автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Развитие и модернизация опорной автодорожной сети Дальнего Востока для повышения ее надежности в процессе эксплуатации

На правах рукописи

□□ЗОВВ251 ЯРМОЛИНСКИЙ ВЛАДИМИР АПОЛЕНАРЬЕВИЧ

РАЗВИТИЕ И МОДЕРНИЗАЦИЯ ОПОРНОЙ АВТОДОРОЖНОЙ СЕТИ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЕЕ НАДЕЖНОСТИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

..У

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Хабаровск 2007

003068251

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет»

Научный консультант

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, доцент Долганов Андрей Иванович

Доктор технических наук, профессор Ефименко Владимир Николаевич

Доктор технических наук, профессор Казарновский Владимир Давидович

Доктор технических наук, профессор Ушаков Виктор Васильевич

Ведущая организация:

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Защита диссертации состоится «29» мая 2007 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.294.01 при Тихоокеанском государственном университете (ТОГУ) по адресу: 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136, ауд. 315 л.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТОГУ.

Автореферат разослан « @ » Cr/t^C^sH? 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного pi .

совета YV /] A.B. Лещинский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Транспортной стратегией Российской Федерации на период до 2020 г. предусматривается реализация ряда крупнейших инфраструктурных проектов, непосредственно связанных с решением вопросов социально-экономического развития страны.

В Дальневосточном федеральном округе (ДФО) одним из таких проектов является создание опорной сети автомобильных дорог. Это позволит объединить в региональную транспортную систему хозяйствующие субъекты, обеспечит выход к незамерзающим портам Дальнего Востока, активно включит экономику региона в экономическое пространство стран Азиатско-Тихоокеанского региона (АТР).

К настоящему моменту опорная сеть автомобильных дорог Дальнего Востока находится в стадии формирования, ряд ее участков не имеет устойчивой связи между экономическими районами и федеральным центром. Незавершенность опорной автодорожной сети не позволяет в достаточной мере обеспечивать автотранспортные связи с важнейшими транспортными узлами, аэропортами, железнодорожными станциями, морскими и речными портами, не обеспечивает равные возможности всех административных образований ДФО в доступе к региональной автодорожной сети и выходе на внутренние и внешние транспортные коридоры.

Плотность автомобильных дорог общего пользования с твердым покрытием по ДФО составляет 7,08 км на 1000 км2, тогда как по Российской Федерации этот показатель равен 33,9 км на 1000 км2 территории. Протяженность сети автомобильных дорог общего пользования составляет 48584 км, что при протяженности общероссийской сети автомобильных дорог (593 тыс. км) составляет всего 8,2 %. Этого явно не достаточно для Дальнего Востока - обширного региона, площадь которого составляет 6,2 млн км2, или 36,4% всей территории России.

Развитие и модернизация сети автомобильных дорог Дальнего Востока связаны с решением сложных технических проблем, обусловленных суровыми климатическими, грунтово-гидрологическими, геокриологическими условиями. Это усугубляется неразвитой транспортной системой, отсутствием стационарных баз по производству дорожно-строительных материалов, слабой научно-технической оснащенностью дорожного хозяйства.

В условиях недостаточного финансирования дорожной отрасли важнейшим критерием эффективности работы дорожного хозяйства является выбор оптимальных конструкций автомобильных дорог с учетом особенностей природно-климатических условий Дальнего Востока. Это обстоятельство является одной из главных составляющих устойчивого развития автодорожной сети. Недоучет влияния климатических факторов приводит к сокращению сроков службы дорожных конструкций и неэффективному использованию средств, выделяемых на модернизацию и развитие сети автомобильных дорог.

Актуальность темы диссертации подтверждена выполнением научно-исследовательских работ в рамках:

1) подготовки проекта программы модернизации и развития автомобильных дорог Дальневосточного федерального округа в составе Национальной программы модернизации и развития автомобильных дорог Российской Федерации до 2025 г.;

2) разработки региональных норм на проектирование автомобильных дорог Дальнего Востока;

3) реконструкции взлетно-посадочной полосы международного аэропорта г. Хабаровск;

4) строительства ездового полотна на ортотропной металлической плите пролетного строения автодорожной части моста через р. Амур у г. Хабаровск.

Цель и задачи работы. Основной целью исследований является научное обоснование развития и модернизации региональной автодорожной сети Дальнего Востока для повышения ее надежности в процессе эксплуатации с учетом социально-экономических и природно-климатических условий региона.

Для достижения указанной цели решены следующие задачи:

1. Проведен анализ состояния автомобильно-дорожной сети и перспектив ее модернизации для социально-экономического развития Дальнего Востока.

2. Разработана математическая модель модернизации опорной сети автомобильных дорог в регионе на основе прогноза существующих транспортных связей и многофункционального экономического анализа.

3. Получен метод расчета водно-теплового режима (ВТР) земляного полотна автомобильных дорог Дальнего Востока и обоснованы научные принципы его регулирования.

