автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Мониторинг технологического процесса возведения насыпей земляного полотна

На правах рукописи

ПОЛЯНСКИЙ Алексей Викторович

МОНИТОРИНГ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВОЗВЕДЕНИЯ НАСЫПЕЙ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) на кафедре «Организация, технология и управление строительством».

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Нейман Анатолий Орестович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор

Переселенков Георгий Сергеевич

кандидат технических наук Яковлева Елена Викторовна

Ведущая организация:

Самарская государственная акаде мня путей сообщения (СамГАПС)

Защита состоится « »

200 г. в

час. на

заседании диссертационного совета Д 218.005.06 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТе) по адресу: 127994, ГСП, Москва, ул. Образцова, д. 15, ауд. .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан « »________200 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу совета университета.

Ученый секретарь диссертационного совета профессор

Э.С. Спиридонов

-ГРОО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования определяется необходимостью прогнозирования и регулирования хода технологического процесса и управления им с целью повышения его эффективности и ресурсосбережения при возведении насыпи земляного полотна.

В настоящее время более 10% земляного полотна сети железных дорог Российской Федерации имеет дефекты и деформации, негативно влияющие на перевозочный процесс. При этом до 70% всех полных отказов приходится на насыпи. Одной из причин возникновения дефектов является низкое качество строительства, выраженное нарушениями технологии возведения земляного полотна. В то же время, рост грузооборота, повышение осевых нагрузок, а также увеличение скоростей движения поездов на главных направлениях железных дорог предъявляют повышенные требования к надежности и безопасности строящегося земляного полотна.

Цель исследования - разработка научно-обоснованной методики прогнозирования и регулирования хода технологического процесса возведения насыпи земляного полотна, а также разработка мониторинга процесса послойного формирования тела насыпи; повышение эффективности его регулирования и управляемости. Задачи исследования:

• обобщение существующих методов контроля качества уплотнения грунта при возведении насыпей земляного полотна;

• разработка моделей и алгоритмов управления технологическим процессом возведения насыпей земляного полотна, отражающих качество и эффективность процесса с целью получения доброкачественного результата;

• сбор и исследование экспериментальных данных, полученных в результате лабораторных испытаний образцов грунтов из различных карьеров Московской области;

• анализ экспериментальных данных с использованием методов математической статистики;

• исследование влияния параметров грунта на ход технологического процесса отсыпки и уплотнения грунта;

• разработка методики прогнозирования и технического регулирования технологического процесса возведения насыпей земляного полотна, а также рекомендаций по оптимизации ресурсозатрат с целью повышения качества результата труда.

Предметом исследования является технологический процесс возведения насыпи земляного полотна.

Методы исследования. Для решения поставленных задач был применен программно-целевой метод исследования, собраны материалы на основании лабораторных испытаний грунта. Проведены аналитические и статистические расчеты с применением методов математической статистики, теории случайных процессов и теории надежности. Изучены проектные материалы, нормативная документация, обобщен передовой опыт реального строительства. Исследования образцов грунта проводились в Центральной лаборатории земляного полотна ОАО ЦНИИС.

Научная новизна результатов исследования заключается в разработке алгоритма ресурсосбережения путем прогнозирования и технического регулирования технологического процесса послойного возведения насыпи земляного полотна, а также методики получения и анализа информации с целью совершенствования процесса возведения насыпи дорожного земляного полотна. Для этого:

• систематизирован материал по развитию и совершенствованию методов контроля качества технологического процесса возведения насыпей земляного полотна;

• установлено влияние параметров грунтов на процесс послойного уплотнения тела насыпи;

• исследовано влияние параметров грунтов на возникновение отказов в ходе технологического процесса возведения насыпи земляного полотна;

• получены зависимости вероятности пребывания технологического процесса в текущем состоянии от времени;

• исследовано развитие технологического процесса с учетом интенсив-ностей отказов и восстановления.

Практическая полезность исследования заключается в том, что:

• предложена методика прогнозирования и технического регулирования технологического процесса возведения насыпи земляного полотна, направленная на повышение его надежности и качества результата труда;

• разработана первая редакция рекомендаций по определению принадлежности грунтов к способам уплотнения; предлагаемые рекомендации позволяют определять моменты времени вмешательства в технологический процесс с целью стабилизации уровня качества;

• предложенная методика позволяет отбирать наиболее выгодные виды грунта, отсыпаемого в тело насыпи и закреплять грунтовые карьеры за участками производства работ по принципу (признаку) оптимизации ресурсозатрат на производство работ.

Результаты исследования могут быть использованы:

1. При проектировании производства работ по сооружению земляного полотна;

2. В процессе производства работ для оперативного управления технологическим процессом возведения земляного полотна;

3. В учебных и научно-исследовательских целях.

Использование результатов разработок позволяет найти способы совершенствования транспортного строительства в направлении повышения качества земляных работ, повышения его эффективности и ресурсосбережения. Решение этих задач позволит железнодорожному строительству органично войти в формирующуюся систему рыночных отношений.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Организация, технология и управление строительством» ИПСС МИИТа (2003-2005 гг.), на научно-практических конференциях «Неделя науки» в 2003, 2004 и 2005 гг., на международной научно-технической конференции «Современные проблемы путевого комплекса. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований», посвященной 100-летию со дня рождения профессора Г.М. Шахунянца в 2004 г., на V и VI научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» в 2004 и 2005 гг.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ общим объемом около 3-х п. л.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Работа изложена на 172 страницах машинописного текста и 18 страницах приложений, содержит 29 рисунков и 19 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обосновывается актуальность и формулируется цель и задачи диссертационной работы, в которой исследована возможность прогнозирования и технического регулирования технологического процесса возведения насыпи земляного полотна. Данный технологический процесс рассмотрен в соответствии с требованиями и положениями Федерального закона № 184-ФЗ «О техническом регулировании», который дает новый стимул для проведения подобных исследований.

Земляное полотно является долговременным сооружением, которое не подлежит замене в течение всего срока эксплуатации дороги и только в случае необходимости может быть усилено или капитально отремонтировано.

В дорожном строительстве сооружение земляного полотна занимает около 90% объемов всех земляных работ. В частности, сооружение насыпей является одним из наиболее ответственных и важных этапов при возведении земляного полотна и заключается в сочетании и взаимодействии множества различных по назначению, характеру и профессиональному исполнению строительных работ. Учитывая, что стоимость земляных работ доходит до 30% общих затрат на сооружение линии, это лишний раз подтверждает, что на всех этапах возведения насыпей необходим контроль за ходом всех технологических процессов.

В условиях рыночных отношений одним из критериев успешного функционирования отрасли транспортного строительства является получение доброкачественного результата строительства, что достигается путем осуществления контроля качества производства работ. Это актуализирует проблему создания мониторинга технологических процессов, которая возникает еще на стадии проектирования и инвестирования строительных работ. Объясняется это тем, что затраты связанные с устранением брака, обнаруженного в ходе эксплуатации, значительно превышают затраты на возведение объекта, что является недопустимым. При этом объект следует рассматривать как единую природно-техническую систему, включающую, наряду с другими элементами, методы наблюдения и методы управления качеством процесса его возведения.

Технологии сооружения земляного полотна посвящены работы Б.И. Цвелодуба, С.Г. Жорняка, И.Д. Ткачевского, М.В. Чернавского, Г.С. Переселенкова, Д.И. Федорова, И.А. Недорезова, Е.А. Яковлевой. В МИИТе этими вопросами занимались Б.К. Андреев, С.Я. Луцкий, А.О. Нейман и другие.

Проблема многогранна. Ее решение связано с такими науками как механика грунтов и грунтоведение - это отмечено в работах Н.М. Герсеванова, H.A. Цытовича, М.Е. Медкова, Б.И. Каменецкого, A.B. Леонычева.

Поведение насыпи железнодорожного земляного полотна в условиях эксплуатации рассмотрено в работах Г.М. Шахунянца, Т.Г. Яковлевой, Е.С. Ашпиза, В.И. Грицыка и многих других исследователей.

Другой аспект проблемы лежит в учете реакций земляных сооружений на динамические воздействия, в учете явлений тиксотропности,

ползучести, реологических свойств. Эти вопросы исследовали Д.Д. Баркан, К. Терцаги, Р. Пек, О.Я. Шехтер. В работах H.A. Хархуты, Н.И. Вощинина, А.И. Васильева, М.К. Неклюдова, JI.M. Бобылева рассмотрено влияние внешних воздействий на процесс уплотнения рыхлого грунта.

