автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Повышение эффективности ремонта автомобильных дорог Северо-Восточной части КНР на основе оценки транспортно-эксплуатационного состояния

На правах рукописи

9 15-5/486

ТА Минин

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕМОНТА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ КНР НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Хабаровск - 2015

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тихоокеанский государственный университет».

Научный руководитель Лопашук Виктор Владимирович

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты Ефименко Владимир Николаевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Томский государственный архитектурно - строительный университет», декан дорожно-строительного факультета

Клыков Михаил Степанович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения», кафедра «Строительное производство», профессор

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Сибирская государственная авто-

мобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

Защита состоится «25» сентября 2015 г. в Ш?ГО^н€еов н^-заседании диссертационного совета Д 212.294.01 при ФГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет» по адресу: 680035, Россия, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136, ауд. 315л.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет» http://pnu.edu.ru

Автореферат разослан » и СОАЯ. 2015 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета ,—м\ Лещинский Александр Валентинович

4—------ л---

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ , ; ,-; г / .

1. Актуальность темы исследования. Протяженность автомобильных дорог в Китае в 1949 году составляла не более 80,7 тыс. км. Однако уже в 1952 году их протяженность составила 126,7 тыс.км., а в середине 50-х годов в Китае началась масштабная прокладка дорог в приграничных и горных районах страны. Протяженность дорог к концу 1959 году составила уже более 500 тыс. километров. Быстрое развитие автомобильных дорог высоких категорий коренным образом изменило некогда отсталую отрасль дорожного строительства. По данным статистики, к 1999 году общая протяженность автомобильных дорог страны составила 1 млн. 350 тыс. км, плотность дорог достигла 14,1 км на 100 кв. км, что в 1,5 раза больше по сравнению с показателями 1978 года.

На 2020 год в Северо-Восточном Китае протяжённость автомобильных дорог достигнет 240 тыс. км. В рассматриваемом регионе основная сеть скоростных автомобильных дорог в основном сформирована.

В провинции Хэйлунцзян протяженность скоростных автомобильных дорог составляет 4850 км, а протяженность дорог II и III категории свыше 20 тыс. км. В провинции Цзилинь протяженность скоростных автомобильных дорог составляет 4600 км, а протяженность дорог II и III категории - свыше 16 тыс. км., плотность дорожной сети 53.4 км на 100 кв. км. В провинции Ляонин протяженность скоростных автомобильных дорог составляет 5000 км.

Значительная протяженность транспортной сети требует ответственного подхода к планированию работ по ремонту и содержанию указанной сети. Поэтому актуальной задачей является разработка научно-обоснованного подхода к планированию ремонтных работ, установлению очередности ремонта с учетом реального транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог и прогнозирования изменчивости этого состояния.

2. Степень разработанности темы диссертации.

В разные периоды исследованиями по темам близким к рассматриваемой в настоящей диссертационной работе занимались ученые как в СССР и России (Боброва Т.В., Золотарь И.А., Некрасов В.К., Коновалов C.B., Иванов H. Н., Ефи-менко В.Н., Кулижников A.M., Носов В.П., Подольский В.П., Ушаков В.В., Апе-стин В.К, Васильев А.П., Ярмолинский А.И., Ярмолинский В.А., Каменчуков A.B. и др) так и в КНР (Дэн Шаоюй, Чэнь Цзинань, Фу Жень).

Несмотря на высокую степень разработанности темы диссетации, (а это говорит о значимости темы исследования) остаются вопросы, требующие дополнительного изучения.

3. Цель и задачи исследования. Цель работы заключается в разработке научно-обоснованного экономико-математического метода оценки эффективности ремонта автомобильных дорог с асфальтобетонными покрытиями на примере автомобильных дорог Северо-Восточного Китая (провинция Цзилинь) с учетом сложных природно-климатических условий региона.

Для достижения поставленной цели намечены и решены следующие задачи:

1. Выполнить анализ особенностей природно-климатических условий района исследований и осуществить его дорожно-климатическое районирование.

2. Разработать методику и осуществить оценку фактического транспортно-эксплуатационного состояния покрытий автомобильных дорог с различным сроком службы дорожных одежд до выполнения ремонтных работ и организовать наблюдения за динамикой изменения этого состояния.

3. Определить критерии оценки эффективности ремонта автомобильных дорог в Северо-Восточном Китае (провинции Цзилинь) с асфальтобетонным покрытием с учетом реальных транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог и прогнозом из изменения.

4. Разработать экономико-математическую модель оценки эффективности ремонта покрытий автомобильных дорог с учетом фактического транспортно-эксплуатационного состояния автодорожной сети в Северо-Восточном Китае (на примере провинции Цзилинь) и сложных природно-климатических условий района производства работ.

5. Оценить экономическую эффективность фактических и предлагаемых методов ремонта автомобильных дорог в Северо-Восточном Китае с асфальтобетонными покрытиями.

4. Объект исследования - сеть автомобильных дорог Северо-Восточной части КНР.

5. Предмет исследования - транспортно-эксплуатационное состояние автомобильных дорог и методы их ремонта.