4. Определены критерии оценки надежности автомобильных дорог в сложных природно-климатических условиях Дальнего Востока при их строительстве, реконструкции и модернизации, а также осуществлено районирование территории Дальнего Востока по нормативным требованиям надежности.

5. Теоретически обоснованы конструктивные параметры региональных автомобильных дорог при их проектировании с учетом природно-климатических особенностей Дальнего Востока.

6. Представлена оценка экономических перспектив развития региональной сети автомобильных дорог и возможности активизации инвестиционной политики для привлечения иностранных и отечественных инвесторов в рамках государственно-частного партнерства (ГЧП) в дорожной отрасли региона.

Объектом исследования является автодорожная сеть, состояние и транс-портно-эксплуатационные характеристики существующих автомобильных дорог Дальнего Востока.

Методологической базой исследований являются методы решения оптимизационных задач на основе фундаментальных положений теории вероятности и математической статистики, аналитические методы оценки напряженно-деформированного состояния дорожных конструкций, программные продукты решения прикладных задач на ПЭВМ.

Научная новизна работы заключается в:

разработке экономико-математической модели анализа социально-экономических, природно-климатических и конструктивных факторов для модернизации опорной сети автомобильных дорог Дальнего Востока и создании программного продукта, позволяющего решать оптимизационные задачи на ПЭВМ;

разработке теоретического метода расчета и регулирования водно-теплового режима автомобильных дорог, позволяющего учитывать региональные особенности природно-климатических условий при назначении расчетных параметров конструкций автомобильных дорог;

установлении и выявлении особенностей работы и комплексной оценки надежности автомобильных дорог, позволяющих назначать требуемые значения коэффициентов запаса прочности в рассматриваемых природно-климатических условиях Дальнего Востока;

вероятностной оценке учета влияния природно-климатических условий при назначении конструкций автомобильных дорог в районах распространения многолетней мерзлоты, в сложных грунтово-гидрологических условиях, в районах, подверженных деструктивному воздействию изменений климата техногенного характера;

методике оценки состояния и методов усиления дорожных одежд при модернизации автомобильных дорог;

оценке технико-экономических предпосылок для привлечения инвестиций в развитие и модернизацию автомобильно-дорожной сети Дальнего Востока.

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 федеральных автомобильных дорогах Дальнего Востока. Результаты научных исследований получены с применением методов математического анализа и современных программных продуктов для решения инженерных задач (Excel, Mat lab и др.). Достоверность полученных результатов подтверждена их внедрением в региональные дорожные нормативы, методические рекомендации и технические условия на проектирование, строительство и модернизацию автомобильных дорог региона.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в:

- решении оптимизационных задач по развитию и модернизации сети автомобильных дорог с учетом социально-экономических условий развития региона;

- реализации методов расчета ВТР автомобильных дорог с учетом особенностей природно-климатических условий и дорожно-климатического районирования территории региона;

- обосновании требуемых значений уровней надежности конструкций автомобильных дорог и их районирование для территории Дальнего Востока;

- разработке рекомендаций по конструированию и усилению дорожных одежд для строительства и модернизации земляного полотна автомобильных дорог Дальнего Востока;

- разработке предложений по привлечению инвестиций для строительства платных участков автомобильных дорог Дальнего Востока на основе принципов ГЧП.

На защиту выносятся:

- результаты опытно-экспериментальных работ на опытных участках сети автомобильных дорог региона;

- метод оптимизации развития и модернизации сети автомобильных дорог Дальнего Востока;

- аналитический метод расчета и регулирования водно-теплового режима автомобильных дорог с учетом природно-климатических особенностей региона;

- критерии оценки надежности автомобильных дорог в специфических природно-климатических условиях региона;

- рекомендации по проектированию и усилению дорожных конструкций автомобильных дорог региона.

Внедрение результатов работы осуществлено при разработке планов развития и модернизации автомобильных дорог «Дальуправтодора». Результаты исследований включены в региональные технические документы:

1. РДН 218-002-02. Проектирование земляного полотна и дорожных одежд автомобильных дорог Сахалинской области - Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. унта, 2002. - 43 с.

2. Методические рекомендации по применению текстильных синтетических материалов для осушения земляного полотна и дорожных одежд автомобильных дорог южной части Дальнего Востока. - Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун-та, 2004. -17 с.

2. Рекомендации по совершенствованию методов борьбы с пучинами при ремонте автомобильных дорог / НПО Росавтодор. - М.: ЦБНТИ государственного концерна «Росавтодор», 1991 - 87 с.

3. Рекомендации по усовершенствованию мероприятий для ремонта пучини-стых участков на автомобильных дорогах Хабаровского ДРСУ / ГП «Хабаровскавто-дор».-Хабаровск, 1997.-22 с.

3. Рекомендации по повышению устойчивости откосов высоких подтопляемых насыпей с использованием ребристых плит-Хабаровск, 1994.-24 с.