Основы системотехнического видения задачи заложены в трудах | A.A. Богданова, П.К. Анохина, Ю.Н. Афанасьева, Л. Берталанфи,

Н.П. Бусленко, A.A. Гусакова. Системотехнические подходы к оценке надежности организационно-технологических решений рассматриваются в работах Э.С. Спиридонова, Т.В. Шепитько. Вопросам системного анализа и моделирования производственных ситуаций посвящены работы С.Р. Владимирского, В.М. Круглова, В.Н. Мастаченко, С.П. Першина. Экосистемные аспекты транспортного строительства рассмотрены в работах A.A. Цернанта, Л.В. Киселевой и других ученых.

Проблема организации и управления строительством транспортных сооружений исследовалась в работах Г.Н. Жинкина, М.И. Иванова, Ю.Б. Калугина, H.A. Шадрина, В.Б. Бобрикова, А.К. Кельчевского, A.M. Призмазонова, К.В. Симонова, М.А. Спиридоновой и многих других.

В первой главе рассмотрены принципы управления качеством строительства, а также существующие методы и способы контроля качества технологического процесса отсыпки и уплотнения фунта насыпи земляного полотна. При этом контроль качества процесса состоит из двух этапов:

• получение информации о фактическом состоянии технологического процесса (его количественных и качественных признаках);

• сопоставление полученной информации с заранее установленными технологическими требованиями, т.е. получение вторичной информации.

Известно, что некачественное уплотнение слоев грунта может потребовать дополнительной балластировки, что является крайне нежелательным, так как требует существенных ресурсозатрат при эксплуатации земля-t ного полотна.

Качество возведения насыпи определяется поэтапно: подготовкой основания, соблюдением геометрических характеристик и выполнением требований к уплотнению грунта. Возникает необходимость контроля процесса путем управляющего воздействия на основные составляющие, а именно толщину отсыпаемого слоя, качество уплотнения слоя, соответствие отсыпаемого грунта проектным требованиям. Это во многом определяется параметрами и видом грунта, способом уплотнения, типом грунтоуплотнителя.

В настоящее время известны следующие способы определения и контроля степени уплотнения (Ку) грунтов: метод «режущих колец»; динамиче-

ского, вибродинамического и статического зондирования; поглощения радиоактивных излучений; ультразвуковой; геодезический; электроемкостной; оценка уплотнения по сопротивлению качению. Существующая система контроля имеет существенный недостаток, состоящий в том, что она, фиксируя существующее состояние, не предполагает функции прогноза, является пассивной и малоинформативной.

Анализ технологического процесса отсыпки и уплотнения грунта показал возможность выявления нарушений и отклонений еще на стадии проектирования с использованием элементов прогнозирования и технического регулирования с применением основ композитного метода. Данный метод позволяет выходить на максимальное привлечение информационных технологий и принципа суперпозиции для поиска конкретных оптимальных решений, используя математический аппарат решения задач многокритериальных оптимизаций. Вероятностные методы определения показателей надежности позволяют достаточно достоверно оценивать надежность технологических процессов.

Для создания эффективной системы контроля качества возведения насыпей земляного полотна, позволяющей фиксировать появление отклонений на ранней стадии и обеспечивающей своевременное устранение отказов в технологическом процессе, необходимо проводить повторяющееся во времени отслеживание хода процесса с периодом, гарантирующим от неконтролируемого развития отклонений, то есть мониторинг. Процессы строительства являются многофакторными и вероятностными (влияние погодных и природных воздействий, сбои в поставках материалов и оборудования, нарушения производственных процессов и трудовой дисциплины и др.), что является обоснованием необходимости разработки и применения мониторинга в строительстве. В диссертации представлен обзор формирования мониторинга геотехнических систем, а также положения экосистем-ного метода, которые могут быть положены в основу создания мониторинга процесса возведения насыпей земляного полотна. При этом экосистемный подход к строительству заключается в представлении инженерных сооружений (в данном случае насыпей земляного полотна) одновременно в качестве элементов структурных (геотехнических) и функциональных (транспортных) подсистем природно-технических систем (ПТС), создаваемых в результате инженерно-строительной деятельности человека.

В завершении главы представлены основные функции мониторинга технологического процесса возведения насыпей земляного полотна, осуществляемые по целевой программе.

Во второй главе рассмотрено влияние параметров грунта на ход технологического процесса отсыпки и уплотнения грунта в насыпях земляного полотна. В период работы в центральной лаборатории земляного полотна ОАО ЦНИИС автором проведены лабораторные испытания фунтов (269 образцов) в последовательности представленной на рис. 1.

При этом выделены следующие характеристики физических свойств грунтов: гранулометрический состав; модуль крупности, Мк; плотность, р; влажность, IV; коэффициент фильтрации, Кф; пористость, и; коэффициент пористости, е; степень неоднородности, С„; число пластичности, 1Р; показатель текучести, /¿; коэффициент уплотнения, Ку\ коэффициент разрыхления, Кр.

В результате удалось установить связь между физическими параметрами грунта, оказывающими влияние на выбор способов отсыпки и уплотнения, а также на управление ходом технологического процесса.

Сформирован банк данных параметров фунтов ОШаЬшеР, позволяющий хранить результаты лабораторных испытаний, а также испытаний фунтов (в данном случае песков и супесей) на наиболее эффективный способ уплотнения для последующей аналитической и статистической обработки.

Из практики строительства известно, что качество возведения насыпи в текущий момент времени окажется неудовлетворительным в случаях:

• завышения толщины отсыпаемого слоя;

• недостаточности количества проходов катка;

• неудовлетворительного качества уплотнения нижележащего слоя фунта.

Возникновение таких ситуаций в технологическом процессе считается отказом. Несоответствие параметров, получаемых в результате контроля качества возводимой насыпи, проектным требованиям вследствие нарушения в процессе возведения может привести к необратимым последствиям в дальнейшем. Специфической особенностью процесса возведения насыпи является невозможность последующего вмешательства в него с целью корректировки результата и устранения брака в связи с тем, что недоуплотнен-ные слои насыпи к моменту обнаружения брака будут засыпаны новыми слоями фунта.

Рис. 1. Последовательность определения параметров грунтов

Процесс отсыпки и уплотнения грунта характеризуется следующими видами отказов:

• отказами технологии, связанными с неудовлетворительным качеством уплотнения очередного слоя грунта (ИОТ1);

• отказами технологии, связанными с завышенной толщиной очередного слоя грунта (ИОТ2);

• отказами технологии, связанными с несоответствующим качеством отсыпаемого грунта (ИОТЗ);

• отказами технологии, связанными с неудовлетворительным качеством уплотнения фунта нижележащего слоя (ИОТ4).

Отказы являются случайной величиной и представляют собой среднее число событий, связанных с отклонением технологической операции от проектных требований, приходящихся на единицу времени (час). Это впоследствии позволило определить величину интенсивности отказов для каждой технологической операции.

Как известно, некоторые параметры грунта и связанные с ними физические свойства могут меняться под влиянием внешней среды. Эти изменения оказывают существенное влияние на технологический процесс и зачастую приводят к результату противоречащему нормам. Таким образом, отсыпка соответствующего вида грунта, предусмотренного регламентом, выдержка необходимой толщины слоя, соответствие количества проходов грунтоуплотнителя проектным требованиям не всегда позволяют получить заданное качество уплотнения. В идеальном случае в результате процесса отсыпки и уплотнения слоя по данным измерений коэффициент уплотнения должен отвечать требованиям СНиП 32-01-95. Очевидно, что при этом отказов не возникнет, и их интенсивность будет равна нулю. Однако, несоответствующий нормам результат (коэффициент уплотнения), полученный при соблюдении всех требований технологии указывает на наличие случай-I ных внешних неконтролируемых или неизвестных воздействий на техноло-

гический процесс. Для достижения положительного результата требуются дополнительные ресурсозатраты, что, как правило, не предусматривается технологическим регламентом. Это приведет к существенным затратам на энергию, увеличится время выполнения технологических операций, возрастет стоимость строительства. Такое развитие событий является крайне нежелательным.

Современные информационные технологии и средства статистической обработки данных позволяют установить возможную связь

между параметрами фунта и их влиянием на отказы технологического процесса.

В результате дискриминантного анализа в системе 57/1Т13Т1СА 6.0 установлена связь между параметрами грунта, характеризующими его вид, и наиболее эффективным способом его уплотнения. Получены эмпирические формулы типа

ВК = -3627,72-12,97• Си -115,20-А/к + 4173,21 ■ + 33,70■ + 27,81-/С, , (1) позволяющие определять интегральный показатель технологической пригодности (ИПОТЕП) грунта к способу уплотнения при минимальных интен-сивностях отказов. Формула (1) позволяет определить ИПОТЕП грунта к способу уплотнения вибрационным катком. Также получены формулы для уплотнения катком с гладкими вальцами, уплотнения виброударной машиной, уплотнения трамбованием, уплотнения пневмокатком.

