мониторинга (табл. 6.1), вытекает, что для разработки системы монито-
ринга необходимо решение следующих научных задач:
—	разработка алгоритма выделения потенциально опасных объектов;
—	разработка методики определения показателей надежности для зем-
ляного полотна отдельных объектов и направлений;
—	разработка и обоснование системы методов наблюдения за состоя-
нием земляного полотна;
—	разработка моделей формирования основных типов деформаций и
их экспериментальная проверка;
—	разработка для основных типов деформаций теоретических основ
управления процессами деформирования;
—	создание способов управления надежностью объектов земляного
полотна;
—	разработка подсистем мониторинга земляного полотна по отдель-
ным видам деформаций.
ТАБЛИЦА 6.1.
СТАДИЙНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ МОНИТОРИНГА
СТАДИЯ	БЛОК	ПРОЦЕДУРА
1	Аналитически- прогнозный	Анализ информации, имеющейся до начала мониторинга Разработка стратегии мониторинга Составление моделей деформирования Определение потенциально опасных объектов (объекты с низкой на- дежностью) Выбор объектов мониторинга Составление методик обследования и наблюдений Разработка моделей управления для объектов с низкой надежностью
	Управления	Разработка сценариев управления (выбор режима эксплуатации и методов усиления) для объектов с низкой надежностью Разработка проектно-сметной документации на усиление объектов Составление общего инвестиционного плана для ГТС ЗП Разработка директивных планов для аналитически-прогнозного и измерительно-контрольного блоков
2	Измерительно- контрольный	Проведение обследований Наблюдения за выбранными объектами Передача информации в аналитически-прогнозный блок
	Аналитически- прогнозный	Анализ информации, полученной дополнительно при обследовании и наблюдениях Проведение прогнозных расчетов деформирования объектов Корректировка стратегии мониторинга и методик обследования и на- блюдений Уточнение перечня потенциально опасных объектов и объектов мо- ниторинга Выделение объектов, требующих усиления и изменения режимов эксплуатации
	Управления	Корректировка сценариев управления для объектов с низкой надеж- ностью Разработка проектно-сметной документации на усиление Разработка программы наблюдений после проведения работ по уси- лению Корректировка общего инвестиционного плана для ГТС ЗП Передача директивной информации в аналитически-прогнозный и измерительно-контрольный блоки
3	Измерительно- контрольный	Проведение дополнительных обследований Наблюдения за выбранными объектами с низкой надежностью и объектами после усиления по откорректированной программе Передача информации в аналитически-прогнозный блок
	Аналитически- прогнозный	Повторение процедур стадии 2 на новом уровне
	Управления	Повторение процедур стадии 2 на новом уровне
59
ГЛАВА 7. ВЫБОР ОБЪЕКТОВ
МОНИТОРИНГА И РАНЖИРОВАНИЕ
ИХ ПО СТЕПЕНИ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ
ОПАСНОСТИ
7.1.	Определение потенциально опасных объектов
Надзор за земляным полотном в соответствии с Инструкцией по его
содержанию [2] осуществляется на всем протяжении без исключения, но,
очевидно, что организовать мониторинг с инструментальным контролем
всех объектов земляного полотна экономически нецелесообразно и прак-
тически невыполнимо. Поэтому одной из первых задач для постановки
мониторинга земляного полотна является выбор объектов для организа-
ции инструментального наблюдения с определением набора измеряемых
параметров и разработкой методики проведения наблюдений.
Исходя из определения мониторинга земляного полотна, объектами
наблюдений должны быть объекты, на которых может наступить сниже-
ние эксплуатационной надежности, приводящее к наступлению отказа либо
объекты, на которых уже имеются частичные отказы. Тогда вероятность
появления отказа P(t) (формула 6.4) на таких объектах должна быть
больше заданной (допустимой) величины
P(t)> [Р]	(7.1)
во временном интервале 0< t< t .
{\ля того чтобы определить величины вероятностей отказов, входящих
в уравнение (7.1), необходимо вначале установить для объектов земляно-
го полотна временной интервал t . В технической, научной и норматив-
ной литературе при указании срока службы для земляного полотна желез-
ных дорог фигурируют понятия длительного срока (эксплуатации) [3, 15]
или неопределенно долгого срока [2], данных о конкретном численном
значении нам неизвестно. Такое понятие для срока службы земляного
полотна вытекает из того, что оно остается не заменяемым элементом
конструкции пути за все время эксплуатации железной дороги. Это спра-
ведливо для большинства объектов земляного полотна, старейшие из ко-
торых эксплуатируются на Российских железных дорогах более 150 лет,
но отсутствие численных значений не позволяет оценивать вероятность
отказа. Косвенно срок службы земляного полотна может быть принят
100 лет, исходя из нормы амортизационных отчислений на восстановле-
но
ние земляного полотна принятых 1% в соответствии с постановлением
Совета Министров СССР от 22.10.90 г. № 1072.
Для определения вероятности отказа объекта земляного полотна вос-
пользуемся тем, что эти объекты в случае отказа являются восстанавлива-
емыми, тогда срок службы объекта земляного полотна может быть заме-
нен временем наработки на отказ. Учитывая разнообразие деформаций
земляного полотна и неравнозначность последствий отказов, к которым
они приводят, целесообразно дифференцировать временной интервал, в
котором определяется вероятность отказа по видам деформаций.
В зависимости от последствий отказов, к которым приводят деформа-
ции, продолжительности развития процессов деформирования, а также
периодичности проведения ремонтов пути и требований к ним в соответ-
ствии с Техническими условиями [18], разделим основные типы деформа-
ций земляного полотна5 на три категории:
1	категория — деформации основания земляного полотна, связанные с
многолетним развитием геологических процессов, в ре-
зультате которых может произойти нарушение целостности
земляного полотна, приводящее к полным отказам;
^2 категория — деформации тела земляного полотна, развитие которых
может привести к полным отказам в результате нарушения
целостности земляного полотна либо деформации
основания земляного полотна, развитие которых может
привести к частичным или постепенным отказам;
^3 категория — деформации основной площадки земляного полотна или
верхней рабочей зоны, развитие которых может привести
к частичным или постепенным отказам.
К первой категории можно отнести деформации, вызванные развитием
оползневых процессов на косогорах, а также провалы в результате вытаи-
вания ледяных линз в многолетнемерзлых грунтах, на закарстованных
территориях и болотах III типа. Для этих объектов характерно длительное
развитие процессов, при этом в течение десятилетий объект внешне может
оставаться неизменным, обеспечивая стабильное положение верхнего стро-
ения пути. Деформации носят, как правило, внезапный, катастрофический
характер, приводя к полным отказам. Предупреждение деформаций и уст-
ранение их последствий трудоемко и дорогостояще. Подтверждением это-
5 Повреждения и загромождения классификации [3] (из-за обвалов, осы-
пей, лавин, селей, землетрясений, наледей) в работе не рассматриваются, т.к.
каждый тип из них имеет свои особенности и требует специального исследова-
ния.
61
го служит эксплуатация пути на Батракском, Ульяновском (Куйбышевская
ж.д.), Ардашинском (Горьковская ж.д.), Увекском (Приволжская ж.д.) и
других известных оползневых косогорах, на которых деформации продол-
жаются длительное время (до 100 лет) с периодическим затуханием и
активизацией, несмотря на значительный объём осуществляемых противо-
оползневых мероприятий. Учитывая изложенное, для этих деформаций
должен приниматься максимальный срок наработки на отказ. Назначим
эту величину t9Kc = 100 лет, ориентируясь на процент амортизационных
отчислений и срок, принятый при вероятности превышении расходов па-
водков для железнодорожных мостов и труб [16].
Ко второй категории будем относить деформации откосов насыпей и
выемок в виде смещений и сдвигов (сплывные деформации), размывы и
подмывы земляного полотна, а также осадки из-за деформаций оснований
(оттаивание многолетнемерзлых грунтов, слабые основания). Объедине-
ние в одну категорию деформаций откосов, вызывающих полные отказы с
деформациями основания, которые приводят к частичным отказам, пред-
лагается, ввиду того, что устранение причин возникновения последних
требует, как правило, сложных мероприятий капитального характера. Де-
формации откосов земляного полотна, а также его водоразмывы, приво-
дящие к полным отказам, происходят, как правило, при неблагоприятных
климатических условиях, возникновение которых имеет определенную пе-
риодичность. Так при анализе сплывных деформаций высоких насыпей на
Московской и Северной ж.д. за 50 лет была установлена периодичность
частоты их появления 22 года и 13—15 лет (рис.7.1).
Рис. 7.1. Распределение сплывов по годам
62
Исходя из периода повторяемости лика деформаций, а также периодич-
ности проведения капитальных ремонтов пути, составляющей в современ-
ных условиях 15 — 30 лет [18], к которой целесообразно приравнять пери-
одичность усиления объектов земляного полотна, примем для этой катего-
рии величину t3Kc = 25 лет.
Третью категорию составят деформации в виде балластных углубле-
ний основной площадки, пучины и весенние просадки при оттаивании.
Эти деформации приводят к частичным и постепенным отказам и причи-
ны их возникновения могут быть наиболее легко устранены при усиле-
нии основной площадки в ходе выполнения капитального или усилен-
ного среднего ремонтов пути. Учитывая, что периодичность среднего
ремонта пути составляет половину от периодичности капитального ре-
монта, а также, что при назначении противопучинных мероприятий ве-
роятность не превышения климатических параметров принимается с де-
сятилетним периодом [17], для этих деформаций установим величину
t =10 лет.
зкс
Допустимые величины вероятности отказа [Р] для объектов земляного
полотна, на которых возможны выделенные категории деформаций, могут
быть заданы, исходя из условия возникновения не более одного отказа за
временной интервал f , тогда:
>для объектов земляного полотна, где возможны деформации
1 категории при t = 100 лет [Р] = 0,01;
>для объектов земляного полотна, где возможны деформации
2	категории при t3Kc = 25 лет [Р] = 0,04;
>для объектов земляного полотна, где возможны деформации
3	категории при t3Kc = 10 лет [Р] = 0,1.
От допустимых вероятностей отказов можно, используя определение
(6.2), перейти к значениям допустимых показателей надёжности объектов
земляного полотна:
>для объектов, где возможны деформации 1 категории [R] = 0,99;
>для объектов, где возможны деформации 2 категории [R] = 0,96;
>для объектов, где возможны деформации 3 категории [R] = 0,90.
Таким образом, объектами мониторинга с применением инструменталь-
ных наблюдений должны быть объекты, у которых величина вероятности
отказа P(t) больше допустимой для возможного типа деформации величи-
ны [Р] во временном интервале 0< t< t .
Разделим всю совокупность рассмотренных объектов с пониженной
надёжностью на две части: объекты, которые в текущий момент деформи-
руются (деформирующиеся объекты), и объекты, не имеющие деформа-
ций. Последние будем считать потенциально опасными.
63
7.2.	Определение показателей надежности земляного
полотна отдельных объектов и направлений
Для определения потенциальной опасности объекта земляного полотна,
необходимо нахождение его показателя надежности /?^или связанной с
ним величины вероятности отказа P(t). Прямой путь нахождения R(t) (ус-
ловие 6.4) заключается в многократном решении уравнений состояния объекта
(6.3) при всех возможных во временном интервале 0< t< ^изменяющих-
ся внешних параметрах и переменных характеристиках самого объекта. На-
зовем условно для использования дальше в работе этот метод решения
математическим. Причем он объединяет в себе как аналитические, так и
численные подходы. Сложность его даже в детерминистической постановке
(при фиксированных параметрах и характеристиках) состоит в приближенно-
сти большинства моделей, описывающих процессы деформативности, а так-
же необходимости для их применения получения большого количества ис-
ходных данных, требующих значительного объема обследований.
Можно полностью согласится с мнением М.Н. Гольдштейна [39], кото-
рый, указывая на не точность расчётов перемещений и деформаций земля-
ных сооружений, объяснял их недостаточной определенностью исходных
данных из-за разнообразия природных условий, неоднородностью, ани-
зотропией и неустойчивостью механических свойств грунтов, формировав-
шихся в переменных геологических и термодинамических условиях. Для
эксплуатируемых земляных сооружений, кроме того, добавляется возмож-
ность длительного накопления во многих случаях отклонений состояния и
поведения реальных объектов от расчетных моделей.