4. ТУ 5718-002-02067971-2005 «Смеси пористые чернощебеночные для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог Хабаровского края». Хабаровск: Хабаровскуправтодор, 2005. - 15 с.

5. ТУ 5718-007-02067971-98 «Смеси асфальтобетонные дорожные и асфальтобетон с использованием золы уноса Благовещенской ТЭЦ Амурской области».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на десяти международных конференциях и семинарах (1 международном семинаре, 1 международной конференции МАДИ (ГТУ), 5 международных научно-практических конференциях, 2 международных научно-технических конференциях, 1 международной научной конференции) и 7 межрегиональных и региональных конференциях, мемедународных, всероссийских и региональных конференциях.

Основными из них являются:

1. Научно-практическая конференция «Методы решения проблем дорожно-транспортного комплекса г. Хабаровска в условиях переходного периода к рыночной экономике» (Хабаровск, 1999).

2. Научно-техническая конференция «Проблемы дорожно-транспортного комплекса Дальневосточного региона в связи с вводом в эксплуатацию автодорожного проезда по мосту через реку Амур у г. Хабаровска» (Хабаровск, 1999).

3. Научно-техническая конференция «Развитие городской инфраструктуры и земельной реформы в условиях перехода к рыночной экономике» (Хабаровск, 2000).

4. Региональная научно-практическая конференция «Повышение эффективности и качества строительства и ремонта автомобильных дорог в Дальневосточном регионе» (Хабаровск, 2001).

5. 50-я международная научно-методическая конференция МАДИ ГТУ (Москва, 2002),

6. Международный семинар «Развитие региональной автодорожной сети Дальнего Востока за счет повышения сроков службы дорожных одежд» (Хабаровск, 2002).

7. Региональная научно-практическая конференция «Современная практика продвижения современных идей в сфере лизинга на Дальнем Востоке России» (Хабаровск, 2003).

8. Международная научно-практическая конференция «Проблемы развития экономики Дальнего Востока» (Хабаровск, 2003).

9. II-III международные научно-технические конференции «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств» (Пенза, 2002, 2004).

10. II-III международные научно-практические конференции «Современные перспективы, технологии и материалы для строительного, дорожного комплексов и жилищно-коммунального хозяйства» (Брянск, 2003, 2004).

11. Межрегиональная научно-практическая конференция «Автомобильный транспорт Дальнего Востока и Сибири 2004» (Хабаровск, 2004).

12. Международная научная конференция «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке» (Хабаровск, 2005).

13. Международная научно-практическая конференция «Прогресс транспортных средств и систем - 2005» (Волгоград, 2005).

14. Научно-техническая конференция «Пути повышения эффективности функционирования улично-дорожной сети г. Хабаровска» (Хабаровск, 2005).

15. Международная научно-практическая конференция «Современные технологии усиления дорожных одемед при модернизации и капитальном ремонте автомобильных дорог» (Хабаровск, 2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 69 научных статей, получен патент, издано два учебных пособия, три монографии.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти глав, выводов, библиографического списка и приложений с актами о внедрении результатов исследований. Основной текст изложен на 415 страницах машинописного текста и иллюстрирован 85 рисунками и 30 таблицами. Список литературы включает 264 наименования, из них 17 - на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ существующих методов проектирования сетей автомобильных дорог; исследованы исходные предпосылки, характеризующие особенности природно-климатических и социально-экономических условий региона и сформулированы задачи исследований.

В работах К.И. Андроникашвили, А.К. Бируля, Л.А. Бронштейна, Б.А. Волкова, Д.А. Вулиса, E.H. Гарманова, Г.М. Гладилина, С.М. Грибникова, М.С. Замахаева, В.Е. Кагановича, A.C. Кудрявцева, В.И. Кучинского, Р.Г. Леонтьева, В.Н. Образцова, Г.А. Поляковой, В.А. Паршикова, Е.П. Попова, Р.К. Прима, И.А. Романенко, А.К. Славуц-кого, К.С. Теренецкого, Я.В. Хомяка, Н.Ф. Хорошилова, Ламэ, Лаунгардта, А. Скотта, Спенсера, Г. Сотиропулоса, П. Фридриха и других предложены методики технико-экономического проектирования дорожных сетей, которые рассматривают различные случаи оптимального проектирования сетей автомобильных дорог и определяют обобщающую методику построения сетей в целом. Каждый из рассмотренных методов в отдельности может быть использован в конкретных случаях проектирования сетей.

Аналогичные задачи решают отечественные методы ГипродорНИИ, Росдор-НИИ и Геогракома, а также зарубежные - HDM-4.

Воспользоваться существующими методами построения дорожных сетей, применительно к рассматриваемым условиям, без соответствующей корректировки не представляется возможным в силу целого ряда специфических особенностей региона. Одной из главных особенностей Дальнего Востока является коренное изменение структуры его экономического развития. Если в период развитого социализма экономика региона была ориентирована на централизацию производства, то сегодня, в переходный период к рыночной экономике, наблюдаются процессы децентрализации экономики, а это обусловливает образование новых экономических связей, определяемых развитием международных отношений со странами ATP.