Во второй главе автором построена модель множественной полиномиальной регрессии пятой степени. В результате получены четыре эмпирические формулы типа

ПИОП = 8831390- 20,842• С„ +16,19»• С„г - 6,033• С3и +1,065■ С' - 0,071С'0 + + 430,228 -Мк -619340-Л/^ + 429,885-М* -144,318-+ 18,764-Л*; --164,226-+63,188 • 2,3 Ю--27^942-^+31,015-' (2) -1,294-+0,001 +1,695-Кф -0,978-/^ +0,208-К'ф -0,014-КАФ для определения прогнозных интенсивностей отказов технологий (ПИОТ) в соответствии с заданными параметрами грунтов. Вышеуказанная формула (2) позволяет определить ПИОТ, связанную с неудовлетворительным качеством уплотнения очередного слоя грунта - ПИОТ\.

Полученные формулы были использованы для определения наиболее эффективного способа уплотнения грунта, а также интенсивностей отказов технологических операций процесса отсыпки и уплотнения с целью последующей оптимизации ресурсозатрат при производстве земляных работ.

Расчеты позволили количественно обосновать целесообразность применения фунтовых смесей, приготовленных на фунтосмесительных заводах,

В третьей главе осуществлено моделирование процесса послойного формирования тела насыпи земляного полотна.

Определены вероятностные характеристики, описывающие ход технологического процесса отсыпки и уплотнения фунтов в насыпях, который

рассмотрен как марковский случайный процесс с Дискретными состояниями и непрерывным временем.

Адаптирована к задаче методика определения вероятностей нахождения технологического процесса в различных поэтапных состояниях. Для этого были построены ориентированные графы состояний и переходов системы. Решение графов выполнено с помощью дифференциальных уравнений А.Н. Колмогорова.

В результате приняты следующие плотности вероятности перехода:

Я/ - интенсивность отказов технологии, связанная с неудовлетворительным качеством уплотнения очередного слоя грунта (1/час);

Я; - интенсивность отказов технологии, связанная с завышенной толщиной очередного слоя фунта (1/час);

- интенсивность отказов технологии, связанная с несоответствующим качеством отсыпаемого фунта (1/час);

Х4 - интенсивность отказов технологии, связанная с неудовлетворительным качеством уплотнения фунта нижележащего слоя (1/час);

В случаях систематического недоуплотнения текущих (очередных, в данный момент • верхних) слоев фунта интенсивность отказов Х4 увеличивается на величину к5.

Для исследования предложена модель из пяти состояний, которая раскрывает развитие ситуации при уплотнении слоев фунта насыпи земляного полотна в части отказов технологии. При этом в модели рассмотрены состояния, как условно самостоятельные этапы процесса.

5Й - все процессы в момент (достигают результата;

5у - недоуплотнение в момент I верхнего слоя фунта вследствие завышенной толщины слоя;

8г - недоуплотнение в момент г верхнего слоя фунта вследствие недостаточного количества проходов фунтоуплотнителя;

5} - состояние, когда в момент I отсыпается несоответствующий проектным требованиям фунт;

5., - снижение плотности основания (подстилающего слоя) в момент I превысило допустимый предел.

Ориентированный фаф пяти состояний и возможные переходы системы показаны на рис. 2.

Переходные вероятности

системы:

• из состояния 5в за

время М система перейдет в

состояние 5/ с вероятностью

Я/ А*, если будет завышена Рис. 2. Граф состояний и переходов

толщина слоя;

• из состояния за время А/ система перейдет в состояние с вероятностью А? Л/, если будет занижено число проходов грунтоуплотнителя;

• из состояния за время А/ система перейдет в состояние с вероятностью 13 А г, если будет отсыпан несоответствующий проектным требованиям грунт;

• из состояния Яп за время А( система перейдет в состояние с вероятностью 14 А/, если снижение плотности основания (подстилающего слоя) превысит допустимый предел при удовлетворительном качестве уплотнения верхнего слоя;

• с вероятностью (к4+ Х5) А/ система перейдет из состояния Б] в состояние 84 или из состояния 82 в состояние 54, или из состояния 83 в состояние 54, если снижение плотности подстилающего слоя превысит допустимый предел при неудовлетворительном качестве уплотнения верхнего слоя.

ш л

~ = Ш'Ыл+лМО+к++Л >',(<); /;(')+ /',(')+ 1\(1)+рЛ')=1

В начальный момент времени 1=0 все этапы технологического процесса уплотнения грунта функционировали без отказов, то есть: Го (0) =/, Р, (0) = Р: (0) = Р3 (0) = Р/0)=0.

В результате система дифференциальных уравнений (уравнений А.Н. Колмогорова) была решена методом Рунге-Кутта с применением информационных технологий.

Задача моделирования была сведена к определению вероятностей отказов состояний технологического процесса на определенном интервале

времени с целью недопущения или своевременного устранения нарушений с минимальными ресурсозатратами (рис. 3).

а2 + а,-а, + а, ',(')=—!--1

р>(')=

А, +Л,-А, + А,

(4)

Аг + А, -Л, + д,

р4(,)=1_4£--^---

V

лрсаьюыю допустимый продел (Яя/Л

Неяо уплотнен «с аерлмапо слон груша вел стана лааытишоИ гоящинаг слои (Р^Ф

Отсыпан иесоотасгствунициЯ проектным требованием грунт

Л, + Я, - А, + А, Я, + А, - А, + А,

Моделирование показало, что существует такое состояние технологического процесса, вероятность отказа которого во времени интенсивно увеличивается, оказывая влияние на другие состояния вследствие изоморфизма. Определены состояния деградации, которые перестают влиять на ход технологического процесса.

Установлено, что нарушение технологии уплотнения грунта возникает при одновременном сочетании вероятностей отказов, причем устранение отказа становится трудновозможным, вследствие высоких ресурсозатрат. Однако с вводом (учетом) интенсивностей восстановления вероятности отказа технологического процесса существенно уменьшаются, принимают постоянное значение и практически перестают зависеть от времени.

Недаупдспмеиис верхнего елоа групп •следствие недостаточного иажчястм проходов грунтоупмлннтсл« (/У/Л

5 6 7 $ 9 10 11 12 II 1* 15 16 1? К 19 20 21 22 2)

/.час

Рис. 3. График изменения значений вероятностей состояний технологического процесса без учета интенсивностей восстановления технологий ())

На рис. 4 показан граф состояний и переходов с учетом - интен-сивностей восстановления технологий. На основе графа составлена и решена система дифференциальных уравнений и получены данные (рис. 5), которые позволяют найти функции изменения неопределенности процесса с целью выявления его способности к самоорганизации. В качестве меры априорной неопределенности системы в теории информации применяется характеристика, называемая неопределенностью. Это есть взятая с обратным знаком сумма произведений вероятностей различных состояний системы, умноженная на логарифмы этих вероятностей:

"(0 = -1/>,(')1о^(0) (5)

Полученные значения вероятностей состояний технологического процесса позволяют оценить его эффективность. Для определения параметра эффективно-& сти необходимо задаться

Рис. 4. Граф состояний и переходов с учетом ин- ценой С, нахождения систе-тенсивностей восстановления технологий мы в состоянии 5/. При этом цены для каждого состояния будут представляться в абсолютных единицах, как доли от общей суммы (равной единице или 100%), необходимой для проведения технологического процесса уплотнения грунта. Причем сочетание цен будет различным для выявления наиболее оптимальной комбинации.

Формирование цены зависит от необходимого количества ресурсов, которые необходимо затратить на осуществление того или иного этапа в процессе. К числу важнейших требований к системе ресурсообеспечения относится возможность производственных маневров в рамках ресурсопото-ка. При этом происходит расход, естественное или искусственное производство и воспроизводство, хранение, преобразование и резервирование ресурсов.

Зная вероятности пребывания процесса в каждом из состояний и задаваясь ценой пребывания в текущем состоянии, можно определить параметр экономической эффективности процесса, как математическое ожидание случайной величины:

Все пронесем достигают рету тьтата (Ра(0) \

Недоуплотиеинс верхнего слоя грм'тэ вследспие эаамшеииой толщины слоя {РМ)

Огеыпан несоответствующий пмекпшм требованиям грунт (Р/О)_

Недоуплотнение верхнего слоя грчкта вследствие недостаточного готичестаа проходов фунтоуялотинтеля «у»)

где Р, (I) - вероятность нахождения процесса в состоянии в момент времени г; С,- цена нахождения системы в состоянии 5,.