Дополнительные трудности в расчете показателей надёжности возника-
ют при переходе от детерминистической модели к стохастической. Учиты-
вая, данные сложности использования прямого пути при определении по-
казателей надежности земляного полотна, рассмотрим другие возможные
подходы решения этой задачи.
Г.Г. Коншин [23] при прогнозировании деформативности эксплуатируе-
мого земляного полотна железных дорог выделяет три основных метода:
статистический, граничных испытаний и инструментальный. При этом он
определяет:
статистический метод как метод прогнозирования моментов отказов
какого-либо объекта на основе обработки результатов достаточно полно-
ценной и математически обоснованной информации об имевших уже ра-
нее место отказах как отдельных частей, так и объекта в целом;
метод граничных испытаний — метод, при котором прогнозируемые
параметры объекта находятся в условиях ускоренных (утяжеленных) поле-
вых, стендовых или модельных испытаниях;
------------------------------64-------------------------------
инструментальный метод — метод, когда наблюдениями с помощью
диагностической аппаратуры и оборудования устанавливается техническое
состояние объекта и контролируется его изменение.
Каждый из этих методов для прогнозирования надежности земляного
полотна имеет свои преимущества и недостатки, рассмотрим их по отдель-
ности.
Статистический метод позволяет непосредственно по принципу “черно-
го ящика”, имея перечень отказов за период эксплуатации, построить кри-
вую отказов и вычислить показатель надежности объекта. Метод имеет
наиболее простую процедуру вычисления показателя надежности и не тре-
бует проведения каких-либо дополнительных специальных обследований с
целью получения исходных данных. Применение метода возможно, если
объект находится в эксплуатации достаточно большой период и при этом
фиксировались отказы, если же отказов не было, нельзя спрогнозировать
надежность объекта на перспективу. Кроме того, недостатком метода явля-
ется ограниченность его применения при изменении условий функциони-
рования объекта относительно ретроспективной выборки наблюдений.
Метод граничных испытаний дает возможность, смоделировав пре-
дельные условия эксплуатации, получить ответ, может ли возникнуть
отказ на объекте в наихудших условиях. При этом моделироваться могут
как существующие условия функционирования объекта, так и любые
ожидаемые в перспективе, что выгодно отличает метод от других. К
недостаткам метода следует отнести его трудоемкость и необходимость
получения большого количества исходных данных, что ограничивает его
применение отдельными наиболее ответственными объектами. Кроме того,
метод, являясь по сути детерминистическим (испытания проводятся толь-
ко на предельном уровне), не позволяет численно оценить показатель
надежности, ответ дается в двоичной системе: объект надёжен даже в
экстремальных условиях или он деформировался. Использование в ме-
тоде сочетания наихудших условий приводит, как правило, к занижен-
ным результатам надежности.
Инструментальный метод позволяет непосредственно контролировать
состояние конкретного объекта земляного полотна, но для определения
показателей надежности его необходимо проведение длительного цикла
наблюдений. Кроме того, для эффективности анализа получаемых резуль-
татов наблюдений должны быть определены граничные значения измеря-
емых параметров, которые устанавливают снижение надежности объекта
до предельного уровня. Эти граничные значения могут быть установлены
либо из практического опыта, либо найдены другим методом (граничные
испытания, математический метод). Недостатком метода является нереаль-
65
ность установления инструментальных наблюдений на всех объектах зем-
ляного полотна.
Таким образом, обзор методов определения показателей эксплуата-
ционной надёжности показывает, что эта проблема является весьма слож-
ной и многоплановой, и она не исчерпывается имеющимися разработ-
ками.
Предложим алгоритм комплексного поэтапного подхода к определению
показателей надёжности объектов земляного полотна в пределах дороги
или отдельного направления (мега и макро уровни системы ГТС ЗП) с
использованием на отдельных этапах разных методов.
В основу алгоритма положим следующие пять принципов.
Принцип 1. Показатели надёжности объектов земляного полотна и их
ранжирование по степени потенциальной опасности определяются отдель-
но по каждому возможному виду деформаций.
Принцип 2. Показатель надёжности отдельного объекта земляного
полотна имеет малую достоверность в виду небольшого статистического
ряда наблюдений, поэтому надежность оценивается через осредненный
показатель надежности, определяемый для однородной группы объек-
тов6.
Принцип 3. Формирование групп однородных объектов производится
по равенству выбранных на основе моделей деформирования значимых
параметров объектов, в качестве которых принимаются физические харак-
теристики. Формирование группы по признаку наличия или отсутствия на
объекте отказов (отнесение в группу только деформирующихся объектов
или наоборот) не допускается.
Принцип 4. Учитывая известную периодичность изменения климати-
ческих условий, связанную с солнечной активностью, отрезок времени, по
которому оценивается надёжность, принимается, как правило, не менее
полного солнечного цикла в 22 года при деформациях гравитационной
природы и полуцикла в 11 лет при деформациях, в основе которых лежат
температурные поля.
Принцип 5. За объектами с показателями надёжности ниже допусти-
мых значений устанавливается мониторинг, включающий инструменталь-
ные наблюдения, по результатам которого показатели надёжности отдель-
ных объектов постоянно уточняются.
Следуя предложенным принципам, в алгоритме определения показате-
лей надёжности может быть выделено также пять этапов.
6 Принцип соответствует системному подходу группирования объектов при-
нятому в [6].
66
Этап 1. Выделение подмножеств (классов) объектов земляного полот-
на, которые должны быть проверены на потенциальную опасность по
отношению к выбранному типу деформации — логический анализ на
уровне основных моделей процессов деформирования.
Этап 2. Разделение подмножеств по основным параметрам на группы
объектов, однородные относительно вероятности появления на них де-
формации выбранного типа — метод природных аналогий.
Этап 3. Определение показателя надёжности группы и проверка груп-
пы на однородность — метод статистических испытаний.
Этап 4. Ранжирование групп по степени надёжности, определение по-
тенциально опасных объектов и выбор объектов для мониторинга, вклю-
чающих потенциально опасные и деформирующиеся объекты, а также
технико-экономический анализ.
Этап 5. Мониторинг объектов земляного полотна и корректировка по
его результатам показателей надёжности — инструментальный и матема-
тический методы.
Первый этап характерен тем, что по каждому возможному виду дефор-
мации на основе логического анализа из общего множества объектов,
исключая те объекты, где развитие данной деформации теоретически или
практически невозможно, выделяется подмножество объектов (процедура,
описываемая уравнением (6.6)), среди которых происходит поиск объектов
потенциально опасных к данному виду деформации.
Так, например, деформации земляного полотна при оттаивании много-
летнемерзлых грунтов возможны только при наличии в основании мерзло-
ты, поэтому все участки, где известно, что мерзлых грунтов нет, априори
могут быть исключены из перечня потенциально опасных участков на воз-
никновение таких деформаций.
Другим примером, являются невысокие насыпи, где маловероятно по-
явление сплывных деформаций откосов. Анализ всех случаев сплывных
деформаций на насыпях Московской ж.д. (одна из наиболее пораженных
этим видом деформации дорог на сети) за почти 50 летний срок показал,
что все сплывы (155 шт.) происходили на насыпях высотой более 4 м,
причем 93,6% из них на насыпях высотой от 6 м. Аналогичный анализ
для Северной дороги, показал, что из 77 сплывов все происходили на
насыпях высотой от 6 м. Вместе с тем для обеих дорог суммарное количе-
ство сплывов, приходящихся на насыпи ниже 8 м, уже составляло около
30%, что свидетельствует о достаточно значимой вероятности получения
сплыва на насыпях высотой от 6 м до 8 м (рис. 7.2). Таким образом,
можно считать, что для этих дорог появление сплыва на насыпи ниже 6 м
является весьма маловероятным событием.
67
Рис. 7.2. Кумулятивные кривые количества сплывов в зависимости от высоты насыпи
На втором этапе из каждого подмножества (класса) объектов должны
быть сформированы группы, содержащие объекты однородные по вероят-
ности появления на них деформации данного типа. Деление на группы
производится по примерному равенству наиболее значимых параметров,
выбранных с использованием моделей деформирования земляного полот-
на и метода природных аналогий, т.е.
Mj{xid, ...xs.j)arji{xi.i,...xs1.i} U Гj2{xi.2,...Xs2-2}U -	...xs,.,};(7.2)
при Е Si = s;
ai-t = a2-i= •..= aSi-iJ
b-|.| = Ьг-i = • • •= bsj-i,
C1 -i = C2-i = ... = Cgi-i И etc.,
где M.{x1... xs j} — подмножество изв единичных объектов, предраспо-
ложенных к возникновению j-ro типа деформации, выделен-
ное из основного множества единичных объектов М{х1# ... хп};
Г.{х1 ,...xsi.} — i-ая группа из единичных объектов, выделенная из
М. подмножества, имеющая одинаковые основные параметры
as). , bsM , с , etc. и обладающая равными вероятностями
появления на них данного j-ro типа деформации.
-------------------------------------68--------------------------------------—
Предположим, что процедура выделения классов и групп выполнена и
по каждому /тому классу объектов сформировано 7 однородных групп.
Рассмотрим определение показателя надежности объекта земляного по-
лотна 7-ой однородной группы с помощью метода статистических испыта-
ний.
Будем считать, что за s. единичными объектами, входящими в 7-ую
группу, в течение t сезонов велись наблюдения и за это время имелось
суммарно т отказов. Примем, что поведение одного объекта земляного
полотна в сезоне является единичным статистическим испытанием, при
котором возможно два результата: объект оставался исправным либо объект
имел отказ в работе, тогда количество статистических испытаний составит
п = t х s , а вероятность отказа в ходе испытаний
<7-3>
/
Учитывая, что группа объектов выбрана однородной, можно условно
считать, что статистические испытания проводились как бы для одного
объекта, тогда осредненный показатель надёжности объектов земляного
полотна 7-ой группы определится условием
R = 1-Р,,	(7.4)
Полученные значения /? сравниваются с допустимым значением пока-
зателя надёжности [R], К потенциально опасным относятся объекты, у
которых R. < [R]. В зависимости от значений R производится ранжиро-
вание групп объектов по степени потенциальной опасности.
Как видно из приведенных выкладок, определение показателя надёж-
ности объекта земляного полотна свелось к простейшим математическим
процедурам, но для того чтобы быть уверенным в результатах определе-
ния показателей надёжности необходимо выполнение нескольких требова-
ний: количество испытаний должно быть достаточно большим, а объекты
земляного полотна, входящие в группу быть однородными. Рассмотрим
эти требования по отдельности.
7.2.1.	Определение количества статистических испытаний
Необходимое количество испытаний при оценивании вероятности отка-
за объекта земляного полотна может быть найдено, исходя из предельных
теорем теории вероятностей [40]. Используя неравенство Чебышева и тео-
рему Муавра-Лапласа при предположении о нормальном законе распреде-
69
ления вероятности отказа (что справедливо при увеличении числа испыта-
ний) можно получить [41], что при числе испытаний
(л f
р
П~ 28	<7-5>
V )
с вероятностью, не меньшей р, можно быть уверенным, что абсолютная
погрешность определения в ходе испытаний значенияр.по (7.3) не превы-
сит величины 8. Здесь \ аргумент функции Лапласа при значении ее р.
Зададимся величинами р и 8 для определения необходимого количе-
ства испытаний в зависимости от последствий отказов, к которым приво-
дят деформации, т. е. принятой категории деформации:
для деформаций	1 категории	—	р	=	0,Р9и8	= 0,05;
для деформаций	2 категории	—	р	=	0,96 и 8	= 0,05;
деформаций	3 категории	—	р	=	0,90 м 8	= 0,10.
Тогда необходимое минимальное число испытаний составит:
для деформаций 1 категории — п = 666;
для деформаций 2 категории — п — 422;
для деформаций 3 категории — п = 68.