Кроме того, переориентирование экономики на рыночные отношения между субъектами Дальнего Востока предопределяет изменение функционального значения некоторых территориальных дорог, входящих в опорную сеть округа, которая в целом превращается в катализирующий элемент экономики региона.

Отмеченные предпосылки послужили основой для разработки экономико-математической модели развития и модернизации сети автомобильных дорог Дальнего Востока с учетом его климатических, социально-экономических и международных особенностей.

На основании проведенного анализа существующих методов проектирования сетей автомобильных дорог и вышеизложенного были сформулированы основные направления, цель и задачи исследований для разработки научного обоснования развития и модернизации автодорожной сети Дальнего Востока.

Во второй главе исследовано влияние состояния автодорожной сети на перспективу социально-экономического развития региона.

Транспорту Дальнего Востока присуща своя специфика. Характерная особенность региона - низкая обеспеченность железными (протяженность 8337 тыс. км при плотности 13 км на 10 тыс. км2) и автомобильными дорогами общего пользования с твердым покрытием (36971 тыс. км при плотности 7 км на 1 тыс. км2). Регион пересекает Транссибирская железнодорожная магистраль. По территории Амурской области и Хабаровского края проходит Байкало-Амурская магистраль, прокладывается 70-километровая ветка к Чинейскому полиметаллическому месторождению титано-магнетитовых, ванадиевых и медно-платиновых руд, продолжается строительство Амуро-Якутской магистрали от станции Нерюнгри до Якутска.

В отличие от центральных и южных регионов страны работа всех видов транспорта в регионе носит сезонный характер. Основной объем перевозок грузов и пассажиров приходится на летне-осенний период. В это время осуществляется завоз грузов в районы Крайнего Севера, где срок навигации ограничен. Тенденция сокращения северного завоза и увеличение экспортного грузопотока в страны АТР приводят к более равномерному распределению перевозок в течение года. Это обстоятельство становится важным фактором развития сети автомобильных дорог и автозимников в районах Крайнего Севера.

Структура перевозок грузов по территории Дальнего Востока свидетельствует о том, что почти половина (44,6%) в общем объеме перевозок осуществляется автомобильным транспортом.

Автотранспорт является основным в Дальневосточном экономическом районе по количеству перевозимых пассажиров. Его удельный вес колеблется от 60 до 90% по субъектам Дальнего Востока, а в Камчатской, Магаданской областях и Республике Саха (Якутия) на него приходится более 90% пассажироперевозок.

Решающее значение в работе региональной автодорожной сети играют дороги, выполняющие функцию автотранспортных коридоров.

Основным транспортным коридором, являющимся частью трансконтинентальной автомобильной трассы Центр - Дальний Восток, являются федеральные автомобильные дороги Чита-Хабаровск («Амур»), Хабаровск-Владивосток («Уссури»), строящаяся дорога Хабаровск-Находка («Восток»),

Характерной особенностью работы этого транспортного коридора является выход к незамерзающим морским портам Приморского и Хабаровского краев, близость к границе с Китаем и КНДР.

Положительное влияние автодорожной сети на социально-экономическое развитие региона хорошо прослеживается на примере динамики цен на предметы первой необходимости. Так, с вводом в эксплуатацию участка автомобильной дороги «Амур» Чита-Хабаровск, позволившего обеспечить автомобильное сообщение между южными районами региона с Республикой Саха (Якутия) и Магаданской областью, цены на потребительские товары в этих субъектах снизились от 30 до 50%.

В сложившейся экономической ситуации перехода к рыночной экономике и многофункциональной производственной интеграции влияние автодорожной сети существенно возрастает и становится решающим фактором в развитии межрегиональной ориентации в экономике. Этому способствует перенос акцента экономических отношений региона на международные рынки (в первую очередь Китая, Кореи и Японии), освоение новых месторождений сырьевых источников в глубинных районах региона и закрепление коренного населения региона при создании достойных условий жизни.

Таким образом, следует отметить, что существующая опорная региональная сеть автомобильных дорог Дальнего Востока находится в стадии формирования. Входящие в нее федеральные и территориальные дороги имеют различные технические и транспортно-эксплуатационные характеристики, которые по большинству показателей не удовлетворяют требованиям транзитных мультимодальных и интер-

модальных перевозок. Поэтому на первом этапе оптимизации автодорожной сети региона необходима модернизация существующих дорог по направлениям основных автотранспортных коридоров. Для выбора начертания опорной сети дорог региона необходимо проанализировать движение грузов заданного плана перевозок из начальных пунктов в конечные. Выбор кратчайшего возможного маршрута необходимо производить при учете пропускной способности и загрузки движением существующих дорог с последующей оценкой выгодности того или иного направления.

В третьей главе осуществлена математическая постановка оптимизационной задачи и разработана методика построения опорной автодорожной сети Дальнего Востока.