Графики поверхностей вероятностного развития рассматриваемого технологического процесса (рис. 6) и многовариантность назначения цен состояний показали, что эффективность технологического процесса является случайной величиной.

Установлено, что определение коэффициентов готовности отдельных состояний восстанавливаемого технологического процесса надежности технологиче-

Снижение плотности основами оремюию допустимый предел (Р<<0)

' 2 7 * I Л 7 I 9 10 II II 13 М И 14 17 1« 19 20 21 Я 23 24

и час

Рис. 5. График изменения значений вероятностей (с учетом интенсивностей восстановления технологий («=/?))

можно рассматривать в качестве характеристики ского процесса.

а) ~ б) ~~

Рис. 6. Графики поверхности (ЗО-график) эффективности технологического процесса

а) без учета интенсивностей восстановления технологий

б) с учетом интенсивностей восстановления технологий

В процессе моделирования в рассматриваемой модели существует только одно исправное состояние, которое характеризуется безотказным функционированием технологического процесса - Это состояние выражено вероятностью Ро(0- Тогда

К,Ц) = Р, (/) (7)

Коэффициент готовности является предельной вероятностью безотказного функционирования технологического процесса:

Я-г=Ит/Сг(0 (8)

Четвертая глава посвящена внедрению элементов мониторинга процесса возведения насыпей земляного полотна.

При осуществлении строительного мониторинга технологического процесса послойного формирования тела насыпи учитываются особенности отсыпаемых фунтов и их принадлежность к способам уплотнения. В рамках технического регулирования процесса определены взаимосвязи работ и ограничений при возведении насыпей земляного полотна, а также разработаны последовательности операций контроля качества фунта и уплотнения непосредственно в ходе работ.

Разработанная автором методика прогнозирования и управления технологическим процессом, а также ряд практических рекомендаций и предложений автора диссертации использованы при разработке технологических регламентов в Центральной лаборатории земляного полотна ОАО ЦНИИС на проектирование и реализацию ресурсосберегающих технологий сооружения насыпей земляного полотна, а также в процессе производства работ, путем реализации строительного мониторинга технологического процесса.

Предложенный алгоритм управления технологическим процессом отсыпки и уплотнения насыпей земляного полотна может применяться для прогнозирования хода технологического процесса еще на стадии проектирования технологических регламентов.

Предлагаемая методика управления процессом отсыпки и уплотнения насыпи земляного полотна состоит из нескольких этапов:

• этап формирования банка данных параметров фунта;

• этап выбора способа отсыпки и уплотнения фунта;

• этап декомпозиции технологического процесса;

• этап определения признаков нарушающих качество технологического процесса;

• вычислительный этап;

• этап принятия управленческих решений по результатам моделирования;

• этап вывода окончательных результатов.

Разработанная методика прогнозирования и управления технологическим процессом базируется на автоматизации вычислений и состоит в последовательном использовании современного программного обеспечения.

Применение методики, положенной в основу строительного мониторинга, позволяет выявлять и принимать меры по тем состояниям процесса, где наиболее высока вероятность нарушения технологии. Предполагается создание автоматизированной системы сравнения показаний динамических индикаторов степени уплотнения грунта с прогнозными значениями. Это будет способствовать оперативному определению ресурсных потребностей, необходимых для возведения насыпи земляного полотна. Регулярное сравнение результатов, получаемых с фронта работ с прогнозными значениями, позволит отслеживать качество технологического процесса. По результатам контроля качества процесса можно оперативно принимать управленческие решения относительно дальнейшего хода технологического процесса с целью достижения проектных эксплуатационных характеристик насыпи земляного полотна.

Экономическая эффективность от внедрения мониторинга процесса возведения насыпи достигается за счет снижения ресурсоемкости строительства, а именно: планированию и контролю времени, выделенного на возведение насыпи земляного полотна; снижению затрат на разработку, транспортировку, отсыпку и уплотнение (в том числе на доуплотнение) грунта; применению фунтовых смесей.

В рамках строительного мониторинга разработаны также алгоритмы контроля качества грунта и операций контроля качества послойной отсыпки фунта в тело насыпи.

Разработанная автором диссертации системная многоуровневая феноменологическая модель процесса возведения насыпи позволяет установить этапы, требующие постоянного контроля качества работ путем организации строительного мониторинга с целью недопущения возникновения брака, а также определения потребностей строительного производства в ресурсных резервах материалов, энергии, информации во времени и пространстве (рис. 7).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Сформированы модели управления технологическим процессом отсыпки и уплотнения грунта с учетом влияния интенсивностей отказов и восстановлений.

2. Путем лабораторных испытаний грунтов (269 образцов) установлена связь между физическими параметрами грунта, оказывающими влияние на выбор способов отсыпки и уплотнения, а также на управление ходом технологического процесса. Сформирован банк данных параметров грунтов, позволяющий хранить результаты лабораторных испытаний с целью их последующей аналитической и статистической обработки.

3. В результате статистического анализа в системе STA TIST1CA 6.0 ■

• получены эмпирические формулы, позволяющие определять интегральный показатель технологической пригодности (ИПОТЕП) грунта к способу уплотнения при минимальных интенсивностях отказов;

• построена модель множественной полиномиальной регрессии пятой степени, на основе которой получены эмпирические формулы для определения интенсивностей отказов технологий в соответствии с заданными параметрами грунтов;

• полученные эмпирические формулы могут быть использованы для определения наиболее эффективного способа уплотнения грунта, а также интенсивностей отказов технологических операций процесса отсыпки и уплотнения применительно к Московскому региону и близлежащим областям с целью последующей оптимизации ресурсозатрат при производстве земляных работ.

• количественно обоснована целесообразность применения грунтовых смесей, приготовленных на грунтосмесительных заводах.

4. Адаптирована к задаче методика определения вероятностей нахождения технологического процесса в различных поэтапных состояниях на основе описания ориентированных графов состояний и переходов системой дифференциальных уравнений А.Н. Колмогорова и их решения с помощью универсальной системы компьютерной математики Mathcad Pro. В результате установлено:

• задача сводится к определению вероятностей отказов состояний технологического процесса на определенном интервале времени с целью недопущения или своевременного устранения нарушений с минимальными ресурсозатратами.

• существует такое состояние технологического процесса, вероятность отказа которого во времени интенсивно увеличивается, оказывая влияние на другие состояния вследствие изоморфизма.

• нарушение технологии уплотнения грунта возникает при одновременном сочетании вероятностей отказов, причем устранение отказа становится невозможным, вследствие несоизмеримо высоких ресурсозатрат.

• с вводом интенсивностей восстановления вероятности отказа состояний технологического процесса существенно уменьшаются, принимают постоянное стационарное значение и практически перестают зависеть от времени.

5. Моделирование показало, что:

• графики поверхностей вероятностного развития процесса и многовариантности назначения цен состояний показали, что эффективность технологического процесса является случайной величиной;

• определение коэффициентов готовности отдельных состояний восстанавливаемого технологического процесса можно рассматривать в качестве характеристики надежности исследуемого технологического процесса.

6. Разработанная методика прогнозирования и управления технологическим процессом, а также ряд практических рекомендаций и предложений автора диссертации использованы при разработке технологических регламентов в Центральной лаборатории земляного полотна ОАО ЦНИИС на проектирование и реализацию ресурсосберегающих технологий сооружения насыпей земляного полотна, а также в процессе производства работ путем I реализации строительного мониторинга технологического процесса.

7. Применение предложенной методики позволяет выявлять и принимать меры по тем состояниям процесса, где наиболее высока вероятность нарушения технологии. Предполагается создание автоматизированной системы сравнения показаний динамических индикаторов степени уплотнения грунта с прогнозными значениями, способствующей оперативному определению ресурсных потребностей необходимых для возведения насыпи зем-

ляного полотна. В рамках технического регулирования процесса определены взаимосвязи работ и ограничений при возведении насыпей земляного полотна, а также разработаны последовательности операций контроля качества грунта и уплотнения непосредственно в ходе работ.

8. Разработанная автором диссертации системная многоуровневая феноменологическая модель процесса возведения насыпи позволяет установить этапы, требующие постоянного контроля качества работ путем организации строительного мониторинга с целью недопущения возникновения брака, а также определения потребностей строительного производства в ресурсных резервах.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах автора:

1. Нейман А.О., Полянский A.B. Управление качеством земляных работ при возведении дорожных насыпей. // ВИНИТИ РАН. Транспорт: наука, техника, управление. - 2004. -№4, С. 18-24.