6. Научная новизна работы состоит в:

- установлении вероятностных зависимостей образования деформаций и разрушений асфальтобетонных покрытий от сроков эксплуатации в рассматриваемых природно-климатических условиях;

- совершенствовании методики выполнения работ по оценке транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог региона;

- разработке критериев оценки эффективности методов ремонта автомобильных дорог в рассматриваемом регионе;

- разработке экономико-математической модели оценки эффективности ремонта автомобильных дорог в Северо-Восточном Китае (провинция Цзилинь) с асфальтобетонными покрытиями с учетом сложных природно-климатических условий региона.

7. Теоретическая и практическая значимость работы заключается в:

- систематизации влияния природно-климатических условий на работу автомобильных дорог и дорожно-климатическое районирование;

- разработке методики распределения затрат между участками автомобильных дорог с различным сроком службы для проведения ремонтных работ;

- совершенствовании диагностики и оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог до и после ремонта методом Сларри Сил с наблюдением за изменчивостью их транспортно-эксплуатационного состояния;

- разработке экономико-математической модели оценки эффективности

4

ремонта автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием в СевероВосточном Китае (провинция Цзилинь) с учетом эксплуатационной и экономической эффективности производства ремонтов и сложных природно-климатических условий региона.

8. Методология и методы исследования основываются на системном подходе к факторам, определяющим транспортно-эксплуатационное состояние автомобильных дорог региона, теории вероятности и математической статистики, теории погрешности измерений, аналитических методах надежности, вероятностных математических моделях, экономико-математических моделях.

9. Личный вклад автора заключается в:

- экспериментальных исследованиях результатов ремонта автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием методом Сларри Сил в условиях Северо-Востока КНР;

- совершенствовании методики выполнения диагностики автомобильных дорог региона;

- разработке критериев оценки эффективности ремонта автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием;

- разработке методики оценки эффективности ремонта автомобильных дорог в Северо-Восточном Китае (провинция Цзилинь) с асфальтобетонным покрытием с учетом эксплуатационной и экономической эффективности производства ремонтных работ;

- получении вероятностных закономерностей образования деформаций и разрушений асфальтобетонных покрытий от воздействия природно-климатических условий.

10. Положения, выносимые на защиту:

- результаты исследований на опытно-экспериментальных участках автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием с применением ремонта методом Сларри Сил;

- методика выполнения работ по оценке транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог региона;

- экономико-математическая модель оценки эффективности ремонта автомобильных дорог в Северо-Восточном Китае (провинция Цзилинь) с асфальтобетонными покрытиями в сложных природно-климатических условиях региона;

- методика оценки эффективности ремонта автомобильных дорог в СевероВосточном Китае (провинция Цзилинь) с асфальтобетонными покрытиями с учетом эксплуатационной и экономической эффективности производства работ.

11. Достоверность научных выводов подтверждается применением современных методов расчета, программно-аппаратных средств и современного лабораторного оборудования, уровнем сходимости результатов математического моделирования и измерений фактических величин, большим объемом экспериментальных данных, полученных в результате диагностики транспортно-эксплуатационных характеристик на сети автомобильных дорог Северо-Востока КНР. Результаты научных исследований получены с применением методов математического анализа и современных программных продуктов для решения инженерных задач и современных средств исследований.

Внедрение результатов работы. Результаты работы были внедрены при выполнении научно-исследовательских работ: «Повышение эффективности ремонтных работ автомобильных дорог Хабаровского края с учетом их эксплуатационной надежности при минимизации стоимости производства работ» и «Разработка стандарта организации «Применение системы видеопаспортизации автомобильных дорог, основанной на панорамной видеосъемке».

Апробация работы:

- Международная научная конференция «Новые идеи нового века - 2011», Хабаровск, 2011.

- Научные чтения памяти профессора М. П. Даниловского «Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного и дорожно-транспортного комплекса». Хабаровск, 2012.

- Научные чтения памяти профессора М.П. Даниловского «Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного и дорожно-транспортного комплекса». Хабаровск, 2013.

- Международная научная конференция «Конкурс инженерных разработок ТОГУ», Хабаровск, 2013.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 научных статьях, из них 2 статьи в ведущих рецензируемых изданиях, входящих в Перечень ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы из 145 наименований. Общий объем работы 171 страница, содержащий 84 иллюстрации и 74 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследования, сформулированы цель работы и задачи, решением которых обуславливается достижение поставленной цели, а также определены объект и предмет исследования, показана их практическая значимость.

В первой главе дается общая характеристика сети дорог КНР и приводится анализ влияния природно-климатических условий на транспортно-эксплуатационное их состояние.

Природно-климатические условия Северо-Восточного Китая систематизированы по основным характеристикам на три дорожно-климатические зоны (ДКЗ). В пределах каждой ДКЗ с учетом рельефа местности и условий микроклимата выделены подзоны, осуществлено дорожно-климатическое районирование северовосточной части КНР (рис. 1, табл. 1).

Рисунок

Таблица I. Средние минимальные и максимальные температуры

Цвет Климатическое районирование Средняя максимальная температура С° Средняя минимальная температура С° Провинции

■■■ Очень тяжёлая мерзлотная зона 29-30 (-42)-(-36) Северные, Хэй-лунцзян

шш Тяжёлая мерзлотная зона 31-32 (-35) - (-32) Хэйлунцзян, Цзилинь

шш Средняя мерзлотная зона 33-36 (-31)-(-24) Северные, Цзилинь, Ляонин

За период с 2009 по 2012 годы было обследовано 9 автомобильных дорог в северной части Китая, с различной интенсивностью, составом движения и нагрузками на ось автомобиля. Проектный срок службы автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием составляет 15 лет. Срок службы дорог также зави-

I. Климатическое районирование Северо-Восточного Китая

сит от интенсивности движения и нагрузки на ось автомобиля. Данные приведены таблице 2.