Минимальное число однородных объектов в группе может быть найде-
но, если известна продолжительность сезонов наблюдений t. При этом
эта продолжительность в соответствии с принципом 4 должна быть не
менее 22 лет при деформациях гравитационной природы и 11 лет при
деформациях, в основе которых лежат температурные поля.
7.2.2.	Проверка статистической однородности
групп объектов земляного полотна
Для оценки достоверности полученных показателей надежности необ-
ходимо убедится в статистической однородности выделенной группы объек-
тов земляного полотна. Рассмотрим возможный алгоритм проверки груп-
пы на статистическую однородность. Разобьем произвольно выбранным
образом группу объектов земляного полотна на две подгруппы так, чтобы
в каждой подгруппе оказалось равное число статистических испытаний
п1 — п 2 = 0,5п,	(7.6)
где п — количество статистических испытаний в группе, а п1 и п 2 соответ-
ственно в первой и второй подгруппах.
Тогда задача о статистической однородности группы может быть сведе-
на к задаче проверки двух выборок на принадлежность их к одной гене-
70
ральной совокупности. В математической статистике существует несколько
путей решения таких задач [42]. Воспользуемся одним из наиболее про-
стых и эффективных способов проверки однородности выборок, который
основан на анализе четырехклеточных таблиц, имеющих вид, представлен-
ный в табл. 7.1.
ТАБЛИЦА 7.1.
ЧЕТЫРЕХКЛЕТОЧНАЯ ТАБЛИЦА ДЛЯ АНАЛИЗА СТАТИСТИЧЕСКОЙ
ОДНОРОДНОСТИ ГРУППЫ ОБЪЕКТОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
МНОЖЕСТВО	КОЛИЧЕСТВО СОБЫТИЙ		ЧИСЛО СТАТИСТИЧЕ- СКИХ ИСПЫТАНИЙ
	ОТКАЗ( +)	ОТСУТСТВИЕ ОТКАЗА (—)	
1 подгруппа	а	в	а + b = П!
2 подгруппа	с	d	с + d = п2
Группа	а + с	b + d	п 1 + П 2= п
Статистическая нуль-гипотеза состоит в том, что две выборки (1 и 2
подгруппы) объектов земляного полотна принадлежат к одной генераль-
ной совокупности (группе) объектов. Проверка статистической гипотезы
производится по /2-критерию, вычисляемому по данным четырехклеточ-
ной таблицы
А	(a + c)(b + d)’
которое сравнивается с критическим значением двухстороннего -крите-
рия, находимого из /2-распределения в зависимости от вероятности ошибки
а. Если вычисленное по формуле (7.6) %2 <Ха» то нуль-гипотеза с вероят-
ностью ошибки а принимается, и группа объектов считается однородной.
В противном случае нуль-гипотеза отвергается, и группа не может считать-
ся статистически однородной. Вероятность ошибки для проверки одно-
родности группы может быть принята а = 0,05 и тогда %2 = 2,706.
Проверка на статистическую однородность может быть проведена и с
целью укрупнения групп, полученных на основе метода природных ана-
логий (этап 2), тогда строится четырехклеточная таблица, в которой груп-
пы играют роль подгрупп, а место группы занимает новая группа, объеди-
ненная из двух групп. Далее выполняется сравнение /2-критериев. При
неравенстве величин статистических испытаний в двух группах общая
формула для вычисления четырехклеточного /2-критерия записывается в
виде [42]
	______n(ad - be)2____	я
*______________________________________________(a + b)(c + d)(a + c)(b + d) ’
--------------------------------- 71----------------------------------
Показатель надёжности объекта земляного полотна, определенный по
формуле (7.4), позволяет ранжировать их по степени потенциальной опас-
ности и наметить программу организации мониторинга за наиболее опас-
ными объектами. В то же время при принятии управленческих решений по
повышению надёжности для более высоких (мега- и макро-) уровней сис-
темы ГТС ЗП важно также иметь информацию о количестве потенциально
опасных объектов, которые определяют надёжность этих подсистем в це-
лом.
С точки зрения функционирования надсистемы “железная дорога” вы-
ход из работы любого объекта земляного полотна на участке между двумя
узловыми станциями равносилен отказу на всем участке, поэтому схема
подсистемы “земляное полотно” участка для определения ее надёжности
может быть представлена как последовательное соединение элементов —
объектов земляного полотна. Тогда показатель надёжности подсистемы
участка земляного полотна гАБ между узловыми станциями А и Б в соот-
ветствии с теорией надёжности будет равен произведению показателей
надёжности отдельных объектов (элементов), расположенных на данном
участке
/ = п
ГАБ = П R;,	(7.9)
/ = 1
При этом показатель надёжности участка также как и показатель
надежности отдельного объекта, определяется по отношению к одному
конкретному виду деформации.
При сравнении показателей надёжности различных участков между со-
бой для целей очередности назначения противодеформационных мероп-
риятий необходимо, исходя из требований ресурсосбережения, учитывать
классность пути на участке. Для пути более высокого класса минимальные
показатели надёжности также должны быть выше. Для высоких насыпей с
потенциальной опасностью к сплывам были предложены значения допус-
тимых показателей 1гдб1 для участков в зависимости от класса пути
(табл. 7.2), которые вошли в технические указания [43].
ТАБЛИЦА 7.2.
ДОПУСТИМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ НАДЕЖНОСТИ ЗЕМЛЯНОГО
ПОЛОТНА УЧАСТКА ДОРОГИ !где1
Класс пути	1	2	3	4 и 5
Показатель 1гАб!	0,933	0,900	0,857	0,800
72
Величина показателя участка дороги гДБ, получаемая по формуле (7.9)
должна быть больше минимальной величины 1гДБ1, принимаемой для каж-
дого участка дороги по табл. 7.2 в зависимости от классности пути. На тех
участках дороги, где это условие не выполняется должны предусматри-
ваться мероприятия по стабилизации и усилению высоких насыпей, а до
их проведения устанавливать более тщательные наблюдения и надзор за
высокими насыпями.
По данной методике были определены показатели надежности участ-
ков Московской ж.д. по потенциальной опасности высоких насыпей к сплы-
вам. Из 27 выделенных участков дороги на 10 направлениях были не
выполнены условия по допустимой надёжности (табл. 7.3)7.
ТАБЛИЦА 7.3.
ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ УЧАСТКОВ
НА МОСКОВСКОЙ Ж.Д.
№	Участок дороги	Протя- жение, км	Класс пути	Количество насыпей, шт.	Количество сплывов за ЗОлет	Где,
1	Москва — Александров	112	2	43	7	0,788
2	Рязань — Кустарёвка	209	2	43	13	0,806
3	Ожерелье — Павелец	135	2	63	6	0,779
4	Москва — Тула	191	2	78	5	0,824
4	Тула — Горбачево	78	2	54	4	0,793
5	Москва — Шаховская	155	2	41	8	0,773
6	БМО (81 км — Михнево)	265	2	80	65	0,075
7	Горбачёве — Сухиничи	144	3	49	6	0,839
8	Орёл — Верховье	92	3	47	8	0,748
9	Тупик — Плеханово	139	3	78	6	0,815
7 Расчёт проводился по состоянию на начало 1994 г.
73
ГЛАВА 8. МЕТОДЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО
КОНТРОЛЯ ПРИ МОНИТОРИНГЕ
8.1.	Общие требования к выбору методов
инструментального контроля при мониторинге
Общие требования к методам инструментального контроля при мони-
торинге объектов ГТС ЗП вытекают из его цели, сформулированной
выше как выявление наступления моментов, близких к предельным со-
стояниям, после которых может наступить снижение эксплуатационной
надёжности ниже допустимых значений, и разработке сценариев управ-
ления, позволяющих вывести земляное полотно на нормальный режим
эксплуатации.
Таким образом, инструментальный контроль состояния объектов зем-
ляного полотна должен предоставлять информацию, позволяющую своев-
ременно:
выявлять снижение эксплуатационной надёжности объекта до предель-
ного значения;
давать возможность принятия оптимальных управленческих решений.
Общие черты, которые по возможности должны иметь методы инстру-
ментального контроля, могут быть сформулированы как: целенаправлен-
ность, оперативность, объективность, полнота, малая трудоемкость и эко-
номичность.
Целенаправленность предполагает четкое определение объекта и пара-
метров контроля, которые, как неоднократно подчеркивалось ранее, зави-
сят от типа возможной деформации земляного полотна. Поскольку конт-
роль состояния объекта исходно рассчитан на изменчивость во времени
отдельных параметров, определяющих его надёжность, то и слежение (из-
мерение) должно осуществляться только за параметрами, переменными во
времени.
8.2.	Анализ методов инструментального контроля
при мониторинге
Все переменные во времени параметры состояния объектов земляного
полотна могут быть разбиты на три группы, характеризующие:
напряженно-деформированное состояние, температурный и влажност-
ный режимы.
Деформационные параметры в соответствии с основным уравнением
(6.1) напрямую определяют его надёжность, поэтому они наиболее разра-
74
ботаны и имеют наибольшее распространение. Для этой группы парамет-
ров характерны следующие виды наблюдений:
1)	наблюдение за изменением высотного и планового положения кон-
трольных точек на поверхности объекта земляного полотна геодези-
ческими и геоинформационными методами;
2)	наблюдение за изменением геометрии рельсовой колеи по показа-
ниям путеизмерительного вагона;
3)	определение деформационных свойств подрельсового основания пути
с помощью нагрузочных поездов (комплекс ЛИГО или аналогичные
устройства);
4)	наблюдение за изменением параметров волновых процессов в точ-
ках земляного полотна с помощью геофизических методов;
5)	наблюдение за перемещениями точек внутри грунтового массива
объекта земляного полотна с помощью установки в скважины глу-
бинных реперов либо инклинометров;
6)	определение напряжений в точках земляного полотна с помощью
датчиков (мессдоз).
Для других параметров объектов земляного полотна могут быть орга-
низованы наблюдения за изменением:
температуры грунта в скважинах (для объектов расположенных на мно-
голетнемерзлых грунтах);
уровня грунтовых вод на объектах в специально оборудованных сква-
жинах или дренажных сооружениях;
влажности грунтов с помощью геолокации либо с применением уста-
навливаемых в тело земляного полотна датчиков влажности;
другие специальные наблюдения.
Анализируя виды наблюдений за параметрами состояния земляного
полотна, можно заметить, что сферой применения большинства из них,
особенно традиционно используемых, в виду трудоемкости являются еди-
ничные объекты ограниченного протяжения. И только наблюдениями за
изменением геометрии рельсовой колеи по показаниям путеизмерительно-
го вагона, определением деформационных свойств подрельсового основа-
ния пути с помощью нагрузочного поезда и геолокацией состояния грун-
тов может быть охвачено значительное протяжение земляного полотна
направлений железных дорог. Поэтому последние представляют интерес
для постановки мониторинга на мега- и макро- уровнях (в пределах дороги
либо направления) и, особенно, для массовых видов деформаций. В тоже
время более трудоемкие наблюдения экономически целесообразны в пер-
вую очередь на отдельных объектах земляного полотна, где возможны
деформации 1 категории (с t3Kc = 100 лет и [Р] = 0,01).
75
8.3.	Методика оценки состояния
земляного полотна на основе показателей
путеизмерительных вагонов
Путеизмерительные вагоны являются одним из основных диагности-
ческих средств, используемых в путевом хозяйстве, с помощью которых
регулярно контролируется геометрия рельсовой колеи всех главных путей
железных дорог. Порядок измерения и регистрации путеизмерительным
вагоном геометрических параметров рельсовой колеи, а также их расшиф-
ровка, оценка и принятие мер по обеспечению безопасности движения
поездов при обнаружении неисправностей на железных дорогах России
регламентируется [44].