2. Нейман А.О., Богдан А.Т., Полянский A.B. Обоснование продолжительности межремонтных периодов элементов транспортных сооружений. // Современные проблемы путевого комплекса. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований / Труды научно-технической конференции. - М.: МИИТ, 2004. - С. III-34.

3. Нейман А.О., Полянский A.B. Формирование методических подходов технического регулирования технологических процессов возведения земляного полотна. // Труды научно-практической конференции Неделя науки - 2004 «Наука - транспорту». 7 М.: МИИТ, 2005. - С. Н-21-22.

4. Нейман А.О., Богдан А.Т., Полянский A.B. Техническое регулирование безопасности транспортных резервуаров. // Безопасность движения поездов / Труды V научно-практической конференция. - М.: МИИТ, 2004. -С. Х-8-9.

5. Нейман А.О., Полянский A.B., Жорняк С. Г., Ткачевский И.Д., Козлов A.B. Регулирование процесса возведения железнодорожных насыпей. // ВИНИТИ РАН. Транспорт: наука, техника, управление. - 2005. - №4, С. 4-8.

24

¿cwA

ООо </роо

6. Спиридонов Э.С., Емельянов P.E., Полянский A.B. Принципы определения организационно-технологической надежности для транспортных объектов. // Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации транспортных объектов / Материалы Международной конф. 2122 ноября 2002 г., под ред. проф. Е.С. Свинцова, Санкт-Петербург, ООО «Издательство» ОМ-Пресс». - С. 76-79.

7. Полянский A.B. Элементы мониторинга управления качеством строительных свойств грунта. // Труды научно-практической конференции Неделя науки - 2003 «Наука - транспорту». - М.: МИИТ, 2004. - С. И-13-15.

8. Полянский A.B. Формирование методических подходов технического регулирования технологических процессов возведения земляного полотна. // Труды научно-практической конференции Неделя науки - 2004 «Наука - транспорту». - М.: МИИТ, 2005. - С. И-22-24.

9. Полянский A.B. Разработка концепции строительного мониторинга процесса возведения насыпей земляного полотна. // Безопасность движения поездов / Труды VI научно-практической конференция. - М.: МИИТ, 2005. - С. VIII-17-18.

МОНИТОРИНГ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВОЗВЕДЕНИЯ НАСЫПЕЙ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

ПОЛЯНСКИЙ Алексей Викторович

Подписано к печати - Н. 01'. 06. Объем - 1,5 пл. Заказ -£,

Формат 60x80 1/16

Тираж 80 экз.

Типография МИИТа, 127994, ГСП-4, Москва, ул. Образцова, 15

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Существующие методы контроля качества процесса производства земляных работ.

1.1.1. Контроль качества основания.

1.1.2. Контроль геометрических характеристик.

1.1.3. Контроль качества уплотнения грунта.

1.2. Оценка качества и надежности процесса возведения насыпей земляного полотна.

1.3. Особенности мониторинга геотехнических систем.

Выводы по первой главе.

2. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГРУНТА НА ХОД ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОТСЫПКИ И

УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА В НАСЫПЯХ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА.

2.1. Определение параметров грунтов для дорожного строительства.

2.2. Связь параметров грунта со способами отсыпки и уплотнения насыпей земляного полотна.

2.3. Сбор и обработка экспериментальных данных.

2.3.1. Сбор исходных данных и формирование банка данных параметров грунтов.

2.3.2. Статистическая обработка экспериментальных данных с применением системы STATISTICA 6.0.

Выводы по второй главе.

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОСЛОЙНОГО ФОРМИРОВАНИЯ ТЕЛА НАСЫПИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА.

3.1. Моделирование с применением элементов теории случайных процессов.

3.1.1. Параметры модели.

3.1.2. Исходные данные.

3.2. Формирование модели и алгоритма расчета.

3.3. Моделирование с учетом отказов технологического процесса послойного уплотнения грунта в системе Mathcad Pro.

3.4. Моделирование с учетом интенсивности восстановления процесса послойного уплотнения грунта.

3.5. Анализ выходных параметров моделей.

3.5.1. Оценка возможностей самоорганизации технологического процесса.

3.5.2. Оценка эффективности технологического процесса.

3.5.3. Анализ надежности и восстанавливаемости технологического процесса.

Выводы по третьей главе.

4. ВНЕДРЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ МОНИТОРИНГА ПРОЦЕССА ВОЗВЕДЕНИЯ НАСЫПЕЙ

ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА.

4.1. Прогнозирование и управление процессом отсыпки и уплотнения насыпей земляного полотна.

4.2. Информационное сопровождение процесса отсыпки и уплотнения насыпи земляного полотна.

4.3. Регулирование процесса отсыпки и уплотнения насыпей земляного полотна.

Выводы по четвертой главе.

В представленной работе исследована возможность прогнозирования и технического регулирования технологического процесса возведения насыпи земляного полотна. Данный технологический процесс рассмотрен в соответствии с требованиями и положениями Федерального закона № 184-ФЗ «О техническом регулировании», который дает новый стимул для проведения подобных исследований.

Земляное полотно является долговременным сооружением, которое не подлежит замене в течение всего срока эксплуатации дороги и только в случае необходимости может быть усилено или капитально отремонтировано.

В настоящее время более чем на 10% протяженности эксплуатационной длины сети железных дорог Российской Федерации земляное полотно имеет дефекты и деформации, негативно влияющие на перевозочный процесс. При этом до 70% всех полных отказов приходится на насыпи, а одной из причин их возникновения является низкое качество строительства, выраженное нарушениями технологии возведения земляного полотна [99]. В то же время рост грузооборота, повышение осевых нагрузок, а также увеличение скоростей движения поездов на главных направлениях железных дорог предъявляют повышенные требования к надежности и безопасности строящегося земляного полотна.

Следует отметить, что в дорожном строительстве сооружение земляного полотна занимает около 90% всех земляных работ. В частности сооружение насыпей является одним из наиболее ответственных и важных этапов при возведении земляного полотна и заключается в сочетании и взаимодействии множества различных по назначению, характеру и профессиональному исполнению строительных работ. Учитывая, что стоимость земляных работ доходит до 30% общих затрат на сооружение линии, это лишний раз подтверждает, что на всех этапах возведения насыпей необходим контроль за ходом всех технологических процессов.

В условиях рыночных отношений одним из критериев успешного функционирования отрасли транспортного строительства является получение доброкачественного результата строительства, что достигается при осуществлении постоянного и непрерывного контроля качества производства работ. Это актуализирует проблему создания мониторинга технологических процессов, которая возникает еще на стадии проектирования и инвестирования строительных работ. Объясняется это тем, что затраты связанные с устранением брака, обнаруженного в ходе эксплуатации, значительно превышают затраты на возведение объекта, что является недопустимым. При этом объект следует рассматривать как единую природно-техническую систему включающую, наряду с другими элементами, методы наблюдения и методы управления качеством процесса его возведения.

Технологии сооружения земляного полотна посвящены работы Б.И. Цвелодуба, С.Г. Жорняка, И.Д. Ткачевского, М.В. Чернавского, Г.С. Переселенкова, Д.И. Федорова, И.А. Недорезова, Е.А. Яковлевой. В МИИТе этими вопросами занимались Б.К. Андреев, С.Я. Луцкий, А.О. Нейман и другие.

Проблема многогранна. Ее решение связано с такими науками как механика грунтов и грунтоведение - это отмечено в работах Н.М. Герсеванова, Н.А. Цытовича, М.Е. Медкова, Б.И. Каменецкого, А.В. Леонычева.

Поведение насыпи железнодорожного земляного полотна в условиях эксплуатации рассмотрено в работах Г.М. Шахунянца, Т.Г. Яковлевой, Е.С. Ашпиза, В.И. Грицыка и многих других исследователей.

Другой аспект проблемы лежит в учете реакций земляных сооружений на динамические воздействия, в учете явлений тиксотропности, ползучести, реологических свойств. Эти вопросы исследовали Д.Д. Баркан, К. Терцаги, Р. Пек, О.Я. Шехтер. В работах Н.А. Хархуты, Н.И. Вощинина, А.И. Васильева, М.К. Неклюдова, Л.М. Бобылева рассмотрено влияние внешних воздействий на процесс уплотнения рыхлого грунта.

Основы системотехнического видения задачи заложены в трудах А.А. Богданова, П.К. Анохина, Ю.Н. Афанасьева, Л. Берталанфи, Н.П. Бусленко, А.А. Гусакова. Системотехнические подходы к оценке надежности организационно-технологических решений рассматриваются в работах Э.С. Спиридонова, Т.В. Шепитько. Вопросам системного анализа и моделирования производственных ситуаций посвящены работы С.Р. Владимирского, В.М. Круглова, В.Н. Мастаченко, С.П. Першина. Экосистемные аспекты транспортного строительства рассмотрены в работах А.А. Цернанта, JI.B. Киселевой и других ученых.