Таблица 2. Классификация северных регионов КНР по интенсивности дорожного _ _движения_

Классификация Перспективная интенсивность движения автомобилей в обоих направлениях (авт/сут)

Т3(движение транспорта средней тяжести) 1500-600

Т2(движение тяжелого транспорта) 1500-3000

Т1 (движение очень тяжелого транспорта) >3000

Неблагоприятные природно-климатические условия, резкое изменение температуры, а также увеличение грузооборота и грузоподъемности транспорта вызывает в большинстве случаев развитие недопустимых деформаций дорожных покрытий и даже их разрушение. Основными дефектами дорожного покрытия являются колейность, просадка, продольное и поперечное трещинообразование, потеря ровности и т. д.

Во второй главе разработана модель оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог, основаная на комплексной оценки следующих показателей(ОВ JTJ 073.2-2001): дефектности покрытия (PCI); ровности поверхности покрытия (RQI); прочности дорожной конструкции (SSI); сцепления автомобильного колеса с покрытием (SFC).

В комплексный показатель качества, наряду с (RQI), входят оценка коэффициента сцепления (SFC или BPN), прочности дорожной одежды (SSI) и оценка дефектности дорожного покрытия (PCI).

PQ1 = wpclPCl + wrwRQ/ + wsslSSI + wsfcSFC (1)

Существующая модель оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог создана по нормативным документам «Правила оценки состояния автомобильных дорог КНР GB JTG Н20-2007».

Для оценки транспортно-эксплуатационного состояния обследуемых автомобильных дорог Северо-Востока КНР использован инструментарий, описанный во второй главе. Для оценки состояния покрытия, наличия дефектов и повреждений на покрытии применена видеопаспортизации, основанная на системе IMS3 (Mobile Mapping System, MMS). IMS3 состоит из двух сферических камер (сверху и снизу), каждая из которых имеет по 6 камер, общее разрешение которых достигает 2700 х 5400 точек (около 12 мегапикселей). Камера может захватывать изображения с частотой 16 кадров в секунду. Система укомплектована инклинометром для определения уклона камеры, ГНСС-приемником для позиционирования.

Оптимальная скорость сбора данных менее 60 км/ч, однако, при определенных условиях система может работать и при скорости в 100 км/ч.

Рисунок 2. Пример установки системы видеопаспортизации на микроавтобусе Toyota Hiace

Рисунок 3. Фиксация положения и характеристик дефектов проезжей части в системе видеопаспортиза ции

Третья глава посвящена выбору оптимальных методов ремонта покрытий. Разработан метод оптимизации затраты-выгоды (Effect/Cost) при анализе эффективности работ по ремонту автомобильных дорог с учетом как эксплуатационного, так и экономического эффектов от выполнения работ по ремонту сети автомобильных дорог.

Для каждого варианта ремонта покрытия определяется индекс эффективности EI (Effectiveness Index) ремонта дороги. Максимальный индекс эффективности определяется путем циклического сравнения индексов эффективности между собой. Индекс эффективности для каждого варианта ремонтных работ определяется по формуле :

" (Е/С\

El,

xlOO

(2)

М/с L

где: Elj— индекс эффективности i-го вариант ремонта дороги; (E/C)t— показатель эффективности качества работ для i-го вариант; Е — эксплуатационный эффект от ремонта дороги ; С— расходы на ремонт, тыс. р.

В соответствии с концепцией ремонта, необходимо своевременно применять различные методы ремонта, так чтобы максимально эффективно улучшить транс-портно-эксплуатационное состояние дорог. При выполнении ремонтных работ эксплуатационное состояние дороги улучшается по одному или нескольким параметрам, что изменяет кривую депрессии дорожного покрытия и делит ее на два участка до и после ремонта.

Показатели эффективности работы дорожного покрытия можно разделить на две группы:

1. уменьшающиеся со временем;

2. увеличивающиеся со временем (накопительные)

Для повышения качества работ и продления срока службы автомобильных дорог необходимо жестко установить минимальное значение показателей эффективности, которое зависит от многих внешних факторов.

Важным шагом в оценке эффективности ремонтных работ является оценка состояния покрытия до назначения ремонтных работ. Оценка состояния покры-

тия ведется путем определения эквивалентной площади кривой депрессии дорожного покрытия по оцениваемому показателю (рис.4). Из расчета эквивалентной площади и анализа уровня изменения состояния показателей эффективности работы дорожной конструкции рассчитывается интегральный показатель эффективности работы дороги до ремонта. Граничными условиями для расчета эквивалентной площади кривой депрессии покрытия автомобильной дороги является:

1

AREA DN TOTI+) у " 1 1 1 1 1 1 ||м 1 1 " 1 1-V

Т, голы

Xu

XI Т. годы

б)

Рисунок 4. Схема интегрирования показателя эффективности работы дорожного покрытия по кривым депрессии: а)- нисходящий показатель (уменьшающиеся со временем); б) - восходящий показатель (увеличивающиеся со временем).