При решении задачи линейного программирования оптимизация перевозок по участкам автомобильных дорог проводилась исходя из условий:

- конкурентоспособности участка дороги в зависимости от его загрузки региональными и международными перевозками, ценовой и тарифной политики на перевозимые грузы;

- пропускной способности дороги;

- технического уровня и транспортно-эксплуатационного состояния автодорожной инфраструктуры на маршрутах перевозок;

- состава транспортного потока, осуществляющего региональные и международные перевозки;

- расчетных нагрузок на дорожно-мостовые конструкции;

- экологической ситуации на маршрутах региональных и международных перевозок.

Для оптимизации процесса автомобильных перевозок на автомобильно-дорожной сети (АДС) Дальнего Востока решается прямая задача имитационного моделирования. Для решения задачи были проанализированы: условия работы АДС региона; «загруженность» участков автомобильных дорог; равномерность распределения грузопотоков с выделением наиболее загруженных направлений; назначение конструкций дорожных одежд, соответствующих фактической грузонапряженности и расчетным нагрузкам.

На основе проведенного анализа была определена и научно обоснована наиболее рациональная схема работы международных транспортных коридоров (МТК) с равномерной загрузкой АДС Дальнего Востока.

При решении оптимизационной задачи в качестве целевой функции принято минимальное время перевозок между грузообразующими и грузопоглощающими пунктами АДС Дальнего Востока

Т -»тт, (1)

где - у время (ч), за которое все грузоперевозки по АДС региона будут осуществлены при системе ограничений

Ёе^а. 1 </<„; (2)

Ъе^Ь)' 1 < у < »7; (3)

к

, 1 <1<п, 1 < 1 <т, (4)

1Ч рк 1

где £ - количество к - го груза, перевозимого из /- го грузообразующего в }- й грузопоглощающий пункт АДС; д - количество к- го груза перевозимого из /- го

грузообразующего пункта в у- й; - количество к- го груза необходимое у- му грузопоглощающему пункту; fk — время, затрачиваемое на перевозку груза к- м типом автомобиля из пункта i в пункт у; /?' - количество груза перевозимое к- м типом автомобиля.

Минимизация времени у означает минимизирование общего времени грузоперевозок на АДС и следовательно решение данной задачи.

Существующая АДС региона была представлена в виде графа (рис.1)

r0=(V,U), (5)

где V = {V,, V2......vn} - множество вершин мощностью т (V) = N, ассоциируемых с

грузоотправителями и грузополучателями; U = {цгц2......ит} - множество ребер

мощностью m(U) = М, ассоциируемых с дорогами, составляющими опорную АДС; Ри- неориентированный граф (все дороги с двусторонним движением), составными частями которого могут быть ориентируемые подграфы (подсети однонаправленных дорог). Также задана длина дорог АДС : L = {/,,/,....../,„}, {т (L) = М}.

Для любой вершины графа п е [1....N] определяем следующий набор данных:

- количество груза (т) q , которое должно быть перевезено из вершины / е

[ 1....N] в вершинуjе [ 1....N], к- м типом автомобиля;

í

- количество рейсов в сутки g .

Интенсивность вывоза грузов (т/сут) к - м типом автомобиля из вершины / в вершину ¡ определяем по зависимости

i. i. к

d,.rb g,r (6)

Для любой вершины рассматриваемого графа можно задать произвольное число перевозок в произвольное число вершин одновременно.

Если / - множество индексов вершин -у е V, из которых вывозятся грузы {т ( / )< N), J - множество индексов вершин у s V, в которые завозятся грузы {m ( J) < Л/}, a S - множество индексов типов использованных автомобилей {m ( S) < К}, тогда план грузоперевозок записываем вектором показательной функции

X={el},iel,jeJ,keS. (7)

Обозначим через А, ц е U множество индексов дорог, перевозки по которым присутствуют в плане X, а через - интенсивность движения по т-й дороге при реализации плана X. Тогда ограничения на интенсивность движения (авт. /сут) запишутся как

N.,+ Р,„' Z,„/100 < рт , т <= А. (8)

Обозначим q = ^¡Tg -количество груза (т) в /'-м пункте, a q - - количе-

/€./ ' /F./

ство груза (т), которое должно быть завезено в пункт j.

Тогда должно соблюдаться равенство поставки и потребления груза в грузо-образующих и грузопринимающих пунктах:

Ze[ ■ О)

.«./ je.l J

Принимаем у - максимально допустимую продолжительность времени (ч) для реализации плана X.

Сток

Сибирский федеральный округ -13904,64

Цицикар

Сток

автодорога к

«Лена» Белогорск

>

Завитинск

Биробиджан

Чанчунь

Унги

кндчо

Раздольное Находка -129876,56

Влади воете

•.-246618.18 / Ц • Восточный

* * -29951,02 Сток

Рис. 1. Граф международных перевозок сети дорог Дальневосточного федерального округа: О - населенные пункты территории КНР, КНДР; ф-грузо-образующие вершины с указанием объемов завозимых грузов, т; © -грузопоглощающие вершины с указанием объемов вывозимых грузов, т; О -нулевые вершины, через которые грузы проходят транзитом; Объем грузоперевозок, т: —► 0 - 10ОО т; —► 10ОО - 5000 т; —► 5000 - 10000 т; —►

10000-20000 т; _^ 20000 - 30000 т; 30000-50000 т; _► 50000

-100000 т; —► 100000- 150000 т; — 150000-200000; —► 200000250000 т

Обозначим как максимально допустимую продолжительность времени (ч)

для реализации плана X.