Проблема организации и управления строительством транспортных сооружений исследовалась в работах Г.Н. Жинкина, М.И. Иванова, Ю.Б. Калугина, Н.А. Шадрина, В.Б. Бобрикова, А.К. Кельчевского, A.M. Призмазонова, К.В. Симонова, М.А. Спиридоновой и многих других.

Использование данных разработок позволяет найти способы совершенствования транспортного строительства в направлении повышения качества работ, повышения его эффективности и ресурсосбережения. Решение этих задач позволит железнодорожному строительству органично войти в формирующуюся систему рыночных отношений.

Актуальность исследования определяется необходимостью прогнозирования и регулирования хода технологического процесса, а также управления им с целью повышения его эффективности и ресурсосбережения при возведении насыпи земляного полотна.

Цель исследования - разработка научно-обоснованной методики прогнозирования и регулирования хода технологического процесса возведения насыпи земляного полотна, а также разработка мониторинга процесса послойного формирования тела насыпи; повышение эффективности его регулирования и управляемости.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

• обобщение существующих методов контроля качества уплотнения грунта при возведении насыпей земляного полотна;

• разработка моделей и алгоритмов управления технологическим процессом возведения насыпей земляного полотна, определяющих качество и эффективность процесса с целью получения доброкачественного результата;

• сбор и исследование экспериментальных данных, полученных в результате лабораторных испытаний образцов грунтов из различных карьеров Московской области;

• исследование экспериментальных данных с использованием методов математической статистики;

• исследование влияния параметров грунта на технологический процесс отсыпки и уплотнения грунта;

• разработка методики прогнозирования и технического регулирования технологического процесса возведения насыпей земляного полотна, а также рекомендаций по оптимизации ресурсозатрат с целью повышения качества результата труда.

Исследования образцов грунта проводились в Центральной лаборатории земляного полотна ОАО ЦНИИ С.

Предметом исследования является технологический процесс возведения насыпи земляного полотна.

Методы исследования. Для решения поставленных задач был применен программно-целевой метод исследования, собраны материалы на основании лабораторных испытаний грунта. Проведены аналитические и статистические расчеты с применением методов математической статистики, теории случайных процессов и теории надежности. Изучены проектные материалы, нормативная документация, обобщен передовой опыт реального строительства.

Научная новизна результатов исследования заключается в разработке алгоритма ресурсосбережения путем прогнозирования и технического регулирования технологического процесса послойного возведения насыпи земляного полотна, а также методики получения и анализа информации с целью совершенствования процесса возведения насыпи дорожного земляного полотна. Для этого:

• систематизирован материал по развитию и совершенствованию методов контроля качества технологического процесса возведения насыпей земляного полотна;

• установлено влияние параметров грунтов на процесс послойного уплотнения тела насыпи;

• разработана методика учета влияния параметров грунтов на возникновение отказов в ходе технологического процесса возведения насыпи земляного полотна;

• разработана методика определения зависимости вероятности пребывания технологического процесса в текущем состоянии от времени;

• разработан алгоритм мониторинга технологического процесса с учетом интенсивностей отказов и восстановления.

Практическая полезность исследования заключается в том, что:

• предложена методика прогнозирования и технического регулирования технологического процесса возведения насыпи земляного полотна, направленная на повышение его надежности и качества результата труда;

• разработана первая редакция рекомендаций по определению принадлежности грунтов к способам уплотнения;

• предлагаемые разработки позволяют определять моменты времени вмешательства в технологический процесс для стабилизации уровня качества;

• предложенная методика позволяет отбирать наиболее выгодные виды грунта, отсыпаемого в тело насыпи, и закреплять грунтовые карьеры за участками производства работ по принципу (признаку) оптимизации ресурсозатрат на производство работ;

• результаты исследования могут быть использованы:

1. при проектировании производства работ по сооружению земляного полотна;

2. в процессе производства работ для оперативного управления технологическим процессом;

3. в учебных и научно-исследовательских целях

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Организация, технология и управление строительством» ИПСС МИИТа (2003-2005 гг.), на научно-практических конференциях «Неделя Науки» в 2003, 2004 и 2005 гг., на международной научно-технической конференции «Современные проблемы путевого комплекса. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований», посвященной 100-летию со дня рождения профессора Г.М. Ша-хунянца в 2004 г., на V и VI научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» в 2004 и 2005 гг. соответственно.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Работа изложена на 172 страницах машинописного текста и 18 страницах приложений, содержит 29 рисунков и 19 таблиц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований в диссертационной работе научно обоснованы и получены следующие выводы:

1. Сформированы модели управления технологическим процессом отсыпки и уплотнения грунта с учетом влияния интенсивностей отказов и восстановлений.

2. Путем лабораторных испытаний грунтов (269 образцов), установлена связь между физическими параметрами грунта, оказывающими влияние на выбор способов отсыпки и уплотнения, а также на управление ходом технологического процесса. Сформирован банк данных параметров грунтов, позволяющий хранить результаты лабораторных испытаний с целью их последующей аналитической и статистической обработки.

3. В результате статистического анализа в системе STATISTICA 6.0:

• получены эмпирические формулы, позволяющие определять интегральный показатель технологической пригодности (ИПОТЕП) грунта к способу уплотнения при минимальных интенсивностях отказов;

• построена модель множественной полиномиальной регрессии 5 степени, на основе которой получены эмпирические формулы для определения интенсивностей отказов технологий в соответствии с заданными параметрами грунтов;

• полученные эмпирические формулы могут быть использованы для определения наиболее эффективного способа уплотнения грунта, а также интенсивностей отказов технологических операций процесса отсыпки и уплотнения применительно к Московскому региону и близлежащим областям с целью последующей оптимизации ресурсозатрат при производстве земляных работ.

• количественно обоснована целесообразность применения грунтовых смесей, приготовленных на грунтосмесительных заводах.

4. Адаптирована к задаче методика определения вероятностей нахождения технологического процесса в различных поэтапных состояниях на основе описания ориентированных графов состояний и переходов системой дифференциальных уравнений А.Н. Колмогорова и их решения с помощью универсальной системы компьютерной математики Mathcad Pro. В результате установлено:

• задача сводится к определению вероятностей отказов состояний технологического процесса на определенном интервале времени с целью недопущения или своевременного устранения нарушений с минимальными ресурсозатратами .

• существует такое состояние технологического процесса, вероятность отказа которого во времени интенсивно увеличивается, оказывая влияние на другие состояния вследствие изоморфизма.

• нарушение технологии уплотнения грунта возникает при одновременном сочетании вероятностей отказов, причем устранение отказа становится невозможным, вследствие несоизмеримо высоких ресурсозатрат.

• с вводом интенсивностей восстановления вероятности отказа состояний технологического процесса существенно уменьшаются, принимают постоянное стационарное значение и практически перестают зависеть от времени.

5. Анализ результатов моделирования показал, что:

• графики поверхностей вероятностного развития процесса и многовариантности назначения цен состояний показали, что эффективность технологического процесса является случайной величиной;

• определение коэффициентов готовности отдельных состояний восстанавливаемого технологического процесса можно рассматривать в качестве характеристики надежности исследуемого технологического процесса.

6. Разработанная методика прогнозирования и управления технологическим процессом, а также ряд практических рекомендаций и предложений автора диссертации использованы при разработке технологических регламентов в Центральной лаборатории земляного полотна ОАО ЦНИИС на проектирование и реализацию ресурсосберегающих технологий сооружения насыпей земляного полотна, а также в процессе производства работ, путем реализации строительного мониторинга технологического процесса.

7. Применение методики положенной в основу строительного мониторинга позволяет выявлять и принимать меры по тем состояниям процесса, где наиболее высока вероятность нарушения технологии. Предполагается создание автоматизированной системы сравнения показаний динамических индикаторов степени уплотнения грунта с прогнозными значениями, способствующей оперативному определению ресурсных потребностей необходимых для возведения насыпи земляного полотна. В рамках технического регулирования процесса определены взаимосвязи работ и ограничений при возведении насыпей земляного полотна, а также разработаны последовательности операций контроля качества грунта и уплотнения непосредственно в ходе работ.

8. Разработанная автором диссертации системная многоуровневая феноменологическая модель процесса возведения насыпи позволяет установить этапы, требующие постоянного контроля качества работ путем организации строительного мониторинга с целью недопущения возникновения брака, а также определения потребностей строительного производства в ресурсных резервах.