- по оси У - минимально или максимально допустимое нормативное значение показателя эффективности работы покрытия автомобильной дороги для уменьшающихся или увеличивающихся со временем показателей соответственно;

- по оси X - показатели эффективности работы дорожного покрытия развиваются во времени, по нисходящей или восходящей кривой, до момента пересечения с линией ограничения по оси У.

При оценке эффективности работы дорожного покрытия, по площади кривой депрессии, до производства ремонтных работ значение нисходящего и восходящего интегральный показателей, можно определить по формулам:

AREA

AREA

= )(£ß m ~ LBC )

xu

(+) = ¡(UBC - EQ m )

(3)

(4)

где Е<2Пц - это эксплуатационное состояния дорожного покрытия, в каждый расчетный период, до производства ремонтных работ; ЬВС - минимально допустимый уровень эксплуатационного состояния покрытия по рассматриваемому показателю; (ЛВС - это максимально допустимый уровень эксплуатационного состояния покрытия по рассматриваемому показателю^ - начальный период расчета (год расчета); X, - горизонт расчета, определяемый как точка пересечения кривой депрессии дорожного покрытия, по рассматриваемому показателю, с линией минимально допустимого значения. Оценка состояния покрытия после ремонта ведется путем определения эквивалентной площади кривой депрессии дорожного покрытия по оцениваемому показателю (Рис.5).

Без ремонта

После ремонта

/

После ремонта

AREA РТ(-)

Хо

I I

Xi

л i Без ремонта

i m

ЛИГА ГТ1+)

. UB

W

XI Л/ / у

—►

а)

Т, годы

б)

Т, годы

Рисунок 5. Схема интегрирования показателя эффективности работы дорожного покрытия по кривым депрессии после назначения ремонтных работ: а) - нисходящий показатель (уменьшающийся со временем); б) - восходящий показатель (увеличивающийся со временем).

При оценке эффективности работы дорожного покрытия, по площади кривой депрессии, с учетом производства ремонтных работ значение нисходящего и восходящего интегральный показателей, можно определить по формулам:

AREA „,., = \(EQ m - LBC ) + \(EQ „ - LBC ) \ (5)

AREA

(+) = \(UBC -EQdn)+ jluBC - EQ ,

(6)

где AREApn-) - интегральный показатель оценки эксплуатационного состояния покрытия рассчитанного по кривой депрессии нисходящих показателей эффективности работы автомобильной дороги с учетом ремонтных работ; AREApT(+)~ интегральный показатель оценки эксплуатационного состояния покрытия рассчитанного по кривой депрессии восходящих показателей эффективности работы автомобильной дороги с учетом ремонтных работ; EQn - эксплуатационное состояния дорожного покрытия, в каждый расчетный период, после производства ремонтных работ; X) - срок выполнения ремонтных работ; Х2- продленный срок службы покрытия, определяемый как точка пересечения кривой депрессии дорожного покрытия, по рассматриваемому показателю, с линией минимально допустимого значения.

Частный обобщенный показатель эффективности работы покрытия автомобильной дороги (BENEFITi), определяем по формуле:

BENEFIT , = (AREA ,,,„, - AREA DN.TOTU)) /(AREA nN_TOTih) (7)

где AREAns-Tow> —интегральный показатель оценки эффективности работы дорожного покрытия, по рассматриваемому критерию, без производства ремонтных работ.

При разработке любого инновационного проекта важнейшими параметрами оценки экономической эффективности, являются величины капитальных вложений и получаемых выгод от эксплуатации дороги. Для оценки экономической эффективности проекта используется комплексный показатель, учитывающий все факторы, возникающих при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог, который называется Product Life Cycle Cost - стоимость жизненного цикла.

Затраты возникающие в течении всего срока службы оцениваются показателем стоимости жизненного цикла дороги, который определяется:

СЖЦ (¿ССД ) = МС + РМС + ис - XV (8)

где МС - затраты на содержание дороги; РМС - затраты на ремонт дороги; иС - затраты возникающие у участников движения за пользование дорогой; вУ- остаточная стоимость дорожной одежды.

Размер затрат возникающих у участников движения во время пользования дорогой напрямую зависит от интенсивности и состава движения. Они могут составлять до 90 % от общей стоимости жизненного цикла дороги и определяются по формуле:

ис = СП + СТС + СРС (9)

где СП- расходы на бензин и дизельное топливо; СТС- расходы, связанные с износим шин; СРС - расходы на техническое обслуживание автомобиля.

Расход топлива на 100 км дороги определяется по формуле:

И. = а + Ь /Л/ (10)

где 1Ш - среднестатистический индекс ровности дорожного покрытия сети автомобильных дорог; а, Ь - эмпирические коэффициенты, зависящие от типа транспортного средства.

На основе данных о расходе топлива для каждого вида транспортных средств, обращающихся по рассматриваемой сети дорог, определяем затраты на топливо:

сп =0,01 • ■ £ рис ■ N , • л. , (11)

где £ - протяженность сети рассматриваемых дорог, км; П/С -среднестатистическая цена за I л. топлива; Ы- интенсивность движения ¡-го транспортного средства, авт./ сут.

Первоначально необходимо определить степень износа шин при пробеге 1000 км дороги:

ТС = а0 + а, ■ /Л/ (12)

где ао, а, - эмпирические коэффициенты зависящие от типа транспортного средства.