Вместе с тем вся идеология контроля направлена на своевременное
обнаружение и устранение отдельных неисправностей, которые могут
привести к снижению безопасности движения поездов, и не предполагает
анализа причин появления этих неисправностей. Хотя информация о ха-
рактере неисправностей, их развитии и повторении может оказаться по-
лезной для установления причин возникновения, в том числе и служить
индикатором проявления деформаций земляного полотна. Для использо-
вания информации путеизмерительного вагона в качестве инструменталь-
ных наблюдений мониторинга земляного полотна должна быть разрабо-
тана специальная методика, включающая критерии по опознаванию воз-
никновения его деформаций. Рассмотрим основные теоретические аспек-
ты методики инструментальных наблюдений мониторинга земляного по-
лотна на основе информации путеизмерительного вагона о геометрии
рельсовой колеи.
8.3.1.	Сфера применения по видам деформаций
земляного полотна
Путеизмерительный вагон производит измерение геометрии рельсовой
колеи, поэтому на основе его информации могут быть выявлены только те
деформации земляного полотна, которые приводят к искажению геомет-
рии рельсовой колеи. Но, учитывая, что основная функция земляного
полотна определена именно в обеспечении стабильности верхнего строе-
ния пути (условие (6.1)), эти деформации и представляют наибольший
интерес.
Исходя из классификационных признаков, к деформациям земляного
полотна (по классификации, принятой в паспортных формах АГУ-14), вы-
76
зывающих искажения геометрии рельсовой колеи, в первую очередь могут
быть отнесены:
—	балластные углубления основной площадки;
—	пучины и весенние пучинные просадки пути;
—	осадки, в том числе: верхней рабочей зоны земляного полотна; тела
насыпей; при расползании насыпей; основания на слабых грунтах и
болотах; при протаивании многолетнемерзлых грунтов в основа-
ниях;
—	сплывные деформации откосов насыпей с захватом основной пло-
щадки;
—	оползни при расположении земляного полотна, непосредственно на
оползневом косогоре;
—	деформации земляного полотна под рельсошпальной решёткой,
вызванные карстовыми процессами.
Данные деформации составляют абсолютное большинство по протя-
жению деформаций и включают те из них, предупреждение и ликвида-
ция которых определены в качестве приоритетного направления (см. гла-
ву 1).
Для возможности использования информации путеизмерительного ва-
гона в качестве наблюдений мониторинга земляного полотна должно вы-
полняться условие, чтобы развитие данных деформаций до предельно
допустимых значений происходило в течение срока, превышающего время
между проходами путеизмерительного вагона, а величина деформации,
регистрируемая вагоном, быть меньше самой предельной величины, т.е.
выполняться условия:
n t0 < t(si и n So < [S],	(8-1)
где t0 — время между проходами путеизмерительного вагона;
t(S] — время, за которое деформация земляного полотна достигает
допустимой величины;
п — число проходов путеизмерительного вагона, отражающее коэффи-
циент запаса; и > 3;
s0 —• величина деформации земляного полотна, которая может быть
обнаружена путеизмерительным вагоном;
[S] — допустимая величина деформации земляного полотна.
Эти условия особенно важны для последних трех (сплывы, оползни и
карст) из перечисленных выше видов деформаций, которые во многих
случаях могут закончиться катастрофическими деформациями, вызываю-
щими полные отказы пути.
77
83.2.	Выбор параметров геометрии рельсовой колеи
для мониторинга земляного полотна
Путеизмерительный вагон системы ЦНИИ-2, являющийся основным
типом на Российских железных дорогах, контролирует следующие основ-
ные параметры рельсовой колеи:
—	ширина колеи;
—	положения рельсовых нитей по уровню;
—	просадки рельсовых нитей;
—	положение пути в плане.
Рассмотрим, какой из параметров рельсовой колеи, измеряемый путе-
измерительным вагоном, наиболее чувствителен к деформациям земляно-
го полотна.
Ширина колеи определяется качеством верхнего строения пути (скреп-
лений и шпал) и мало зависит от деформаций земляного полотна, поэтому
корреляция данного параметра с деформациями земляного полотна отсут-
ствует.
Сравнивая величины деформаций земляного полотна в вертикальном и
горизонтальном направлениях для одного поперечного сечения, на стадии
малых их значений8, можно утверждать, что, как правило, превалируют
вертикальные деформации, т.е.:
h > а ,	(8.2)
где h и а — соответственно вертикальные и горизонтальные деформации
земляного полотна.
Это обстоятельство может быть объяснено тем, что основные нагрузки
на земляное полотно, как от воздействия поездов, так и постоянные, свя-
заны с силами гравитации и имеют действие в вертикальной плоскости.
Тогда и изменение параметров рельсовой колеи при деформации земляно-
го полотна будет выше для просадок и уровня, чем для положения ее в
плане.
Оценим теперь чувствительность к вертикальным деформациям земля-
ного полотна двух параметров рельсовой колеи в вертикальной плоскости:
просадок рельсовых нитей и положения рельсовых нитей по уровню. Уро-
вень представляет собой разность просадок, поэтому его изменение после
деформирования земляного полотна при одинаковом направлении дефор-
8 Не рассматриваются стадия катастрофических деформаций земляного
полотна, когда нарушается целостность его конструкции и происходит потеря
устойчивости.
78
мации двух нитей имеет меньшую величину, чем изменение как минимум
просадок одной из двух нитей, т.е.:
| Длр I > I Ду I V I Ддев I > I Ду I v I Апр I > I Ay | & I Алев I > I Ау |
(8.3)
при Дпр > о & Алев > 0 v Дпр < о & Алев < О,
где Ду = Дпр ~ Длев — изменение уровня после деформации земляного
полотна;
Дпр и Длев — изменение после деформации земляного полотна проса-
док соответственно по правой и левой рельсовым нитям.
Случай, когда изменение просадок по разным нитям имеет противопо-
ложное направление, возможен, но практически маловероятен, поэтому
рассматривать его не имеет смысла.
Исходя из приведенных выкладок, можно считать, что наиболее чувстви-
тельными к деформациям земляного полотна являются просадки рельсовых
нитей, которые и следует принять в качестве параметра для его мониторинга.
Рассмотрим схему измерения просадок рельсовых нитей путеизмери-
тельным вагоном ЦНИИ-2 и определим численное соотношение измеряе-
мых величин с фактическими значениями вертикальных перемещений рельса,
которые могут быть следствием деформаций земляного полотна.
Измерение просадок рельсовых нитей путеизмерительным вагоном ЦНИИ-
2 осуществляется на базе 2,7 м, поэтому величина просадки при ее длине
до 5,4 м измеряется без искажения. Для более длинных просадок проис-
ходит искажение фактической величины в сторону ее уменьшения.
Рассмотрим идеальный случай длинной (L > 5,4 м) одиночной просадки
рельсовой нити, изменяющейся, как это часто принимается для железнодо-
рожного пути [45], по косинусоиде (синусоиде), тогда схема измерения для
просадки длиной более 5,4 м будет иметь вид представленный на рис. 8.1.
79
В соответствии со схемой при длине просадки L (/_> 5,4 м) путеизме-
рительным вагоном измеряется не полная величина фактической просад-
ки Н, а некоторая уменьшенная величина Л, зависящая от длины просад-
ки. Величина h является максимумом текущей разности ординат Л на
базе 2,7 м
где упн уз — ординаты просадок соответственно под передним и задним
колесами.
Величина максимальной просадки h, замеряемая путеизмерительным
вагоном, находится из дифференцирования выражения (8.4) и при равен-
стве первой производной нулю, тогда
h =Н sin^-,	(8.5)
Запишем это выражение относительно величины Н, тогда
Н = hcosec^^- = hknpt	(8.6)
где кпр _ коэффициент перехода.
Точность измерения величины просадки путеизмерительным вагоном
при длине до 5,4 м составляет ± 1 мм, тогда чувствительность к измене-
нию величины просадок рельсовой колеи за два измерения для проса-
док данной длины может быть принята До = 2 мм. С увеличением длины
неровности чувствительность к величине просадки будет ухудшаться про-
порционально к . Значения кпр от величины измеренной просадки
к величине фактической и чувствительность к изменению величины
просадки Ао в зависимости от ее длины (кратной 5,4 м) приведены в
табл. 8.1.
Анализируя данные табл. 8.1, можно отметить, что чувствительность
измерения просадок рельса путеизмерительным вагоном ЦНИИ-2 остается
ТАБЛИЦА 8.1.
КОЭФФИЦИЕНТЫ ПЕРЕХОДА кпр И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ До.
L, м	<5,4	8,1	10,8	16,2	21,6	43,2	86,4
kip	1,00	1,15	1,41	2,00	2,61	5,13	10,20
До, мм	2,0	2,3	2,8	4,0	5,2	10,2	20,4
80
удовлетворительной (в пределах 10 мм) при длине просадок до 40 м, а на
более длинных неровностях она становится невысокой. Для оценки вели-
чины чувствительности измерения просадок путеизмерительным вагоном,
сравним их с номинальными величинами отступлений по просадкам, уста-
новленными [44] и приведенными в табл. 8.2. При этом оценке подлежат
просадки только на длине до 6 м.
ТАБЛИЦА 8.2.
ВЕЛИЧИНЫ ОТСТУПЛЕНИЙ ПО ПРОСАДКАМ В СООТВЕТСТВИИ
С ИНСТРУКЦИЕЙ [44].
Степень отступле- НИЯ	Величина просадки, мм при установленной скорости движения поездов в км/ч (числитель пассажирские, знаменатель грузовые)				
	121—140/81—90	61—120/61—80	41—60	16-40	15
1	10	10	12	15	18
II	15	20	25	30	35
III	20	25	30	35	45
IV	>20	>25	>30	>35	>45
За критическую величину отступления может быть принята величина
при III степени отступления, при превышении которой необходимо вводить
ограничение скорости движения. Как видно, значения просадок, соответ-
ствующих III степени отступления, даже при скоростях до 140 км/ ч, в
10 раз превышают чувствительность измерений коротких просадок. Рост
просадок от I степени отступлений до 111 также в пять и более раз больше
чувствительности измерений. Таким образом, чувствительность измерений
коротких просадок до наступления ограничений скорости (частичный от-
каз) оказывается высокой.
833. Выбор критериев по просадкам рельсовой колеи
для мониторинга земляного полотна
1)	Среднеквадратическое отклонение величины просадок
Рассмотренная схема отдельной просадки является идеализированной,
которая в реальности невозможна. Фактически продольный профиль по-
ложения рельсовой нити представляет собой случайную функцию, в кото-
рой одновременно присутствуют просадки в широком спектре длин.
Деформирующиеся участки земляного полотна так же, как правило,
характеризуются протяжением от десятка до сотен метров, поэтому пра-
81
вильнее оценивать их стабильность по изменению геометрии рельсовой
колеи тоже участками, а не отдельными короткими отрезками до 6 м.
Подход к оценке ровности геометрии рельсовой колеи на участках пути
через статистические показатели широко используется за рубежом для
диагностики верхнего строения пути [46] и планирования работ по выправ-
ке пути. В качестве критерия качества ровности пути в таких системах
используется среднеквадратическое отклонение (СКО) просадок рельса,
измеренных путеизмерительным вагоном для участков пути протяжением
200—300 м. Системы планирования на основе данных путеизмерительных
вагонов разработаны во многих европейских странах [47 — 49], а также в
США и Канаде [50].
Различные исследователи при этом отмечают прямую зависимость из-
менения величины СКО (накопления расстройств геометрии рельсовой ко-
леи) от пропущенного тоннажа. Так характерный график изменения вели-
чины СКО(а) с ростом пропущенного тоннажаТ, взятый из работы [49],
представлен на рис. 8.2. Аналогичная линейная связь величины СКО для
просадок по данным путеизмерительного вагона Mauzin получена на ско-
ростных линиях железных дорог Франции [47]:
СКО = al — ДЕ + с,	(8.7)
где Е — число операций по подбивке пути, выполненных с начала движе-
ния по данному участку/а, Ь, с — эмпирические коэффициенты.
1 — пропущенный тоннаж; 2 — последнее измерение; 3 — измеренные величины СКО;
4— выправки пути; 5— оценка срока следующей выправки.