163

1. Автоматизированное проектирование организации строительства железных дорог. Под ред. С.П. Першина. М.: Транспорт, - 1991. - 261 с.

2. Анохин П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем. М.: 1971.

3. Ашпиз Е.С. Мониторинг земляного полотна при эксплуатации железных дорог. М.: 2002. 111 с.

4. Барлоу Р., Прошан Ф. Статическая теория надежности и испытания на безотказность /Пер. с англ. М.: Наука, 1984. - 328 с.

5. Белецкий Б.Ф. Технология и механизация строительного производства: Учебник. Изд. 3-е. Ростов н/Д: Феникс, 2004. 752 с.

6. Берталанфи Л. Общая теория систем. Критический обзор. В кн.: Исследования по общей теории систем. -М.: Прогресс, 1969. С. 123-148.

7. Бобриков В.Б. Информационно- технологические основы строительных процессов. Учебное пособие. М.: 2001. 204 с.

8. Бобриков В.Б. Системный анализ в управлении строительными процессами: Монография. М.: Маршрут, 2004. - 285 с.

9. Боровиков В.П. Программа STATISTICA для студентов и инженеров. М.: Компьютер Пресс, 2001. - 301 с.

10. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978.400 с.

11. Бялый Л.И., Левин Б.Р. Оценка параметра надежности по результатам испытаний // Радиотехника, т. 19, №9, 1964.

12. Введение в математическое моделирование: Учеб. пособие / Под ред. П.В. Трусова. -М.: Логос, 2004. 440 с.

13. Вейскас Дж. Эффективная работа с Microsoft Access 2000. СПб.: Издательство «Питер», 2000. - 1040 с.

14. Вентцель Е. С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. М.: Наука, 1980. - 208 с.

15. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 480 с.

16. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 432 с.

17. Вероятностные разделы математики. Под ред. Ю.Д. Максимова. СПб.: «Иван Федоров», 2001. 592 с.

18. Владимирский С.Р. Системотехника мостостроения: методология и практические приложения. СПб.: Питер, 1994. - 286 с.

19. Волков Б.А., Муджири Т.М., Прокудин И.В. Менеджмент в железнодорожном строительстве. Под. ред. проф. Б.А. Волкова. М.: Транспорт. 1998. - 320 с.

20. Гиссин В.И. Управление качеством (2-е издание). Москва: ИКЦ «МарТ», Ростов-н/Д: Издательский центр «МарТ», 2003. - 400 с.

21. Голубева Г.А., Трубицин В.В., Кузнецов Д.Н. Исследование безотказной работы возведения объектов // Системы информационного обеспечения инфраструктуры транспортного строительства // Сб. науч. тр. -Вып. 925.-М., 1999.-110 е., С. 31.

22. ГОСТ 22733-2002 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности.

23. ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация.

24. ГОСТ 27.004-85. Надежность в технике: системы технологические, термины и определения. Введ. 01.01.95 //Бюллетень строительной техники, 1994, №3.-С. 37.

25. ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

26. ГОСТ 8735-88 Песок для строительных работ, методы испытаний.

27. ГОСТ 8736-93 Песок для строительных работ.

28. Григорьев Э.П. Система принятия решений ГРИАКС. // ВИНИТИ РАН, №4, 2004. С. 18-24.

29. Грицык В.И. Расчеты земляного полотна железных дорог. Учеб. пособие для вузов ж.-д. транспорта. М.: УМК МПС, 1998.- 520 с.

30. Грицык В.И., Жинкин Г.Н., Грачев И. А., Калугин Ю.Б. Строительство железных дорог. Уч. пособие. Под ред. В.И. Грицыка. М.: Транспорт, 1999. 375 с.

31. Гусаков А.А. Системотехника строительства. 2-е изд. М.: Стройиздат, 1993. - 386 с.

32. Гусаков А.А., Веремеенко С.А. и др. (под ред. Гусакова А.А.) Организационно-технологическая надежность строительства.2-е изд. М.: SvR-Apryc. 1994.-472 с.

33. Гусаков А.А., Ильин Н.И. и др. (под ред. Гусакова А.А.) Экспертные системы в проектировании и управлении строительством. М.: Стройиздат, 1995. 296 с.

34. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных производственных систем М.: Энергоатомиздат, 1986. - 480 с.

35. Дубров A.M., Мхитарян B.C., Трошин Л.И. Многомерные статистические методы М.: Финансы и статистика, 1998.

36. Железнодорожное строительство. Организация, планирование и управление. Учебник для вузов. / Г.Н. Жинкин, И.А. Грачев, В.Ф. Калганов и др.; Под ред. Г.Н. Жинкина.2-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1985. - 372 с.

37. Железно дорожное строительство. Технология и механизация. Учебник для вузов ж.д. трансп. 2-е изд., перераб. и доп. / С.П. Першин, Н.А. Зензинов, М.А. Фищуков, Г.Н. Шадрина. Под ред. С.П. Першина. - М.: Транспорт, 1991.-407 с.

38. Ивановский Р.И. Компьютерные технологии в науке и образовании. Практика применения систем Mathcad Pro. М.: Высшая школа, 2003. - 431 с.

39. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 560 с.

40. Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного пути ЦП-544. МПС России. М.: Транспорт. 1998.

41. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики. М.: Советское радио, 1985 472 с.

42. Колмогоров А.Н. Предисловие к русскому изданию книги Эшби У.Р. «Введение в кибернетику», с англ. М.: Наука, 1959.

43. Королев В.А. Мониторинг геологической среды. Учебник / Под ред. В.Т. Трофимова. М.: МГУ, 1995. 270 с.

44. Круглов В.М., Устинов В.П., Бобылев К.Б. и др. Обеспечение надежности инженерных сооружений // Транспортное строительство, 2003. №1, С. 13-14.

45. Куликов Ю.А. Имитационные моделирование в системотехнике.// Системотехника./ Под ред. А.А. Гусакова. М.: Фонд «Новое тысячелетие», 2002. 768 с.

46. Лоскутов А.Ю., Михайлов А.С. Введение в синергетику. М.; Наука,1990.

47. Луцкий С.Я., Адашев И.С. Развитие и эффективность механизации транспортного строительства. М.: Транспорт, 1988. 248 с.

48. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. М.: Высш. шк., 1988. - 239 с.

49. Малышев М.В., Болдырев Г.Г. Механика грунтов. Основания и фундаменты (в вопросах и ответах): Учебное пособие. Издательство АСВ. -М. 2000. - 320 с.

50. Мастаченко В.Н. Автоматизированный выбор проектных решений объектов строительства. Уч. пособие. М.: МИИТ, 1996. 85 с.

51. Мастаченко В.Н. Ресурсосбережение и системы качества в жизненном цикле железнодорожных объектов // Труды 4-й науч. практ. конф. «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте», М.: 2001,-398 с. С. VIII- 2-4.

52. Материалы и изделия для строительства дорог. Справочник. Н.В. Горелышев, И.Л. Гуряков, Э.Р. Пинуе и др. Под ред. Горелышева. М.: Транспорт, 1986, - 288 с.

53. Механика грунтов, основания и фундаменты: Учеб. пособие для строит, спец. вузов / С.Б. Ухов, В.В. Семенов, В.В. Знаменский и др.; Под ред. С.Б. Ухова. 3-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 2004. - 566 с.

54. Моисеев Н. Н. Математические задачи системного анализа-М.:Наука, 1981.- 487 с.

55. Надежность технических систем: Справочник/ Ю.К. Беляев, В.А. Богатырев, В.В. Болотин и др. Под ред. И.А. Ушакова М.: Радио и связь, 1985.-608 с.

56. Нейман А.О., Богдан А.Т., Полянский А.В. Техническое регулирование безопасности транспортных резервуаров. // Безопасность движения поездов / Труды V научно-практической конференция. М.: МИИТ, 2004. - С. Х-8-9.

57. Нейман А.О. Автоматизация производственных процессов в строительстве: Учебное пособие. М.: МИИТ, 2002. - 68 с.

58. Нейман А.О. Богдан А.Т. Информационные основы управления ресурсами железнодорожного строительства: Учебное пособие. М.: МИИТ, 2001.- 84 с.

59. Нейман А.О. Богдан А.Т. Управление ресурсопотоками строительных процессов. Учебное пособие. М.: МИИТ, 2004. - 168 с.

60. Нейман А.О. К вопросу о контроле степени уплотнения грунтов вибродинамическим способом / Вопросы новой техники на железнодорожном транспорте. Сб. тр. ВЗИИТ. Вып. 19. Под ред. проф. М.А. Чернышева. М.: ВЗИИТ. 1965. С. 3 - 37.