Зная тенденцию износа шин и состав транспортного потока можно определить затраты возникающие у участников движения в связи с заменой изношенных шин по формуле:

СТС = 0,001 ■ £ £ Р' ' М / ' ТС > (13)

I = I

где Л - среднестатистическая цена одного комплекта шин для ¡-го типа транспортных средств.

Автором был проведен ряд исследований для определения взаимосвязи и распределения затрат между тремя составляющими затрат возникающих у участников движения во время пользования дорогой. Для того чтобы с помощью модели НОМ-Ш определить затраты на техническое обслуживание и ремонт транспортного средства используется поправочный коэффициент к, учитывающий затратность ремонта. В результате затраты на техническое обслуживание и ремонт транспортных средств определяются:

- для автобусов и легковых:

РС = е к- ехр( / • /Л/ )СКМ (14)

- для грузовых автомобилей и автопоездов:

РС =е-к( 1 + / ■ /Л/ )СКМ кг (15)

где е, /- эмпирические коэффициенты зависящие от типа транспортного средства; СКМ - среднестатистический пробег транспортных средств обращающихся по

сети рассматриваемых дорог, км; кр - коэффициент старения транспортного средства.

Таблица 3. Распределение затрат возникающих у участников движения во время __пользования дорогой._

Вид расхода Год обследования Усредненное отношение

2009 2010 2011 2012 2013

Расход топлива, % 62 58 55 55 53 57

Расход материала,% 26 31 31 30 29 29

Расход шины, % 12 11 14 15 18 14

Итого 100 100 100 100 100 100

Общие затраты на техническое обслуживание и ремонт транспортных средств определяются по формуле:

СРС = 0.001 Л^ • Рп. ■ РС, (16)

PC, определяемый по формуле:

РС,=, (17)

где Pmi - затраты на материалы для технического обслуживания и ремонта /'-го типа транспортного средства 1000авт/кт; Pv, - среднестатистическая цена нового транспортного средства i-го типа.

Итоговые затраты на содержание сети автомобильных дорог определяются по формуле:

МС ,. = а + Ъ ■ (100 - PCI ) ■ N , (18)

где PCI - уровень транспортно-эксплуатационного состояния дорожного покрытия; a, b - эмпирические параметры, определяемые в соответствии с местными условиями и выполняемыми работами.

Затраты на ремонт сети автомобильных дорог определяются по формуле:

PMC = X • CP, , (19)

; = I

где F - площадь i'-го участка ремонта покрытия, м2;

CP - среднестатистическая стоимость производства ремонтных работ /'-м методом ремонта на участке покрытия площадью м2.Остаточная стоимость дорожной одежды определяется исходя из остаточного срока службы дорожной одежды, который зависит от степени изменения кривой депрессии покрытия автомодельной дороги после выполнения очередного ремонта, т.е. от фактического транспортно-эксплуатационного состояния. Остаточный срок

службы для каждой дороги или сети дорог прогнозируется индивидуально в зависимости от категории дороги, типа покрытия, интенсивности и состава две-жения, местных климатических условий и общих тенденций и закономерностей изменения кривой депрессии дорожного покрытия с учетом всех ремонтных работ.

Таблица 4. Коэффициенты корреляции для расчета стоимости (затрат) жизненно__ го цикла автомобильный дорог ___

Тип транспортного а Ь "о а 1 е / <* Кр СКМ1х

средства (хЮ ") к 103) 104)Кт

Легковые 9.780 0.1820 0.0466 0.0071 32.49 1.54 17.81 0.308 15

Автобусы 23.80 0.2937 0.0739 0.0016 1.77 2.86 4.63 0.483 50

Легкие грузовые 17.42 0.5685 0.0669 0.0107 1.49 2.86 327.33 0.371 30

Средние грузовые 23.00 0.4341 0.0653 0.0012 1.49 2.86 327.33 0.371 30

Тяжёлые грузовые 19.00 0.2985 0.1556 0.0034 8.61 1.43 45.90 0.371 30

Автопоезда( при цеп ы) 35.39 0.8926 0.2155 0.0053 13.94 1.43 45.90 0.371 30

п - индекс эксплуатационного состо Т - долговечность дорожной одежды, ^^ 1 —^^ 1 ^Чь яния лет дороги

и

Рисунок 6. Схема расчёта остаточного срока службы дорожной одежды

Остаточная стоимость дорожной одежды рассчитывается по формуле:

ЯУ = (1 - С ,

Ь е (20)

где Ьь - время с момента производства последних ремонтных работ до рассматриваемого периода расчета; - ожидаемый эксплуатационный срок службы дорожной одежды с момента последнего ремонта до полной выработки всех ресурсов дорожной одежды (когда ТЭС покрытия соответствует минимально допустимым требованиям); Сг-стоимость последних выполненных ремонтных работ.

Общая стоимость жизненного цикла дороги рассчитывается на последний год эксплуатации с учетом всех выполненных работ по ремонту и содержанию дороги. Суммарные затраты определяются для каждого из рассматриваемых вариантов ремонтных работ по формуле:

РУС = I М ,, ШС + РМС Х(1, + ис ) - р^ „,, • , (21)

1=1

где х - это вариант производства ремонтных работ; / - горизонт расчета, равный ожидаемому сроку службы дорожного покрытия с учетом всех выполненных работ; рн>/, - коэффициента дисконтирования, определяемый на каждый год расчета.