Время перевозок (ч) по оптимальному маршруту (7,/)

где У1 - средняя скорость (км/ч) движения по маршруту (/',/).

Тогда максимально допустимая продолжительность времени перевозок

тах(7*;)<71<;, /е/,.М, /се 5. (11)

На основании приведенного алгоритма была разработана программа оптимизации перевозок грузов по АДС Дальнего Востока.

Все корреспондирующие пункты были увязаны в единой координатной сетке. Длины дуг между вершинами задавались согласно протяженности существующих дорог, помимо этого учитывалась скорость проезда по дорогам с различными типами дорожных покрытий.

Объектом моделирования выступала существующая автодорожная сеть Дальнего Востока, представленная различными уровнями детализации. Формирование оптимальной маршрутиризации сети задавалось на карте-схеме автомобильных дорог Дальнего Востока и мест ее стыковки на автотранспортных пограничных переходах с автомобильными дорогами соседних государств, обслуживающими как внутрирегиональные перевозки, так и перевозки транзитных направлений.

В граф дорожной сети (АДС) Дальнего Востока были включены автодороги общего пользования:

- федерального значения (первый уровень вершин графа АДС);

- основных территориальных значений (второй уровень вершин графа АДС);

- автозимники, включенные в опорную региональную сеть (третий уровень вершин графа АДС).

Для формирования рассматриваемого графа АДС Дальнего Востока были включены вершины или грузообразующие - грузопоглощающие пункты, которыми являются города и населенные пункты, увязанные в координатной сетке по долготе у и широте X . Вершины графа нумеровались в произвольном порядке и заносились в массив вершин (табл. 1).

Вершины графа связаны дорогами различных категорий, входящими в опорную сеть. Всего в разработанном варианте графа опорной АДС Дальнего Востока содержится 170 вершин.

Вершины графа характеризуются:

- категорией подходящей к нему дороги;

- координатами (долготой и широтой);

- числом связей с другими вершинами графа АДС Д/^;

- номером строки в массиве связей графа АДС, с которой начинается перечень связей данной вершины графа;

- наименованием грузообразующего - грузопоглощающего пункта или пересечения и примыкания дорог.

Таблица 1

Пример массива вершин графа АДС Дальнего Востока

Номер вершины/ Категория дороги R, Широта Долгота Y, Число связей Na Номер строки в массиве связей Наименование населенного пункта

1 III 53°57' 12Г47' 2 1 Граница с Амурской областью

2 lit 54°02" 122°53" 2 12 Уруша

169 III 50°06" 129°25" 2 87 Завитинск

170 III 49°43" 128°43" 3 92 Поярково

По полученному алгоритму была разработана авторская программа "Roads", позволяющая решать оптимизационные задачи различного уровня. Программа позволяет решать задачи любой сложности, используя возможности современной вычислительной техники.

В результате моделирования автомобильных перевозок на массиве автотранспортных связей между грузообразующими вершинами графа АДС Дальнего Востока получено начертание сети автомобильных дорог с оптимальным количеством перевозимых грузов по основным направлениям транспортных коридоров.

В четвертой главе исследованы характерные особенности природно-климатических условий региона, осуществлена оценка их влияния на работу автомобильных дорог и разработано дорожно-климатическое районирование.

Территория Дальнего Востока наиболее подвержена неблагоприятному воздействию на автомобильные дороги таких факторов, как общее потепление климата, влияние хозяйственной деятельности, деградация многолетней мерзлоты.

На примере климатических станций, расположенных в южной, центральной и северо-западной частях Дальнего Востока, можно проследить, как снижалась глубина промерзания грунта за рассматриваемый период (рис.2).

Анализ полученных результатов свидетельствует об устойчивой зависимости между изменениями климатических характеристик в районе исследований и параметрами водно-теплового режима земляного полотна автомобильных дорог. В связи с повышением температуры воздуха снижается глубина промерзания земляного полотна.

2,5 2 1,5 -1

0,5 -0 •

1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

-Хабаровск

Рис. 2. Динамика изменения глубины промерзания (м) в центральной части

Дальнего Востока на климатической станции, г. Хабаровск

В этой связи необходима разработка специальных мероприятий для устранения деструктивных процессов природного и техногенного характера.

В работе предложена методика учета динамично изменяющихся внешних факторов при корректировке расчетных параметров водно-теплового режима автомобильных дорог при их модернизации и капитальном ремонте. В качестве статистического материала были использованы данные диагностики на федеральных автомобильных дорогах Дальнего Востока за период 1962 - 2005 гг. Исследования, проведенные на федеральных автомагистралях Дальнего Востока, показали, что изменение расчетных параметров водно-теплового режима подчиняются в основном нормальному закону распределения.