61. Нейман А.О. Методические указания по выполнению лабораторно-практических работ по дисциплине «Технология, механизация и автоматизация железнодорожного строительства» М.: МИИТ, 2001. - 68 с.

62. Нейман А.О. Оценка надежности технологий с позиции качества результата труда // Межвузовский сб. науч. тр. М.: МИИТ. 1989. - Вып. 823.

63. Нейман А.О., Полянский А.В. Управление качеством земляных работ при возведении дорожных насыпей. // ВИНИТИ РАН. Транспорт: наука, техника, управление. 2004. - №4, С. 18-24.

64. Нейман А.О., Полянский А.В., Жорняк С. Г., Ткачевский И.Д., Козлов А.В. Регулирование процесса возведения железнодорожных насыпей. // ВИНИТИ РАН. Транспорт: наука, техника, управление. 2005. -№4, С. 4-8.

65. Организация и планирование железнодорожного строительства / Г.Н. Жинкин, И.В. Прокудин, И.А. Грачев, Э.С. Спиридонов и др.; Под ред. Г.Н. Жинкина и И.В. Прокудина. М.: Желдориздат, 2000. - 700 с.

66. Першин С.П. Автоматизированная система предплановых и предпроектных обоснований строительства новых железных дорог. «Проектирование. Строительство» (ЦНИИТЭИ. МПС), 1984, обзор, ППО, вып. 1

67. Першин С.П., Нейман А.О. Методические основы автоматизации контроля качества земляных работ. Сб. тр. МИИТ. Вып. 512, М.: МИИТ, 1976. С. 15-24. 124 с.

68. Полянский А.В. Формирование методических подходов технического регулирования технологических процессов возведения земляного полотна. // Труды научно-практической конференции Неделя науки 2004 «Наука - транспорту». - М.: МИИТ, 2005. - С. П-22-24.

69. Полянский А.В. Элементы мониторинга управления качеством строительных свойств грунта. // Труды научно-практической конференции Неделя науки 2003 «Наука - транспорту». - М.: МИИТ, 2004. - С. II-13-15.

70. Пособие по производственному контролю качества при строительстве автомобильных дорог НИЦ «Инженер», М., 1998.

71. Пособие по технологии сооружения железнодорожного земляного полотна (в развитие СНиП 3.06.02-86).—Корпорация «Трансстрой», 1993. 110 с.

72. Практикум по курсу «Статистика» (в системе STATISTICA). Салин В.Н., Чурилова Э.Ю. М.: «Издательский Дом» Социальные отношения», Издательство «Перспектива», 2002. - 188 с.

73. Призмазонов A.M. Автоматизация и роботизация технологических процессов в строительстве. Учебное пособие для студентов вузов ж.д. трасп. М.: 2001.-61 с.

74. Сборник задач по теории надежности / Под редакцией А. М. Половко и И. М. Маликова. М.: Советское радио, 1972

75. Семененко М.Г. Математическое моделирование в Mathcad. М.: Альтекс-А, 2003. - 208 с.

76. Системотехника./ Под редакцией А.А. Гусакова. М.: Фонд «Новое тысячелетие», 2002. 768 с.

77. СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты».

78. СНиП 3.06.03-85 «Автомобильные дороги».

79. СНиП 32-01-95. Железные дороги колеи 1520 мм. М.: Минстрой России, 1995. 20 с.

80. Советский энциклопедический словарь / Научно-редакционный совет: A.M. Прохоров (пред.). М.: «Советская Энциклопедия», 1981. - 1600 с.

81. Спиридонов Э.С. Оценка организационно-технологической надежности в транспортном строительстве / Вопросы железнодорожного строительства. Сб. тр. МНИТ. Вып. 625. Под ред. проф. С.П. Першина. М.: МИИТ. 1991. С. 24-28.

82. Спиридонов Э.С., Жинкин Г.Н., Луцкий С .Я. Строительствожелезных дорог / Учебник для узов. М.: Транспорт, 1995. 208 с.

83. Спиридонов Э.С., Луговкин С.В., Нак И.В. Показатели надежности// Системы информационного обеспечения инфраструктуры транспортного строительства// Сб. науч тр. -Вып. 925. -М.: МИИТ .1999. 110 е., С. 88.

84. Спиридонов Э.С., Нак И.В., Голубева Г.А. Методы оценки надежности строительных систем. Системы информационного обеспечения инфраструктуры транспортного строительства // Сб. науч. тр. М.: МИИТ, Вып. 925,- 1999.-109 с.

85. Спиридонов Э.С., Сбитнев В.И., Немцов А.Б. Методы инженерного прогнозирования сооружения объектов транспортного строительства // Транспортное строительство. 2002. - № 7. - С. 1-4.

86. Спиридонов Э.С., Шепитько Т.В. Разработка системы мониторинга производственной ситуации // Под ред. Т.В. Шепитько. -М.: МИИТ, 2003,-50 с.

87. Стандарт ИСО 9001:2000 Quality management systems. Requirements.

88. Строительно-путейское дело в России XX века: Учеб. пособие для вузов ж.-д. тр-та / И.И. Кантор, Э.В. Воробьев, Н.А. Зензинов, A.M. Никонов,

89. B.К. Сергеев, И.А. Сильницкий, И.В. Турбин, Т.Г. Яковлева; Под ред. И.И. Кантора. М.: УМК МПС России, 2001. - 276 с.

90. Теличенко В.И. Технология строительных процессов: в 2-х ч. Ч. 1: Учебник для строительных вузов/ В.И. Теличенко, А.А. Лапидус, О.М. Тереньтьев. М.: Высш. шк., 2002. - 392 с.

91. Теория автоматического регулирования / Техническая кибернетика; Под ред. Солодовникова В.В. М.: Машиностроение. 1967. Кн. 1.-768 с; кн. 2-679 с.

92. Технология железнодорожного строительства: Учебник для ВУЗов / Э.С. Спиридонов, A.M. Призмазонов, А.Ф. Акуратов, Т.В. Шепитько; Под ред. A.M. Призмазонова, Э.С. Спиридонова. М.: Желдориздат, 2002. - 631 с.

93. Технология строительного производства. Справочник / Под ред.

94. C.Я. Луцкого, С.С. Атаева. -М.: Высшая школа, 1991. 384 с.

95. Технология строительных процессов: Учебник для вузов/ А.А. Афанасьев, Н.Н. Данилов, В.Д. Копылов и др. Под ред. Н.Н. Данилова, О.М. Терентьева. М.: Высш. шк., 2000. - 464 с.

96. Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. №184-ФЗ «О техническом регулировании».

97. Федюкин В.К. Основы квалиметрии. Управление качеством продукции. Учебное пособие. М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», 2004. - 296 с.

98. Хакен Г. Информация и самоорганизация. М.: Мир, 1991

99. Хетагуров Я.А. Надежность автоматизированных систем управления. М.: Высш. шк., 1979. - 287 с.

100. Цернант А.А. Сооружение земляного полотна в криолитозоне / Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: МИИТ, 1998. - 97 с.

101. Цернант А.А. Экосистемные принципы инженерной геомеханики в криолитозоне. Сб. докладов Международной конференции по открытым, горным, земляным и дорожным работам. Россия, 19-23 апреля 1994. - С. 198-211.

102. Цернант А.А. Экосистемный подход к управлению качеством природно-технических систем.// Актуальные проблемы оптимизации конструкций. Суздаль-Владимир: 2-я Всесоюзная школа-семинар, 1990. -С. 42-44.

103. Цытович Н.А. Механика грунтов. 2 изд., перераб. и доп. - Л.; М.: Стройиздат, Наркомстрой, 1940. - 338 с.

104. Чаповский С.Г. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов. М.: «Недра», 1975. 304 с.

105. Шаповалов В.И. Энтропийный мир. Волгоград: Перемена, 1995.

106. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь. М.: Транспорт, 1987.

107. Шимко П.Д., Власов М.П. Статистика/Серия «Учебники, учебные пособия». Ростов н/Д: Феникс, 2003. - 448 с.

108. Эшби У.Р. Введение в кибернетику, с англ. М.: Наука, 1959 432 с.

109. Полянский А.В. Разработка концепции строительного мониторинга процесса возведения насыпей земляного полотна. // Безопасность движения поездов / Труды VI научно-практической конференция. М.: МИИТ, 2005. - С. VIII-17-18.

110. Рекомендации по интенсивной технологии и мониторингу строительства земляных сооружений на слабых основаниях / Под общ. редакцией С .Я. Луцкого М.: Информационно-издательский центр «Тимр», 2005. с. 96