Коэффициент дисконтирования для постоянной нормы дисконта определяется по формуле:

где Е - это норма дисконта (уровень инфляции в отрасли).

В четвертой главе приводятся результаты опытно-экспериментальных работ на автомобильных дорогах северо-восточной части КНР.

Основными дефектами дорожного покрытия на автомобильной дороге «Чанчунь - Лалиньхэ» являются колейность, просадки, продольное и поперечное трещинообразование, потеря ровности и т.д. Наибольший ущерб дорожному покрытию приносит колейность, которая составляет более 70% от общей деформации покрытия, продольные и поперечные трещины - около 28% и оставшиеся проценты идут на остальные дефекты дорожной конструкции. В конце 2013 года показатель дефектности дорожного покрытия (PCI) составил 75.85 балла .

Стоимость ремонта дорожных покрытий на Северо-Востоке КНР и ожидаемый срок службы представлены в таблице 5.

Основными дефектами дорожного покрытия являются колейность, трещины разных видов и потеря шероховатости, что соответствует показателю РС1=75.85. Наиболее применяемой технологией для данного состояния дорожного покрытия является Slurry Seal. Технология обеспечивает продление срока службы покрытия до капитального ремонта от 2,5 до 7 лет.

Данные по обследованию опытных участков автомобильной дороги в провинции «Цзилинь» сведены в таблице 6. С использованием метода эмпирической регрессии на основании уровня кривой распада можно спрогназировать показатели дефектности дорожного покрытия (PCI) и международного индекса ровности (IRI).

Таблица 5. Стоимость ремонта и ожидаемый срок службы покрытий

Вид ремонта Ожидамый срок службы, годы Стоимось ремонта, Юаней/м" Ликвидация колеи (мм)

Заливка трещин 2...4 5...15 -

Разбрызгивание разбавленной эмульсии на ПБВ (Fog Seal) 2...4 5...10 -

Поверхностная обработка (Chip Seal) быстро распадающейся эмульсией на ПБВ и щебнем мелкой фракции 4...8 13...20 -

Защитный слой по технологии Сларри Сил (Slurry Seal) 4...10 13...20 <15

Тонкий слой из горячий смеси (Thin Hoi-Mix Overlays) 8...15 55... 60 -

Тонкие (25-37,5 мм) и ультратонкие (менее 25 мм) слои из горячей смеси на ПБВ, например NovaChip 8...15 39...48 <15

По результатам наблюдений изменение состояния дорожного покрытия характеризуется вогнутой кривой с уменьшением кривизны в конечный период. Уравнение кривой изменения показателя дефектности дорожного покрытия PCI имеет вид:

PCI =100 £>-" (23)

где a - это коэффициент регрессии.

Изменение состояния покрытия по международному индексу ровности IRI характеризуется восходящей экспоненциальной кривой:

1R1 = сеЬх (24)

где Ь, с - это коэффициенты регрессии.

Анализ, обработка материалов диагностики и прогноз изменения состояния дорожного покрытия выполнен в электронных таблицах Excel, результаты показаны в таблице 7, а так же на графиках (Рис. 7).

Таблица 6. Изменение состояния дорожного покрытия в провинции «Цзилинь»

Показатели оценки состояния дорожного покрытия 2008 2009 2010 2011 2012 2013

PCI (балла) 98.35 88.63 84.98 82.57 79.75 75.85

IR1 (m/km) 1.883 1.916 2.021 2.201 2.375 2.479

Таблица 7. Закономерности изменения показателей состояния дорожного покрытия

Показатель дорожного состояния Закон изменения кривой

Показатель дефектность дорожного покрытия (PCI) у = 100 е 0471 '

Международного индекса ровности (IRI) у = 1 .73 '

1Ь года

Рисунок 7. Прогноз изменения показателя дефектности дорожного покрытия PCI

На экспериментальном участке в провинции Цзилинь для ремонта покрытия автомобильной дороги использовался ремонт методом Сларри Сил, смесь тип II. Результаты наблюдений приведены в таблице 8.

В соответствии с уравнениями (23) и (24) выполнены расчеты прогноза изменения показателя дефектности покрытия PCI и международного индекса ровности IRI после ремонта в зависимости от начального срока службы покрытия. Результаты расчетов приведены в таблице 9.

Таблица 8. Изменения состояния покрытия дороги после ремонта покрытия _ методом Слари Сил_

Срок службы дороги до выполнения ремонта Показатель состояния С рок после ремонта, год

1 2 3 4

4 PCI 91.46 87.02 83.32 79.17

IRI 1.805 1.898 2.106 2.197

5 PCI 98.02 90.12 86.92 83.55

IRI 1.814 1.929 .4 l'i 2.211

6 РС1 97.47 91.82 85.21 —

IRI 1.862 2.023 2.182 —

7 РС1 93.56 89.96 — —

IRI 1.908 2.098 — —

Таблица 9. Законы изменения показателей после ремонта покрытий

Срок службы дороги до ремонта Оцениваемые показатели

Показатель дефектность дорожного покрытия (PCI) Международного индекса ровности (IRI)

4 у = 100 е"<т> ' у = 1 .71 е " '

5 У = 100 , ' » = 1 . 75 f " "" '

6 у = 100 ( " т" ' .v = 1 .81 f*

7 у = 100 <• -" "" ' v = 1 .83 е" ■

Граничным условием расчета является достижение показателем PCI минимально допустимого значения, которое для ремонта составляет 70 баллов. Результаты расчетов приведены в таблице 10.