Принципиальное решение задачи заключается в корректировке искомого параметра на кривой распределения.

При обработке испытаний одной группы параметров реализовано значение элемента по сравнению с другой группой и известными характеристиками нормального распределения этого элемента (например, модуля упругости грунта)

Распределение минимумов будет смещено влево по отношению к исходному распределению величин х и, очевидно, имеет меньшую вариацию. Тогда в качестве функции распределения' минимума можно принять любое симметричное распределение (рис. 3). Пусть это будет равномерное на интервале (а-Ъ) распределение, в котором любое отклонение равновероятно.

Так как равномерное и нормальное распределение формируют выборку, то необходимо найти смещение математического ожидания

В этом случае минимальный модуль упругости грунта

Ег=М,-х-кг = —-Р-[х-{Ь + а)-0,5]-гЦ£. (13)

2 2л/3

Положим, что интервал равномерного распределения будет равен доверительному интервалу нормального распределения, тогда

\(п + п)/п -1

Ъ — а =

1

п + пр-1 ;

(14)

где ^ коэффициент, зависящий от вероятности безопасности, который можно определить из соотношения

2Ф(г) = 1-р<\ (15)

Здесь 2Ф - удвоенная функция Лапласа, описывающая интегральное распределение математического ожидания; р - вероятность принадлежности исследуемых величин к одной выборке (смеси); с - количество объединяемых групп.

Для оценочных расчетов примем равновероятность выборок (р = 0,5), тогда соответствующее значение 1,05.

При использовании выборочных данных относительный объем выборки

п„

^ = —г—, (16)

п + пр

где п - количество наблюдений, попавших в группу нормального распределения, п - количество наблюдений, попавших в интервальную оценку равномерного распределения.

В связи с развитием концепции интервальных оценок представляется возможным и уточнение расчетного значения модуля упругости грунта по генеральной совокупности. Для этого в генеральной совокупности необходимо выделить интервал с заданной обеспеченностью и рассмотреть его как равномерное распределение.

Формула для оценки расчетного модуля упругости грунта имеет вид

_ Мс + па + МГ - па Мг + па - Мг + па _ , па . .

— ' ^

Разработанная методика позволяет осуществить корректировку расчетных значений параметров автомобильных дорог с учетом динамики природно-климатических условий и неблагоприятного влияния на них хозяйственной деятельности человека.

Опыт применения существующего дорожно-климатического районирования показал, что оно не в полной мере отражает все особенности природно-климатических условий при проектировании и строительстве автомобильных дорог Дальнего Востока. В первую очередь это касается территорий с наличием многолетнемерзлых грунтов, где в зависимости от мощности мерзлого слоя, его физико-механических харак-

теристик необходимо принимать те или иные конструктивные решения при строительстве или модернизации автомобильных дорог.

Рис. 3. Распределение минимумов равномерного и нормального распределений

В результате многолетнего мониторинга за мерзлотным режимом на постах и опытных участках автомобильных дорог на территории I дорожно-климатической зоны было выделено три подзоны, характеризующиеся совокупностью типичных ландшафтных и климатических характеристик: арктическая ), субарктическая холодная (12), субарктическая умеренно-холодная (1з). На границе с подзоной 1з высокотемпературных вечномерзлых грунтов, во II дорожно-климатической зоне была выделена подзона II,, с наличием «перелетков» - мерзлых слоев грунта, возникающих на глубине сезонно замерзающих слоев в районах с континентальным и резкоконтинентальным климатом и отрицательной среднегодовой температурой воздуха.

На основании проведенных исследований в диссертационной работе произведено дорожно-кпиматическое районирование территории Дальнего Востока, позволяющее детально оценивать его природно-климатические условия при проектировании оптимальных конструкций автомобильных дорог.

В пятой главе диссертации приводятся результаты исследований особенностей водно-теплового режима и методы его расчета. ВТР автомобильных дорог Дальнего Востока характеризуется избыточным увлажнением и глубоким сезонным промерзанием дисперсных грунтов. Характер увлажнения земляного полотна автомобильных дорог определяется обилием муссонных осадков, вызывающих полное влагонакопление в поверхностных слоях грунта. Процесс усугубляется неравномерным характером промерзания и оттаивания дорожной конструкции.

Восстановление прочностных свойств грунта происходит медленно, особенно на участках дорог, построенных без дренирующих слоев в основании дорожных одежд. Ограничение нагрузок в весенний период не всегда осуществляется своевременно. Отмеченные факторы обусловливают низкие эксплуатационные характеристики автомобильных дорог, что свидетельствует о необходимости уточнения расчетных методов прогнозирования ВТР.