Рис. 8.2. График изменения состояния рельсовой колеи между выправками
82
В расчете на каждые 100 млн.т пропущенного тоннажа значения коэф-
фициентов колеблются в пределах: а = 0,2—2,0 мм; b = 0,3 — 0,6 мм.
При этом указывается, что значения коэффициента а определяется двумя
группами факторов:
—	параметрами подвижной нагрузки (осевые нагрузки, скорости дви-
жения, типы подвижного состава);
—	параметрами пути (качеством и состоянием всех его элементов: рель-
сов, скреплений, балласта и земляного полотна).
На линии Новая Токайдо в Японии с помощью путеизмерительного
вагона были проведены специальные исследования [51] по выявлению
влияния прочностных характеристик земляного полотна на рост расстройств
верхнего строения пути. В результате исследований было установлено,
что приращение величин СКО за 100 дней в одинаковых эксплуатацион-
ных условиях в 1,3—1,5 раза выше для земляного полотна из глинистых
грунтов в сравнении с земляным полотном из песчаных грунтов.
Таким образом, сравнение приращений величины СКО во времени для
соседних отрезков пути, находящихся в одинаковых эксплуатационных ус-
ловиях, может выявить участки с деформациями земляного полотна. Кри-
терий выделения нестабильного земляного полотна по приращению СКО
запишется в виде
(ACKO/At)HecTa6 > (ACKO/At)max V (ДСКО/ДТ)неста6 > (ACKO/AT)max. (8.8)
где (ACKO/At)HecTa6 и (АСКО/АТ)неста6 — приращения СКО просадок рель-
совой колеи на нестабильном земляном полотне соответственно в единицу
времени или на единицу прошедшего тоннажа;
(ACKO/At)max и (АСКО/АТ)тах — максимально вероятное приращение
СКО просадок рельсовой колеи на стабильном земляном полотне соответ-
ственно в единицу времени или на единицу прошедшего тоннажа.
При этом величины приращений СКО в формуле (8.8) определяются
для отрезков пути, находящихся в одних эксплуатационных условиях. Ве-
личина приращения СКО на 100 млн. т прошедшего тоннажа будет соот-
ветствовать коэффициенту а в формуле (8.7), полученному на железных
дорогах Франции. Величины приращений СКО при различных эксплуата-
ционных условиях для стабильного и нестабильного земляного полотна
(при различных видах деформаций) на Российских железных дорогах бу-
дут определены на основе экспериментальных данных ниже.
Таким образом, аномально высокое изменение СКО во времени для
отдельных участков пути в сравнении с соседними может служить крите-
рием нестабильного земляного полотна. При этом величина критерия
83
будет определяться эксплуатационными условиями: прошедшим тонна-
жем, грузонапряженностью, нагрузками на ось, типом верхнего строения
пути и т.д.
Величина СКО зависит от длины отрезка пути, на которой она вычис-
ляется, поэтому для сравнения должны приниматься отрезки равной дли-
ны. При этом отрезки пути для вычисления СКО с одной стороны должны
быть достаточно большими, чтобы число точек было статистически пред-
ставительным, но с другой стороны увеличение их длины приводит к
сглаживанию экстремальных значений с потерей чувствительности на выб-
росы, а также к расширению области нахождения места экстремума. При
планировании путевых работ за рубежом вычисление СКО принимается на
отрезке в 200—300 м.
Исходя из протяженности деформаций в земляном полотне, которые
могут составлять десятки метров, длина отрезков пути при вычислении
СКО при выделении нестабильного земляного полотна, может быть приня-
та уменьшенной до минимальной величины 50—100 м.
Дальнейшее сокращение длины отрезка вычислений нецелесообраз-
но ввиду уменьшения статистического ряда точек наблюдений до
25 значений и менее, а также не попадание полностью в отрезок длин-
ных просадок. С целью локализации места появления деформаций зем-
ляного полотна анализ по СКО на отрезке пути может быть уточнен
применением процедуры вычисления скользящего среднеквадратичес-
кого отклонения (ССКО) [52]. Схема вычисления ССКО представлена на
рис. 8.3.
2)	Спектральная плотность величины просадок
Величина СКО просадок участка только количественно характери-
зует ровность пути без учета в общей их величине долей просадок
тех или иных длин, в то же время информация по распределению
длин просадок, их периодичности и частоте может оказаться полез-
ной для определения причин возникновения повышенных расстройств
пути.
Рассмотрим функцию просадок рельсовой нити как функцию, опи-
сывающую случайный процесс. Такая функция кроме числовых ха-
рактеристик распределения (среднее значение, СКО и др. моменты
более высоких степеней), может быть оценена также с помощью
спектрального анализа через амплитудно-частотные характеристики
(АЧХ).
Пусть Н — f(x) при 0 < х < L есть случайная функция просадок
рельсовой колеи по ее протяжению х на отрезке пути длиной L, а
h = f^fx) при 0 < х < L , ее изображением, полученным на выходе
84
Исследуемый отрезок пути
ССКО(в)
А
ССКО(а)
Рис. 8.3. Схема вычисления ССКО
85
измерительной системы (путеизмерительного вагона). Данные функции мо-
гут быть представлены в виде разложения в гармонические ряды Фурье
. а0 2 ~ , 2п к К . 2л к х
f(x) = -°- + - х (a cos---x + b sin----х)
'	L	Lk = ,	к L к L
\	ао	2 ~	. 2л	к Q	. 2л к	х
f(x) = -^ + - X (« cos-----х + Д sin-----х)
L L k = 1 * L к L
(8.9)
где а °, акн Ьк — коэффициенты ряда для функции Н = f(x) t
а ак и — для ее изображения h = f^x);
к — целое положительное число.
Тогда, используя преобразование Фурье, можно получить спектральные
плотности этих функций, которые будут характеризовать вклад каждой гар-
моники в общую просадку. Длина просадки (вертикальной неровности пути)
соответствующей гармоники определяется как/, — L/k. В качестве алгорит-
ма для спектрального анализа величин просадок рельсовых нитей может
быть использована автоматизированная система обработки эксперименталь-
ных данных МИИТа [53], основанная на быстром преобразование Фурье.
Поскольку данные записи путеизмерительного вагона представляют
функцию Л = fjx), спектральный анализ может быть применен только к
ней, в результате чего будет получена спектральная плотность S(2k/Ih)
случайного процесса на выходе измерительной системы. Восстановление
исходной функции Н = //.ijno ее изображению h = f/x) задача некор-
ректная, но при известной амплитудно-частотной характеристике измери-
тельной системы Wnp по спектру изображения спектр исходной функции
может быть восстановлен [54] и спектральная плотность исходной функ-
ции F(2k/!h) определится как
F(2n/IH) = S(2rilH)x IW^I2,
(8.Ю)
Значение модуля АХЧ измерительной системы вертикальных неровнос-
тей для вагона ЦНИИ-2 было получено в работе [55], где показано что
К1= ।	1
2(1 -cos=—LU]),	(8.11)
V н
где Lu3, — база измерений, равная базе тележки вагона — 2,7 м.
При этом спектры могут быть достаточно точно восстановлены для
длин неровностей от 0,6 м до 54 м, за исключением точек разрыва АХЧ и
их окрестностей при |VVp|> 3.
86
По характеру спектральной плотности могут быть выделены наиболее
значимые длины просадок рельсов.
Выдвинем несколько гипотетических положений о закономерностях спект-
ральной плотности просадок рельсовой колеи для участков с деформациями
земляного полотна, подтверждение которых будем искать экспериментально.
Положение 1
Изменение спектральной плотности просадок рельсовой колеи во вре-
мени на участках с деформациями земляного полотна должно происхо-
дить с концентрацией ее на отдельных гармониках.
Положение 2
Длина просадок рельсовой колеи, вокруг которых при развитии де-
формаций земляного полотна происходит концентрация спектральной плот-
ности при прочих равных условиях, увеличивается с ростом глубины рас-
положения деформирующегося слоя.
Положение 3
Концентрация спектральной плотности просадок рельсовой колеи на
участках при деформациях в грунтах рабочей зоны земляного полотна
(глубина до 3—4 м) должна происходить при длинах волн, соответствую-
щих частоте колебаний подвижной нагрузки.
Объяснением не противоречивости выдвинутых положений может слу-
жить следующее. Остаточные деформации земляного полотна с течением
времени развиваются на участке в одних и тех же местах, при этом возра-
стает их величина, что должно в спектре выделять частоты, характерные
протяжению деформаций. С увеличением глубины, на которой происходит
деформация грунта, к поверхности происходит распределение ее влияния
на участок большей длины.
На участках, где в рабочей зоне земляного полотна имеются слои
грунта, находящегося в предельном состоянии, когда он чувствителен даже
к небольшим изменениям внешней нагрузки, при многократном приложе-
нии поездной нагрузки, переменной по длине рельсовой колеи должны
возникать переменные остаточные деформации, период которых должен
совпадать с периодом ее приложения. При этом в начальной стадии про-
цесса деформирования возможны два случая:
движение массового типа экипажа (вагона) с собственными свободны-
ми колебаниями (движение по условно ровному пути при отсутствии регу-
лярных неровностей пути);
движение экипажа с вынужденными колебаниями, определяемыми ре-
гулярными неровности пути (например, стыковыми неровностями).
87
В первом случае колебания будут происходить с периодом кузовных
колебаний (обрессоренных масс), а во втором с периодом регулярной
неровности пути. По мере прохождения по участку новых подвижных еди-
ниц, имеющих одинаковую частоту колебаний при нахождении грунтового
массива в предельном состоянии, следует ожидать нелинейного роста ве-
личины деформаций с увеличением упорядочения спектра длин просадок
с приближением геометрии колеи к однопериодной гармонической функ-
ции (косинусоиде).
Длина пути /, который проходит подвижная единица за одно колебание
кузова, определяется частотой собственных колебаний coz и скоростью
экипажа Уи может быть найдено по известным зависимостям
где д — ускорение свободного падения;
fm —статический прогиб рессор под массой надрессорного строения.
В работе [45] приведена АХЧ для основного типа четырехосного гружен-
ного грузового вагона на тележках ЦНИИ-ХЗ (с жесткостью рессорного
подвешивания тележки 4 МН м ~1), согласно которой частота^ ~ 15 сек“1.
Для этого типа экипажа в табл. 8.3 приведены длины периода колебаний
в зависимости от скорости, которым должны при деформировании зем-
ляного полотна рабочей зоны соответствовать длины характерных проса-
док.
ТАБЛИЦА 8.3
ДЛИНА ПЕРИОДА КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ 4-Х ОСНОВОГО ГРУЖЕННОГО
ГРУЗОВОГО ВАГОНА
V, км/ч	40	60	80	100
/, м	4,6	7,0	9,3	11,6
8.4. Экспериментальное определение параметров
для оценки состояния земляного полотна
на основе просадок, зафиксированных
путеизмерительным вагоном
8.4.1. Экспериментальное определение параметров просадок,
характерных при нестабильности высоких насыпей
В качестве экспериментальных участков для определения численных
параметров изменения геометрии рельсовой колеи по показаниям путеиз-
мерительного вагона были приняты высокие насыпи на Московской ж.д.,
на которых велись наблюдения за деформациями геодезическими метода-
ми, установкой специальных грунтовых реперов либо эксплуатационными
работниками были зафиксированы серьёзные деформации (сплывы отко-
сов, трещины, большие просадки пути).
Всего было рассмотрено 12 высоких насыпей, из них три не имели
деформаций, а ещё на трёх деформации фиксировались не во все сезоны
наблюдения. Результаты обработки просадок рельсовой колеи по данным
проходов путеизмерительных вагонов ЦНИИ-2 представлены в табл. 8.4.
В качестве показателей, представленных в табл. 8.4 рассматривались
как статистические (СКО и ССКО), так и спектральные характеристики.
Были найдены максимальные значения параметров и их изменение в тече-
ние сезона. Спектральная плотность для исключения погрешностей, свя-
занных с разложением в ряд находилась как сумма трёх соседних гармо-
ник вокруг максимума плотности.
Анализ результатов табл. 8.4 показывает, что при деформациях насыпей
ухудшаются как статистические показатели, так и происходит рост спект-
ральной плотности, соответствующей определённым длинам просадок.