у = 70 |

у= МОе-®-"*"»)**-7"5 (25

Таблице 10. Прогноз срока службы покрытия дорожной одежды для дорог _Северо-Востока Китая до и после ремонтных работ_

Срок службы дороги до выполнения ремонта Эмпирическая зависимость Время достижения минимально допустимого уровня, годы Срок службы дороги до достижения минимально допустимого уровня, годы

Без ремонта у = 100 е -омп ' 7.5 7.5

4 У = 100 6.4 10.4

5 У = ,00 ' 7.8 12.8

6 v = 100 е-ом>> ' 7.4 13.4

7 у = loo £ ' 6.8 13.8

Для сети дорог Северо-Востока Китая показатель эффективности работы дорожного покрытия, до производства ремонтных работ, определяется по кривой депрессии дорожного покрытия относительно общего показателя дефектности покрытия PCI по формуле (3).

Эффективность ремонтных работ зависит от начального эксплуатационного состояния покрытия на момент производства работ и от метода ремонтных работ. Продолжительность расчетного периода составляет 10 лет.

В соответствии с формулой (5), определены значение показателей эффективности работы покрытия дороги, после производства ремонтных работ на 4 год эксплуатации:

Аналогичным образом рассчитаны показатели эффективности работы покрытия дороги на 5, 6 и 7 года эксплуатации дороги. Результаты расчетов приведены в таблице 11.

Таблица 11. Значения показателей эффективности работы покрытия _после ремонта дороги методом Слари Сил_|_

Срок службы дороги до ремонта, лет 4 5 6 7

Показатель эффективности 170.74 192.37 186.10 172.22

Результирующее значение показателя эффективности ремонта определяется в соответствии со схемами, показанными на рисунке 8, и рассчитывается для каждого рассматриваемого критерия эффективности по формуле (7).

Суммарный показатель эффективности работы покрытия также зависит от сроков назначения работ и качества покрытия на момент ремонта, а так же метода ремонтных работ. Результаты расчетов приведены в таблице 12.

Таблица 12. Итоговые показатели эффективности ремонтных работ

Срок службы дороги до ремонта, лет 4 5 6 7

Результирующий показатель эффективности BENEFIT (%) 60 . 47 80 . 80 74.92 61.86

AREA HENEFrr

7.5

2 4 6

10 12 14

а)

Т. годы

^ AREAHF.NF.Frr

7.5 13.4 I

2 4 6 8 10 12 14

в)

Т. годы

уоо 80 \ AREA BENEFIT

60 *

40 20 7.5 12«

| - 0 -1-1- ■

2 4 6

10 12 14

Т. годы

б)

•................ AREA BENEFIT

7.5 13.8

■

2 4 Л Я 10 12 14

Т. годы

г)

Рисунок 8. Схема расчёта эффективности варианов ремонта

Для наиболее часто применяемого метода ремонта на Северо-Востоке Китая, метода ремонта Слари Сил, затраты на ремонт составляют 275310 юаней / км.

Таблица 13. Приведенные затраты на содержание автомобильной дороги

Года 2011 2012 2013

Расходы(юанейУм1 Угода) 1.10 1.27 1.41

С учетом приведенных данных получена зависимость затрат на содержание: МС , = а + Ь * (100 - РС1 .)■ N .(25) .где а = 0.72 ,Ь = 3.44310 6 .коэффициенты, найденные методом наименьших квадратов.

Остаточная стоимость дорожного покрытя в зависимости от сроков выполнения ремонта (10 тысяч юаней):

4 года : ху = (1 —— >х 27 .531 = 1.7207

6.4

5 лет : ^^ = о - х 27 .531 = 9.88.10

6 лет : 5У = (|--—) х 27 .531 = 12 .6494

7 .4

7 лет : ЯУ = (1--—)х 27 .531 = 15 .3850

6.8

Среднестатистическая стоимость бензина - 7.1 юаней/л и дизельного топлива - 6,4 юаней/л. Легковые, автобусы, легкие грузовые автомобили расчёт ведется по бензину, а средние грузовые, тяжёлые грузовые автомобили, автопоезда расчёт

ведется по дизельному топливу. Коэффициент дисконтирования применялся 8%.

Расчет расходов по всем 4 вариантам с учетом ставки дисконтирования 8% пересчитан и полученные результаты представлены в таблицах 14, 15. В качестве базового года принят 2008 год.

