Введение к работе
Актуальность проблемы. Станции являются крупными многофункциональными предприятиями железнодорожного транспорта. Для обеспечения непрерывного роста размеров пассажирского и грузового движения важнейшим условием является содержание на высоком техническом уровне всех существующих сооружений на станциях.
На работу станций огромное влияние оказывают атмосферные осадки, особенно в районах с большим количеством муссонных дождей в летние периоды. К таким районам в России относятся Приморский и Хабаровский края. Обследование крупных станций Дальневосточной железной дороги показало, что из-за неудовлетворительного содержания или полного отсутствия поверхностных водоотводов, на станциях нередко возникают чрезвычайные ситуации, которые наносят непоправимый ущерб не только деятельности железной дороги, но и окружающей среде.
Не отведенная вода оказывает разрушительное воздействие на земляное полотно и верхнее строение пути, создает угрозу безопасности движения, снижает эффективность выполнения поездной и маневровой работы и требует больших затрат на ремонт и содержание путей. Грунт, насыщенный водой, выше определенного предела, теряет устойчивость, утрачивает несущую способность и деформируется под воздействием статической и динамической нагрузок. Образуются больные места земляного полотна и балластного слоя, в виде просадок пути, выплеска балласта, размыва откосов, пучин, вследствие которых происходит быстрый износ рельсошпаль-ной решетки и создается опасность схода подвижного состава.
Кроме того, при маневрах подвижного состава и движения грузовых
поездов пути станций загрязняются различными видами сыпучих грузов,
разлитыми нефтепродуктами, что отрицательно сказывается на состоянии
окружающей природной среды. Во время дождей чл*ШПР риАшуитаи
РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ
, БИБЛИОТЕКА., і
образуются поверхностные сточные воды, которые, смывая пыль, различный мусор, нефтепродукты и другие загрязнения, сбрасывают их в ближайшие водоемы.
В настоящее время экологический ущерб, наносимый загрязненными поверхностными водами со станционных территорий, учитывается недостаточно. В этой связи с возросшим вниманием общественности и органов власти, предприятиям железнодорожного транспорта в скором времени неизбежно придется платить значительные штрафы за загрязнение окружающей среды и нарушение экологической ситуации.
Изложенное свидетельствует об актуальности вопросов совершенствования проектирования водоотводных устройств на станциях и очистки, поверхностного стока.
Целью исследования явилась разработка методики комплексного проектирования путевого развития и водоотводных сооружений железнодорожных станций для отвода поверхностных атмосферных вод с учетом экологических требований.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
- проанализированы современное состояние, принципы и методы про
ектирования поперечных профилей земляного полотна и водоотводных
устройств на станциях, их содержание в процессе эксплуатации;
обработаны натурные данные Дальгидрометеоцентра по дождям за 20 лет и определен критерий наиболее неблагоприятных дождей, при котором может произойти подтопление балластного слоя станционных путей;
разработана методика расчета уровня поверхностных вод и отвода их с территории станций;
- проведен эксперимент по определению загрязнений балластного
слоя на станционной площадке;
установлен состав станционных очистных сооружений и место их расположения;
обоснована технология комплексного проектирования путевого развития и водоотводных сооружений на территории станций с учетом требо-ванийэкологии;
выявлена эффективность применения комплексного проектирования путевого развития и водоотводных устройств на станционной площадке с учетом экологических требований.
Методика исследований. Выполненная работа базируется на системном анализе многолетних данных Дальгидрометеоцентра, экспериментальных данных, полученных автором, и решении задач прикладной математики. Основой методики определения уровня воды в балластном слое являются модули численного решения дифференциальных уравнений в частных производных второго порядка с применением пакетов прикладных математических программ MathWork, MatLab, Maple. Кроме того, были использованы методы математической статистики для обработки натурных и экспериментальных данных и программа Microsoft Excel для экономической оценки эффективности вариантов проектныхрешений.
Научная новизна работы. В диссертации впервые предложена численная методика определения уровня наполнения водой балластного слоя; установлены расчетные параметры дождей; доказана необходимость очистки отводимых поверхностных атмосферных вод со станционных территорий; определен состав станционных очистных сооружений; разработана методика комплексного проектирования путевого развития и водоотводных сооружений для отвода поверхностных атмосферных вод со станционных площадок с учетом требований экологии.
Практическая ценность исследования заключается в возможности использования его результатов при проектировании водоотводных сооружений в проектах как новых, так и реконструируемых железнодорожных
станций. Разработанные математические модели позволяют решать как отдельные задачи по определению максимального уровня наполнения водой балластного слоя, так и комплексную задачу, учитывающую все необходимые условия и устанавливающую зависимость между количеством выпавших осадков, степенью насыщения балластного слоя и оттоком воды из балласта. Такое математическое обоснование обеспечит рациональное проектирование водоотводных сооружений на основе реальных данных по дождям в любой климатической зоне.
Осуществление экологических мероприятий по выбору состава и размещению очистных сооружений позволит создать нормальную экологическую обстановку на станции и прилегающих территориях, а также исключит природоохранный ущерб и огромные суммы штрафов за нанесение вреда окружающей среде.
Использование методики комплексного проектирования водоотводных сооружений обеспечит надежную работу железнодорожных станций, повысит безопасность поездной и маневровой работы, улучшит экологическую ситуацию, предотвратит материальный ущерб, связанный с выплатой штрафов за загрязнение окружающей среды, остановками работы станции в периоды муссонных и ливневых дождей и затратами на ремонт верхнего строения пути и оборудования.
Реализация результатов работы. Материалы диссертации реализованы в двух научно-исследовательских работах по плану фундаментальных исследований МПС РФ: «Разработка принципов проектирования элементов железнодорожных станций с учетом требований экологии» в 2002 году и «Исследование основных принципов проектирования водоотводов на железнодорожных станциях с учетом требований экологии» в 2003 году. Результаты, полученные в диссертации, используются при разработке проекта реконструкции станции Хабаровск-2, а также внедряются в проек-
ты института «Дальгипротранс» по удлинению путей на станциях Дальневосточной железной дороги.
Разработанные в диссертации методики используются в дипломных проектах, выполняемых на кафедрах «Станции, узлы, технология грузовой и коммерческой работы», «Водоснабжение и водоотведение», «Прикладная математика» ДВГУПСа.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на: международной научной конференции творческой молодежи: «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке», (Хабаровск, ДВГУПС, апрель 2001 г.); научно-технической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки: «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока», (Хабаровск, ДВГУПС, октябрь 2001 г.); региональной научно-практической конференции творческой молодежи (Хабаровск, ДВГУПС, апрель 2002 г.); IV международной научно-практической конференции «Проблемы строительства инженерного обеспечения и экологии городов», (Пенза, ПГСХА, МНИЦ, ноябрь 2002 г.); заседаниях кафедры «Железнодорожные станции и узлы» ПГУПС, «Станции, узлы, технология грузовой и коммерческой работы», «Водоснабжение и водоотведение» ДВГУПС (2000-2004 г.г.).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 8 публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и пяти приложений.
Работа содержит 145 страниц основного текста, 37 рисунков и 29 таблиц; библиографический список, включающий 75 наименований и 5 приложений на 59 страницах.