В тоже время сравнение характеристик деформирующихся насыпей и
насыпей, на которых деформации не фиксировались, показывает, что явно
различимой разницы в величинах статистик и их изменении установить не
удаётся. Другая картина наблюдается со спектром: для деформирующихся
объектов фиксируется явная регуляция спектра с ростом отдельных гармо-
ник в диапазоне длин просадок от 6 м до 12 м, что подтверждает гипоте-
зу, выдвинутую выше. Приращение за период наблюдений (3 — 6 месяцев)
спектральной плотности суммы трех гармоник для деформирующихся на-
сыпей составило от 0,55 мм2 до 1,35 мм2. Аналогичный параметр на
недеформирующихся насыпях не превышал 0,25 мм2.
Интересно сопоставление результатов наблюдений в течение 3 сезонов
за опытным объектом № 6 (84 км направления Москва — Александров): в
89
ТАБЛИЦА 8.4.
РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ОПЫТНЫМИ УЧАСТКАМИ
С ВЫСОКИМИ НАСЫПЯМИ
№ уча- стка	Год	Параметры СКО, мм			Параметры спектра			Наличие дефор- мации
		СКО в конце сезона	Приращение за сезон		Максимальная спектральная плотность в конце сезона Smax. ММ2	Длина просадки в максимуме спектральной плотности is, м	Приращение спектраль- ной плотнос- ти за сезон, мм2	
			СКО	сско*				
1	1991	2,15	0,20	0,49	0,584	11,6—12,8	0,104	Нет
2	1991	2,46	0,30	0,44	2,327	11,6—12,8	1,089	Сплыв
3	1991	2,00	0,17	0,80	0,837	6,1-6,4	0,695	Сплыв
	1993	2,34	0,36	0,81	1,330	11,1—12,2	-0,093	Нет
4	1992	2,23	0,34	0,90	1,701	10,2—11,1	1,168	Осадка
	1993	2,12	0,32	0,70	1,907	10.2—11,1	1,348	Осадка
5	1992	1,88	0,31	0,60	0,834	8,0-8,5	0,554	Осадка
	1993	1,86	0,56	1.01	0,855	8,3—8,8	0,646	Сплыв
6	1992	2,10	0,53	1,00	1,850	11,6-12,8	0,630	Осадка
	1993	1,75	0,05	0,59	0,628	11,6—12,8	-0,180	Нет
	1994	2,32	0,63	1,34	0,863	11,6—12,8	0,604	Осадка
7	1994	2,21	0,35	1.24	1,377	9,1—9,8	0,927	Осадка, трещина
8	1993	2,92	0,04	0,23	1,456	8,5—9,1	0,088	Нет
	1996	1,61	0,19	0,20	0,339	9,8-10,7	0,013	Нет
9	1993	1,83	-0,17	0,10	0,535	11,6—12,8	-0,012	Нет
	1996	2,34	0,51	1.21	1,926	12,2—13,5	0,545	Осадка
10	1993	2,87	0,07	0,33	3,320	11,1—12,2	0,569	Осадка
	1994	2,54	0,21	0,83	2,339	11,1—12,2	0,724	Осадка, трещина
11	1995	2,24	0,06	0,68	1,164	11,6—12,8	0,254	Нет
	1996	2,36	0,03	0,54	1,294	11,1—12,2	0,225	Нет
12	1995	2,89	0,17	0,41	1,860	11,1—12,2	1,346	Осадка
	1996	2,56	0,38	0,77	1,405	11,1—12,2	0,492	Осадка
90
1992 г. и в 1994 г. на насыпи фиксировались деформации, а в 1993 г. их
не было. Приращение суммарной спектральной плотности в диапазоне длин
просадок 11,6 м — 12,8 м составило в 1992 г. — 0,63 мм2, в 1993 г. —
0,18 мм2 и в 1994 г. — 0,60 мм2. Совмещенные диаграммы спектральной
плотности просадок в августе по трём этим годам показаны на рис. 8.4.
Спектральная плотность просадок нестабильной насыпи 84 км Москва * Александров
U1
Л
" 0,а
1
51,2	28,4	19,7	15,1	12Д	10Д	Б,8	7.4	4,9	*2	5,7	5Д
Длина просадки, м
Рис. 8.4. Совмещенные спектры просадок пути для высокой нестабильной насыпи
Как видно из рисунка, в августе 1992 г. после сезона с деформациями
насыпи наблюдается заметное выделение гармоник в указанной области
спектра. В августе 1993 г. после сезона стабильности гармоники, соответ-
ствующие длинам волн 11,6 м — 12,8 м, уменьшились и уже не выделя-
ются на общем фоне. В августе 1994 г. после возобновления деформаций
снова заметен рост гармоник в диапазоне длин волн 11,6 м — 12,8 м, т.е.
происходит восстановление спектра 1992 г.
8.4.2. Экспериментальное определение параметров просадок,
характерных при нестабильности оползневых косогоров
Аналогично объектам с высокими насыпями были проведены наблюде-
ния за участками, расположенными на оползневых основаниях (табл. 8.5).
Всего были рассмотрено изменение геометрии рельсовой колеи на 4—х
участках пути. Оползнеопасные участки пути на Северо-Кавказкой ж.д.,
имеющие протяжение от 1 км для удобства анализа были разбиты на
91
ТАБЛИЦА 8.5.
РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ОПЫТНЫМИ УЧАСТКАМИ
НА ОПОЛЗНЕВЫХ ОСНОВАНИЯХ
Км, путь, ПК	Год	Параметры СКО, мм			Параметры спектра			Наличие дефор- маций
		СКО в кон- це се- зона	Приращение за сезон		Максималь- ная спект- ральная плотность в конце сезона Smut ММ	Длина про- садки в мак- • симуме спе- ктральной плотности /5, м	Приращение спектраль- ной плотно- сти за сезон, мм2	
			СКО	сско*				
25 км, однопутная, ПК4 + 00 - 7 + 00	1994	2,85	0,51	0,74	3,408	32,0—42,7	3,015	Да
	1995	4,38	1,53	3,50	10,875	28.4—36.6	8,043	Да
4 км, однопутная, ПК1 + 50-4 -»-50	1995	2,96	0,35	0,50	4,025	25,6—32,0	-0,500	Нет
1780 км, 1 путь, ПК 1 + 00 - 5 + 00	1996	3,39	0,53	1.74	5,009	36,6—51.2	2,370	Да
1780 км, I путь, ПК 5+ 00-10+ 00	1996	4,27	0,86	2,43	7,543	36,6—51,2	4,080	Да
1781 км, I путь, ПК 0 т 00 - 5 т 00	1996	2,72	0,44	0.73	1,545	32,0-42,7	0,394	Нет
1781 км, I путь, ПК 5 т00-10 ТОО	1996	2,74	0,29	0,99	1,252	25,6—32,0	0,754	Нет
1782 км, 1 путь, ПК 0 т 00 - 5 т 00	1996	3,03	0,09	0,27	0,977	28,4—36,6	0,479	Нет
1782 км, I путь, ПК 5 тОО-10 ТОО	1996	2,94	0,10	0,31	1,846	25,6—32,0	- 0,101	Нет
1783 км, I путь, ПК 0 т 00 - 5 т 00	1996	3,49	0,03	0,52	4.210	25,6—32,0	0,822	Нет
1783 км, I путь, ПК 5 тОО-10+ 00	1996	3,44	0,29	0,60	5,927	28,4—36.6	1,082	Частично ПК 9—10
1784 км, 1 путь, ПК 0 + 00-5 + 00	1996	3,93	0,46	0,65	6,425	25,6—36,6	2,176	Да
1784 км, I путь, ПК 5+ 00-10+ 00	1996	2.74	0,12	0,26	2,962	25,6—36,6	1,145	Нет
1785 км, 1 путь, ПК 0 + 00 - 5 + 00	1996	3,14	0,09	0,34	4,629	28,4—36,6	0,763	Нет
1785 км, I путь, ПК 5 + 00- 10 ♦ 00	1996	3,09	0,62	1,44	2,039	21,3—25,6	1,571	Частично ПК 7—9
1870 км, I путь, ПК0 + 00-5 + 00	1996	3,30	-0,39	0,18	2,247	36,6—51,3	- 0,233	Нет
1870 км, II путь, ПК 0 + 00 - 5 + 00	1996	3,61	0,06	0,20	3,700	23,3—28,4	0,763	Нет
1870 км. 1 путь, ПК 5+ 00-10+ 00	1996	3.03	-0,09	0,19	3,501	28,4—36,6	- 0,193	Нет
1870 км. II путь, ПК 5 ♦ 00- 10 ♦ 00	1996	2,91	0,19	0,67	2.447	36,6—51,2	0,467	Нет
92
подучастки по 500 м. Все участки находятся в активной стадии развития
оползневых процессов на косогорах, часть участков имела в сезон наблю-
дений деформации земляного полотна и пути, а на части их не было
зафиксировано.
В качестве показателей (см. табл. 8.5), как и для высоких насыпей,
рассматривались статистические (СКО и ССКО) и спектральные характери-
стики. Анализ результатов наблюдений, показывает, что для участков с
деформациями оползневых оснований ухудшение статистических показате-
лей и особенно рост спектральной плотности на отдельных длинах проса-
док происходит заметнее, чем при деформациях высоких насыпей.
Сравнение характеристик участков пути, на которых деформации фик-
сируются на рельсовой колее и участков, где деформации не затрагивают
непосредственно подрельсовую зону, показывает, что разница заметна как
в величинах статистик, так и в спектре. При этом в спектре концентрация
плотности в отличие от высоких насыпей происходит на длинных просад-
ках (более 25 м).
На рис. 8.5 представлен спектр по участку с деформациями оползневого
основания, захватывающими путь, а на рис. 8.6 спектр, где деформаций в
пределах рельсовой колеи не фиксируется. Как видно из рисунков, в пер-
вом случае происходит концентрация спектра в его длинноволновой части, а
во втором случае — отсутствует. Таким образом, экспериментально под-
тверждается гипотеза о концентрации более длинных просадок при дефор-
мациях оснований. При этом приращение спектральной плотности (суммы
трех гармоник) в длинноволновой части спектра для деформирующихся
оснований составляет более 1 мм2.
8АЗ. Экспериментальное определение параметров просадок,
характерных при нестабильности основной площадки
Для участков с нестабильной основной площадкой исследование про-
садок записей лент путеизмерительного вагона выполнялась в ходе разра-
ботки мероприятий по усилению линии Санкт-Петербург — Москва. Как
показали результаты обработки лент путеизмерительного вагона, в спектре
просадок происходит выделение гармоник с длиной от 6 до 12 м. Для
подтверждения этих положений на рис. 8.7 —8.9 представлены характер-
ные фрагменты обработки лент для трёх участков пути на перегоне
М. Вишера — Бурга.
Первый участок: 172 км характерен от ПК 0 до ПК 2 выемкой до 2 м с
расположением в нижней части деятельного слоя суглинка и от ПК 2 до
ПК 4 насыпью, в основании которой обнаружен слой слабого грунта. До
93
Спектральная плотность, мм2/м	Спектральная плотность, мм2/м
51.2 м
1,2
1
0.8
0,6
0.2
О
Номера гармоник
Рис. 8.5. Спектр участка с деформациями основания, захватывающими путь
Рис. 8.6. Спектр участка, где деформаций оснований на пути не зафиксировано
---------------------------------- 94------------------------------------
Спектральная плотность мм2/м	Спектральная плотность, мм2/м	ССКО, мм
а) График ССКО
б) Спектр просадок до ремонта
Номер гармоники
в) Спектр просадок после ремонта
^-’-•^T-T-CsICsICsJCMCNCncOCOnm
Номер гармоники
Рис. 8.7. Статистические характеристики просадок на участке 172 км
с загрязнённым балластом на основной площадке, в основании слабые грунты
95
з 1
О
Номера гармоник
Номера гармоник
Рис. 8.8. Статистические характеристики просадок насыпи 173 км
с загрязнённым балластом на основной площадке
96
0.4 -|
в) Спектр после ремонта
Номера гармоник
Рис. 8.9. Статистические характеристики просадок нулевого места 177 км
с пучинистыми грунтами в деятельном слое
97
проведения ремонта на участке в период весеннего разупрочнения грунтов
в пределах выемки наблюдается нестабильность геометрии колеи ДССКО
доходит до 0,6 мм и состояние пути для скоростной линии плохое ССКО
до 2,2 мм. На участке насыпи состояние пути хуже ССКО до 3,4 мм, но
приращение ДССКО меньше до 0,3 мм. В спектре выделяются две группы
гармоник: одна длинноволновая от 17,1 м до 32,0 м и другая в короткой
части спектра от 6,2 м до 8,8 м. В ходе ремонта пути на участке выемки
уложен пенополистирол, а на участке насыпи проведено усиление основа-
ния свайными конструкциями. После ремонта путь остается при выходе из
зимы стабильным, имея на участке выемки ССКО около 1 мм и пределах
насыпи до 1,7 мм, а его приращение на всём протяжении в пределах
точности измерений.