Таблица 14. Расчёт стоимости затрат

Срок службы дороги до выполнения ремонта Затраты на ремонт (10 тысяч юаней / кш) Затраты на содержание (10 тысяч юаней / кш) Затраты возникающие у участников движения за пользование дорогой (10 тысяч юаней / кш) Остаточная стоимость дорожной одежды (10 тысяч юаней / кш)

4 18.7371 15.8884 3552.6231 0.7970

5 17.3492 14.9183 3551.0915 4.5777

6 16.0641 15.1435 3557.295 5.8591

7 14.8741 15.6802 3565.0949 7.1262

Таблица 15. Эффект/расходы

Срок службы дороги до выполнения ремонта Эффект (%) Расходы (10 тысяч юаней / кт) Эффект/расходы (%) Эффективности индекс (Е1)%

4 60.47 3586.4516 0.0169 75

5 80.80 3578.7813 0.0226 100

6 74.92 3582.6435 0.0209 92

7 61.86 3588.532 0.0172 76

El

1.2

0.8 0.6 0,4 0.2 О

о

Рисунок 9. Изменение индекса Е1 с течением времени

Результаты (таблица 16 и рисунок 9) показывают, что на пятый год имеет место максимальный показатель эффективности. Пятый год является наилучшим временем для выполнения ремонта методом Сларри Сил.

Федеральное управление автомобильных дорог США рекомендует следующие оптимальные сроки начала ремонта:

Таблица 16. Оптимальное время начала различных видов ремонта

Метод ремонта Сроки, ГОД

Тонкий слой горячий смеси (Thin Hot-Mix Overlays) 5...10

Заливка трещин 2...4

Поверхностная обработка (Chip Seal) быстро распадающейся эмульсией на ПБВ и щебнем мелкой фракции 5...7

Защитный слой по технологии Сларри Сил (Slurry Seal) 5...7

Разбрызгивание разбавленной эмульсии на ПБВ (Fog Seal) 1...3

Сравнивая расчетные значения эффективности сроков проведения ремонтных работ и эмпирические значения по таблицам, можно подтвердить правомерность материалов оценки рекоментуемых сроков ремонта.

Основные выводы и заключение

По результатам исследования можно сделать следующие основные выводы:

1. Работа выполнена на актуальную тему исследований по разработке научно-обоснованного подхода к планированию ремонтных работ, установлению очередности ремонта с учетом реального транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог и прогнозированию изменчивости этого состояния.

2. Осуществленно дорожно-климатическое районирование на основе оценки негативного влияния природно-климатических условий в северо-восточных районах КНР (провинция Цзилинь) на работоспособность дорожных покрытий.

3. Разработана методология оценки транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дороги и выявлены основные причины деформаций и разрушений покрытий автомобильных дорог в северо-восточных районах КНР.

4. Получены вероятностные закономерности образования деформаций и разрушений покрытий в зависимости от природно-климатических условий.

5. Выполнена оценка фактического транспортно-эксплуатационного состояния покрытий автомобильных дорог после ремонта методом Сларри Сил с различным сроком службы дорожных одежд до выполнения ремонтных работ, проведены наблюдения за изменчивостью во времени транспортно-эксплуатационного состояния (провинция Цзилинь).

6. Предложен экономико-математический метод оценки эффективности ремонта автомобильных дорог с асфальтобетонными покрытиями на примере автомобильных дорог северо-восточного Китая (провинция Цзилинь) с учетом сложных природно-климатических условий региона и фактических транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в журналах и изданиях, включенных в перечень, определенный Высшей аттестационной комиссией:

1. Та Минян. Типовые конструкции дорожных одежд северных провинций КНР / В. В. Лопашук, Л. В. Кормилицына, Та Минян // Транспортное строительство. - 2014. -№ 9- С. 16 - 19.

2. Та Минян. Повышение работоспособности автомобильных дорог на международных транспортных переходах с КНР / В. А. Ярмолинский, В. В. Лопашук, Та Минян // Транспортное строительство. - 2015. -№ 3. - С. 9-12.

Публикации в журналах и научных сборниках:

3. Та Минян. Анализ методов оценки ровности дорожных покрытий, приме-нямых в Российской Федерации и КНР / Та Минян, В. В. Лопашук // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения : международный сборник научных трудов. - Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2012. -№ 12. - С. 102-105.

4. Та Минян. Основные принципы дорожно-климатического районирования КНР / Та Минян, В. В. Лопашук // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения : международный сборник научных трудов. - Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2012.-№ 12.-С. 106-109.

5. Та Минян. Приборы и механизмы, применяемые для оценки прочности и деформативности дорожной одежды в Китайской Народной Республике / В. В. Лопашук, Та Минян, Л. В. Кормилицына // Дальний Восток. Автомобильные дороги и

безопасность движения : международный сборник научных трудов. - Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2014.-№ 14.-С. 91-95.

6. Та Минян. Приборы для оценки коэффициента сцепления и шероховатости дорожного покрытия в КНР / В. В. Лопашук, Та Минян, Л. В. Кормилицына // Автомобильные дороги и безопасность движения : международный сборник научных трудов. - Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2014. - № 14. - С. 96-100.

7. Та Минян. Приборы для оценки ровности дорожного покрытия / В. В. Лопашук, Та Минян, Л. В. Кормилицына // Дальний Восток. Автомобильные дороги и

безопасность движения : международный сборник научных трудов. - Хабаровск :

Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2014,-№ 14.-С. 101-104.

ТА Минян

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕМОНТА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ КНР НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 25.06.2015 г. Формат 60x84 '/¡ь. Бумага писчая. Гарнитура «Times New Roman». Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,3. Тираж 100 экз. Заказ 226.

Отдел оперативной полиграфии издательства Тихоокеанский государственный университет 680035, г. Хабаровск, ул. Тихоокеанская , 136.

15 -в*?

2015675265

2015675265