Второй участок: 173 км характерен насыпью около 2 м, основная пло-
щадка которой сложена загрязнённым балластом, пучинистых грунтов в
деятельном слое не обнаружено. До проведения ремонта на участке в
период весеннего разупрочнения грунтов наблюдается нестабильность гео-
метрии колеи ДССКО доходит до 0,7 мм и состояние пути для скоростной
линии плохое ССКО до 2,0 мм. В спектре весной выделяется рост коротко-
волновых гармоник с длиной от 6,0 м до 9,5 м. В ходе ремонта пути на
участке после очистки балласта уложен геотекстиль. После ремонта путь
остается при выходе из зимы стабильным, имея ССКО около 1 мм и его
приращение в пределах 0, 2мм.
Третий участок: 177 км характерен нулевым местом, основная площад-
ка которого сложена загрязнённым балластом, а в нижней части деятель-
ного слоя имеются пучинистые суглинки. До проведения ремонта на учас-
тке в зимний период состояние пути для скоростной линии плохое —
ССКО до 2,2 мм, уменьшаясь при оттаивании весной до 2,0 м. При этом
падение ССКО относительно зимы доходит до 0,6 мм. В спектре зимой
относительно весны выделяются гармоники длиной от 9,8 м до 12,8 м.
Весной происходит рост гармоник при 6 — 7 м. В ходе ремонта пути на
участке после очистки балласта уложен пенополистирол. После ремонта
путь остается при выходе из зимы стабильным, имея ССКО около 1 мм и
его приращение в пределах 0, 2мм.
8.4.4. Экспериментальное определение параметров просадок,
характерных при деформациях мерзлоты в основании
В качестве экспериментальных участков для определения численных
параметров изменения геометрии рельсовой колеи по показаниям путеиз-
мерительного вагона при деформациях мёрзлых грунтов в основаниях
были приняты объекты бывшего БАМа, на которых велись наблюдения за
------------------------------98--------------------------------
деформациями геодезическими методами либо эксплуатационными работ-
никами были зафиксированы большие осадки пути или пучины. Обработ-
ка лент путеизмерительного вагона была проведена на участках Этыркэнс-
кой дистанции пути (3060 —3171 км линии Тында — Ургал) в период с
декабря 1989 г. по сентябрь 1991 г. при обработке было рассмотрено
12 проходов путеизмерительного вагона. Всего было обработано записей
просадок суммарным протяжением более чем 600 км пути. По результатам
сопоставления данных измерений деформаций на экспериментальных уча-
стках и параметров просадок, полученных при обработке путеизмеритель-
ных лент, были установлены коррелятивные связи между этими величина-
ми. Ниже представлены результаты сравнения для нескольких характер-
ных объектов.
Насыпь 3170 км ПК 6 — 3171 км ПК 3 линии Тында — Ургал
(участок с осадками из-за деградации мерзлоты в основании)
Высота насыпи 2 — 3 м с возрастанием отметок на подходах к мостам
до 4 м (ж.б. мосты отв. 13,5 м — ПК 5 + 50 и ПК 0 + 74 и 11,5 м на
ПК 2 + 68). Насыпь без берм отсыпана из скального грунта с большим
количеством мелкого заполнителя. Основание сложено торфом до глуби-
ны 1—2 м, ниже суглинок на глубину до 6м и далее дресвяно-щебенис-
тые грунты. Грунты верхней толщи III и IV категории просадочности, места-
ми встречены подземные льды. На участке отмечались многочисленные
неравномерные осадки, вызванные деградацией мерзлоты, действовали
длительные предупреждения об ограничении скоростей движения до 25 и
40 км/ч. С верховой стороны у подошвы насыпи отмечены многочислен-
ные понижения поверхности, заполненные водой. На участке в период с
осени 1990 г. по осень 1991 г. по маркам периодически проводились
измерения осадок основной площадки, ежемесячно выполнялась обработ-
ка лент путеизмерительного вагона. В октябре 1991 г. было проведено
нивелирование продольного профиля пути по головкам рельсов с интерва-
лом 5 м. На участке периодически в сезон наблюдений проводились вып-
равочные работы, а в августе выполнен подъёмочный ремонт. На рис.
8.10 представлены результаты обработки лент: верхний график рисунка
представляет величины ССКО просадок на характерные моменты времени;
средний график содержит величины суммарного положительного прира-
щения ССКО за год и здесь же указаны осадки обочины за год, получен-
ные по маркам; нижняя диаграмма отображает спектральную плотность
просадок на характерные моменты времени.
Как видно из рисунка, величина ССКО на данном участке существенно
изменяется во времени, положительные приращения этих величин на всём
-------------------------------99--------------------------------
7
ХЛ°
Спектральная плотность, мм2/м	Приращение ССКО, мк
Пикетаж
Рис. 8.10. Характеристики ССКО и спектра просадок на участке 3170—71 км
линии Тында — Ургал
100
6
1-------------------------------------------------------------------
О ---г—,--,--,--,--,--,--,--,-----,--,--,--,-,-----,--,--,--,--------,
х^ ХФ ХФ ХФ к<?	/Р <$>	4* <Р & 4> <Р
<о <о <о <о <о Л Л Л Л Л <Ъ Ъ Ъ <Ъ q> of of of of	tf
Пикетаж
Рис. 8.11. Сравнение величин ССКО для участка 3170—71 км
линии Тында — Ургал
участке составляют более 2 мм и, несмотря на проведенный подъемочный
ремонт, к ноябрю ровность геометрии пути в результате осадок опять
стала такой же плохой, как и до ремонта. В спектральной плотности про-
садок на участке выделяются просадки в длинноволновой его части, при
этом из-за осадок земляного полотна при деградации мерзлоты происхо-
дит восстановление их (ноябрь) после сглаживания (август), произошед-
шего при подъёмочном ремонте.
Для оценки данных ССКО, получаемых по записям путеизмерительно-
го вагона, на участке по данным нивелирования с интервалом в пять
метров было проведено вычисление величин ССКО. При этом находи-
лись вторые разности отметок головок рельса, а затем по ним вычисля-
лось значение ССКО на базе 100 м со сдвижкой в 20 м, т.е. также как и
при нахождении ССКО по записи путеизмерительного вагона. Сопостави-
тельные данные по величинам ССКО приведены на рис.8.11. Как видно
из рисунка величины ССКО, полученные разными способами оказались
близкими, что подтверждает достоверность отображения геометрии при
записи вагоном.
101
Выемка 3140 км ПК 3 — 6 линии Тында — Ургал
(участок с пучиной)
Выемка протяжением около 400 м, глубиной до 8 м. Грунты — грани-
ты, с поверхности дресва и далее граниты выветрелые до глубины 4 м. На
откосах отмечаются сплывы, кювет заилен, его дно местами в уровне
основной площадки с застоями воды, у подошвы левого верхового откоса
отмечены выходы грунтовой воды. По данным дистанции пути рост пучи-
ны начинается в ноябре и заканчивается в декабре, спад происходит резко
в мае первой половине июня, высота пучины до 200 мм, протяжение 50 м.
На участке в октябре, декабре 1990 г. и апреле мае 1991 г. были
выполнены нивелировки по головке рельса и замер пучинных карточек
для определения величины пучения. В период зимне-весеннего сезона
1990—1991 гг. проведена обработка лент путеизмерительного вагона. На
рис. 8.12 представлены результаты обработки лент и замеренные высоты
пучения на участке.
Как видно из рисунка, в период с декабря по апрель отмечается суще-
ственный рост величин ССКО в средней части участка, где по данным
нивелирования фиксируется пучина. Абсолютные значения ССКО в преде-
лах пучины в момент её максимума составляют около 6 мм, в то время как
на прилегающих участках они около 3 мм. В мае величины ССКО на всем
участке заметно меньше и везде находятся в пределах 3 мм.
В спектральной плотности просадок на участке в момент максимума
пучины также как и при деградации мерзлоты на 3170 — 71 км заметно
преобладание просадок в длинноволновой его части, которые при спаде
пучины сглаживаются, не выделяясь из общего фона.
7
1------------------------------------------------------------------------------------------------
О 4-------1------1-------1------1------1-------1------т------1-------1------г------1------1------
3+50 3+70 3+90 4+10 4+30 4+50 4+70 4+90 5+10 5+30 5+50 5+70 5+90
Спектральная плотность, мм2/м	Высота пучвния, мм
3+45 3+70 3+95 4+20 4+45 4+70 4+95 5+20 5+45 5+70 5+95 6+20 6+45
Пикетаж
3
декабрь
□ Ряд1
апрель
 Ряд2
□ РядЗ
,6 25,6
32.0
Номер гармоники
Рис. 8.12. Величины ССКО, спектральной плотности просадок и пучения
участка 3140 км линии Тында — Ургал
103
Насыпь 3071 км ПК 5—9 линии Тында — Ургал
(контрольный участок без деформаций)
Насыпь высотой 3 м без берм отсыпана из скального грунта с боль-
шим количеством мелкого заполнителя. Основание сложено дресвяным
грунтом II категории просадочности, деформаций земляного полотна на
участке не фиксировалось. На участке в период с осени 1990 г. по осень
1991 г. ежемесячно выполнялась обработка лент путеизмерительного ваго-
на. Значительных выправочных работ на участке в сезон наблюдений не
проводилось. Результаты обработки лент представлены на рис. 8.13.
Как видно из рисунка, величина ССКО на данном участке за период
наблюдений изменяется не существенно, положительные приращения ССКО
на всём участке не доходят до 1 мм, составляя в среднем около 0,5 мм. В
спектральной плотности просадок на участке также не отмечается суще-
ственного выделения отдельных гармоник и их роста во времени.
Спектральная плотность, мм2/м	сско. мм
Пикетаж
Рис. 8.13. Изменение ССКО просадок и спектральной плотности контрольного
участка 3071 км линии Тында — Ургал
105
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Снижение общей протяженности участков с дефектами и деформация-
ми земляного полотна в 90-е годы происходило низкими темпами и к
настоящему времени их величина находится на уровне 10% от протяжения
сети железных дорог России. Деформации вызывают как дополнительные
потери в работе железнодорожного транспорта, так и препятствует реше-
нию одной из важнейших задач путевого хозяйства снижению численнос-
ти работников, занятых на содержании пути. Наибольшие удельные поте-
ри приходятся на объекты, на которых в результате деформации земляно-
го полотна происходят перерывы движения (полные отказы) либо возника-
ет необходимость введения ограничения скорости движения поездов (час-
тичные отказы).
Основой существующей системы надзора являются визуальные наблю-
дения, в ходе которых устанавливаются внешние признаки появления де-
формаций и выполняются простейшие измерения параметров рельсовой
колеи. Такая система, трудоемка и имеет не очень высокую эффектив-
ность, на что указывает появление большого количества внезапных дефор-
маций, которые обнаруживаются в стадии активного деформирования.
Данная система ориентирована в основном на фиксацию существующего
состояния земляного полотна и в ней слабо развита функция прогноза.
Устранение указанных недостатков возможно только при ведении научно
обоснованного мониторинга земляного полотна, включающего организа-
цию регулярных наблюдений, прогнозирование на их основе появления
возможных деформаций, а также оперативном принятии решений по даль-
нейшему содержанию потенциально опасных объектов.
В данной монографии рассмотрены основные принципы и структурные
схемы функционирования мониторинга земляного полотна при эксплуата-
ции железных дорог, ориентированные на действующую в путевом хозяй-
стве организационную структуру — дорожные центры диагностики.
Основой практики применения мониторинга земляного полотна могут
явиться предлагаемые алгоритмы нахождения показателей надёжности как
отдельных объектов земляного полотна и целых участков и направлений, а
также метод оценки стабильности земляного полотна, основанный на ис-
пользовании регулярных измерений просадок рельсовой колеи путеизме-
рительными вагонами.
ЛИТЕРАТУРА
1.	Постановление расширенного заседания Коллегии Министерства пу-
тей сообщения Российской Федерации № 3 от 14 марта 2001 г.
2.	Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного
пути ЦП-544/ МПС России. — М.: Транспорт, 1998, — 189 с.
3.	Железнодорожный путь / Т.Г. Яковлева, Н.И. Карпущенко,
СИ. Клинов, Н.Н. Путря, М.П. Смирнов; Под ред. Т.Г. Яковлевой. —
М,; Транспорт, 1999. — 405 с.
4.	Яковлева Т.Г. Метод вероятностно-прогностической оценки дефор-
мативности земляного полотна // Вестник ВНИИЖТа. — № 5. — 1976.
- С. 42-46.
5.	Яковлева Т.Г. Устойчивое полотно — условие бесперебойности пе-
ревозок// Путь и путевое хозяйство. — № 7. — 1985. — С. 21—22.
6.	Методические рекомендации по прогнозированию надежной работы
железнодорожных насыпей в условиях интенсивной эксплуатации пути.
Главное управление пути МПС. — 1990. — 83 с.
7.	Розовский Л.Б. Введение в теорию геологического подобия и моде-
лирования (применение природных аналогов и количественных критериев
подобия в геологии). — М.: Недра, 1977. — 135 с.
8.	Башкатова Л.В., Каменский В.Б., Лысюк В.С. Надёжность железно-
дорожного пути/Под ред. В.С. Лысюка. — М.: Транспорт, 2001. — 286 с.
9.	Давыдов В.Г., Татиевский А.М., Титов В.П. Анализ состояния земля-
ного полотна и мероприятия по его оздоровлению: Обзор 1. — ЦНИИ
ТЭИ МПС, 1980. — (Путь и путевое хозяйство) — 34 с.
10.	Соколов В.В., Яковлева Т.Г., Яриз А.П. Задачи повышения прочно-
сти и надежности земляного полотна в современных условиях эксплуата-
ции: Обзор 1. — ЦНИИ ТЭИ МПС, 1985. — (Путь и путевое хозяйство).
- 32 с.
11.	Яриз А.П. Анализ состояния земляного полотна: Обзор 3. — ЦНИИ
ТЭИ МПС: 1989. — (Путь и путевое хозяйство) — С. 2 — 21.
12.	Типовые технически обоснованные нормы времени на работы по
текущему содержанию пути/ МПС Департамент пути и сооружений. — М.г
ТЕХИНФОРМ, 1998. — 518 с.
------------------------------;07----------------------—--------
13.	Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ре-
монту бесстыкового пути/ МПС России, — Мл Транспорт, 2000, — 96 с.
14.	Методика технико-экономической обоснованности затрат на диаг-
ностику и усиление земляного полотна/ Главное управление МПС РФ, —
Мл МВП ИНСОФТ, 1996. - 32 с.
15,	Kunstmann W, Erhaltung der Erdbauwerke der Deutschen Bundesbahn
/ ETR-Eisenbahntechn. Rdsch, - 1983, - № 1, — P, 35—42.
16.	Строительно-технические нормы Министерства путей сообщения РФ.
Железные дороги колеи 1520 мм. СТН Ц — 01 — 95. — М.: МПС Россий-
ской федерации, 1995. — 86 с.
17,	Технические указания по устранению пучин и просадок железнодо-
рожного пути, ЦПИ-24. — Мл Транспорт, 1998. — 74 с.
18.	Технические условия на работы по ремонту и планово-предупреди-
тельной выправке пути. — Мл Транспорт, 1998. — 188 с.
19.	Коншин ГТ. Новые методы диагностики железнодорожного земля-
ного полотна// Бюллетень ОСЖД. — 1983. - № 5. - С. 8—11.
20.	ГОСТ 2091 1 — 89. Техническая диагностика. Термины и определе-
ния. — Мл Издательство стандартов, 1990, — 13 с.
21.	Технические указания по инструментальной диагностике земляного
полотна / Департамент пути и сооружений МПС России. — Мл ИПП Куна,
2000. — 61 с.
22.	Руководство по электроконтактному динамическому зондированию
грунтов. - Мл ЦНИИС, 1983. — 62 с.
23.	Коншин ГТ. Вибросейсмическая диагностика эксплуатируемого зем-
ляного полотна / ВНИИЖТ. — Мл Транспорт, 1994. — 216 с.
24.	Временные методические указания по оценке качества основания
железнодорожного пути / ЦП МПС. — 1996. — 34 с.
25.	Технические указания по применению георадиолокационного мето-
да для диагностики земляного полотна. — Мл МВП ИНСОФТ, 1997. —
24 с.
26.	Jansen J. Planen und Durchfahren von Instandsetzungen am Unterbau
durch Planumsverbesserungen // Eisenbahningenieur. — 1991, — P, 405 —
414.
27.	Cartier G., Pincent B., Pilot G., Verrier G. Glissement de talus
ferroviaires: surveillance et prevention // Bull, hais. Lab. ponts et chaussees.
— 1981. — Ns 11F. — Num, spec. 58 — 61.
28.	Muraish H., Sugiyama T., Samizo M. Proposals about Slope Risk
Evaluation and Subsequent Operation Control during Rainfall // Japanese
Railway Engineering. — 1992. — N° 118. — P. 12—16.
29.	Hayley D.W. Maintenance of railway grade over permafrost in Canada
// V International Conference on Permafrost in Trondheim, Norway, August.
— 1988. — Vol. 3. — P. 43—48.
30.	Gabel, C., Hellmann, R. and Petzold, H. Georadar — model and in-
situ investigations for inspection of railway tracks // The Fifth International
Conference GRP y94, Canada. — 1994. — Vol. 3. — P. 1121 — 1135.
31.	Королев В.А. Мониторинг геологической среды. Учебник / Под
ред. BJ. Трофимова. М«; МГУ, 1995. — 270 с.
32.	Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды.
— Л.: Гидрометеоиздат, 1984. — 560 с.
33.	Епишин В.К., Трофимов В. Т. Особенности взаимодействия геоло-
гической среды и инженерных сооружений // Теоретические основы ин-
женерной геологии. Социально—экономические аспекты / Под ред. акад.
Е.М. Сергеева. — М.: Недра, 1985. — С. 32 — 36.
34.	Цернант А.А. Экосистемный подход к управлению качеством при-
родно-технических систем. // Актуальные проблемы оптимизации конст-
рукций. — Суздаль-Владимир: 2-я Всесоюзная школа-семинар, 1990. —
С. 42-44.
35,	Цернант А.А. Сооружение земляного полотна в криблитозоне /
Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени док-
тора технических наук. — М.: МИИТ, 1998. — 97 с.
36.	Кондратьев В.Г. Опыт организации инженерно-геологического об-
следования и мониторинга земляного полотна Байкало-Амурской желез-
ной дороги; Вып. 5 — 6 экспресс-информация. — ЦНИИ ТЭИ МПС, 1992.
— (Путь и путевое хозяйство). — С. 28 — 44 с.
37.	Кондратьев В.Г., Позин В.А. Концепция системы инженерно-гео-
криологического мониторинга строящегося железнодорожного пути Бер-
какит — Томмот — Якутск. — Чита: ТрансИГЭМ, 2000. — 84 с.
38.	Виноградов В.В, Прогнозирование и обеспечение надежной рабо-
ты железнодорожных насыпей // Автореферат диссертации на соискание
ученой степени доктора технических наук. — М.: МИИТ, 1991. — 45 с.
39	Гольдштейн М.Н. Структурно-геологические факторы устойчивости
откосов / Устойчивость геотехнических сооружений на железнодорожном
транспорте. — Днепропетровск: ДИИТ, 1989. — С. 4—8.
40.	Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — М.: Наука, 1969. — 576 с.
41.	Калинина В.Н., Панкин В.Ф. Математическая статистика. — М.:
Высшая школа, 1998. — 336 с.
42.	Закс Л. Статистическое оценивание. М.: Статистика, 1976. — 598 с.
43.	Технические указания по организации контроля за стабильностью
высоких насыпей на прочном основании. — М.: МВП ИНСОФТ, 1995. —
65 с.
44.	Инструкция по расшифровке лент и оценке состояния рельсовой
колеи по показаниям путеизмерительного вагона ЦНИИ-2 и мерам по обес-
печению безопасности движения поездов. ЦП-515. — М.: Транспорт, 1999.
— 44 с.
45.	Вериго М.Ф., Коган А.Я. Взаимодействие пути и подвижного соста-
ва / Под ред. М.Ф. Вериго. — М.: Транспорт, 1986. — 559 с.
46.	Балух X. Диагностика верхнего строения пути / Под ред.
М.Ф. Вериго. — М.: Транспорт, 1981. — 415 с.
47.	Методы текущего содержания пути на железных дорогах Франции
// Экспресс-информация. — ВИНИТИ, 1983. — Вып. 11. — (Путь и
строительство железных дорог (Проблемы ВАМ)). —С. 1 — 17.
48.	Шентон М. Дж., Танна Дж. М. Автоматизированная система плани-
рования работ на Британских железных дорогах // Железные дороги
мира. — 1992. — № 2. - С. 44—50.
49.	Эсвельд К. и др. Планирование путевых работе применением ЭВМ
// Железные дороги мира. — 1991. — № 1. — С. 45—47.
50.	Hide Н. et. al. The TMS Track Managment System / Comprail 90 —
2м International Conference, — Rome, Italy. — March — 1990.
51.	Sugiyama T., Yoshimi K. Research on the actual state of Tokaido —
Shinkansen referring to roadbed condition / Quart. Repts. Railway Techn.
Res. Inst. — 1979. — № 4. - P. 175—176.
HO
52.	Ашпиз Е.С., Малинский С.В. Оценка стабильности земляного по-
лотна на основаниях из многолетнемёрзлых грунтов по информации лент
вагона-путеизмерителя // Межвуз. сб. науч. тр. — М.: МИИТ. — 1992. —
Вып. 844. - С. 64—70.
53.	Летунов В.П., Малинский С.В. Автоматизированная система обра-
ботки экспериментальных данных // Межвуз. сб. науч, тр, — М.: МИИТ.
- 1986. — Вып. 775. - С. 30—34.
54.	Коган А.Я., Левинзон М.А., Малинский С.В., Певзнер В.О. Спект-
ральный состав неровностей пути и напряженно-деформированное состоя-
ние его элементов // Вестник ВНИИЖТа. — М.: ВНИИЖТ. — 1991. —
№ 1. — С. 39—41.
55.	Коган А.Я., Певзнер В,О., Козеренко Е.В. Оценка расстройств пути
в различных условиях эксплуатации. // Сб. науч. тр. ВНИИЖТа. — М.:
ВНИИЖТ. - 1983. - Вып. 660. - С. 39-41.
Научное издание
АШПИЗ ЕВГЕНИЙ САМУИЛОВИЧ
МОНИТОРИНГ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
Монография
Компьютерная верстка Иванова С.В,
Изд. лиц. № 066300 от 04,02.1999 г,
Подписано в печать 20.02.2002 г.
Тираж 200 экз. Заказ № 144
Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ООО «МК-Полиграф»
107082, Москва, Переведеновский пер., 21