Исследованием вопросов, связанных с изменением прочностных и деформа-тивных свойств пылевато-глинистых грунтов в процессе их промерзания-

оттаивания и сопутствующих явлений тепломассообмена, занимались отечественные и зарубежные ученые. В работах С.Е. Гречищева, В.Н. Ефименко, И.А. Золотаря, В.Д. Казарновского, М.Б. Корсунского, A.B. Лыкова, В.П.Носова, В.О. Орлова, В.В. Пассека, H.A. Пузакова, В.И.Рувинского, В.М. Сиденко, А.Я. Тулаева, В.В. Ушакова, Е.И. Шелопаева, А.И. Ярмолинского и других решены как основные теоретические вопросы проблемы, так и ее прикладные задачи. Тем не менее региональная корректировка известных методик позволяет обеспечивать более высокую степень надежности проектных решений.

Нормативным документом, позволяющим осуществлять расчет параметров ВТР автомобильных дорог, является Пособие по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна (к СНиП 2.05.0285). На основе физико-технической теории, разработанной В.И. Рувинским, осуществляется расчет характеристик ВТР при одномерной схеме осуществления процесса тепломассопереноса. В принятых теоретических предпосылках физико-технической теории источником образования ледяных прослоек, вызывающих пучение грунта, является пленочная вода, поступающая из слоя Az в слой фазовых превращений ее в лед. Применительно к условиям Дальнего Востока пленочная вода поступает в промерзающий слой под покрытием не сплошным горизонтальным фронтом, а от обочин и из низлежащего талого слоя грунта земляного полотна. В случае глубокого сезонного промерзания грунта земляного полотна имеют место процессы миграции пленочной и капиллярно-подвешенной влаги к фронту промерзания под дорожным покрытием по направлениям снизу и сбоку из талого грунта земляного полотна под обочинами.

Эффект миграции влаги за счет разности термосопротивлений слоев дорожной одежды и грунта присыпных обочин приводит к выраженному образованию под дорожным покрытием переувлажненного грунта или «донника», влажность которого зачастую равна или выше влажности грунта на границе текучести.

Таким образом, процесс промерзания и влагонакопления в грунте в этих условиях необходимо рассматривать как двухмерный, в отличие от одномерного процесса, предлагаемого в Пособии по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна.

Принципиальное значение в условиях избыточного увлажнения и глубокого сезонного промерзания грунтов имеет величина влагонакопления под границей промерзания. Используя в качестве синтезирующего начала теорию В.И. Рувинского, процесс изменения плотности-влажности грунта земляного полотна в условиях южной и центральной частей Дальнего Востока можно разделить на четыре основных периода: набухания осенью, пучения зимой, осадки грунта при оттаивании весной и усадки весной и летом.

Расчет коэффициентов уплотнения следует производить для каждого из четырех периодов набухания, пучения, осадки и усадки грунта:

где Ку(0С} - коэффициент уплотнения после набухания грунта осенью; - ко-

эффициент уплотнения после пучения грунта зимой; - коэффициент уплотне-

ния после осадки грунта весной; - коэффициент уплотнения после усадки

(19)

(20) (21)

(18)

Ку(в) - Ку(з){\-- еосад)

грунта летом; енаб - относительное набухание грунта; епуч - относительное пучение грунта; еосад,еусад - относительная осадка грунта и его усадка.

Значения коэффициентов уплотнения вычисляются для грунта под проезжей частью К' ф,К'у(Д-),К'у(0С), К' и под обочинами автомобильной дороги

Ку(в),Куи),Ку{ос),К"у(з),Ку(д). В качестве деятельной зоны рассматривается

слой толщиной Аг, в пределах которого происходит приток воды в промерзающий слой грунта под проезжей частью из грунта под обочинами земляного полотна (рис.4).

Рис.4. Расчетная схема влагонакопления в условиях избыточного увлажнения и глубокого сезонного промерзания земляного полотна: 1 - мерзлая зона; 2 - давление от веса дорожной одежды; 3 - зона фазовых превращений пленочной воды в лед и образования ледяных линз и кристаллов; 4 - слой £2., в котором капиллярно-подвешенная вода превращается в лед; 5 - пленочная вода, мигрирующая к фронту промерзания из слоя Д2; 6 - талая зона, в которой находится капиллярно-подвешенная вода

Принципиальное отличие решения рассматриваемой задачи, в отличие от метода В.И. Рувинского, заключается в разложении величины влагонакопления на горизонтальную (Зр(сг)И вертикальную Ор^г) составляющие.

Расход капиллярно-подвешенной воды, поступающей по горизонтальному уровню от грунта под обочинами к границе промерзания под покрытием, определяется формулой

Qp(c,z) -

(WKe ~ Wopt)Ky(.oc)PcK(m^)wzp

ту t — t тгп — п ту m — m

Kw4K | KW9K { KW4K SPeS SPeg SPeS

(22)

где w - площадь поперечного сечения грунта, м ; qK,qK,qK - удельные движущие силы менисков соответственно в I, II, III группах капилляров грунта с капиллярно-подвешенной водой, Па; K'w,K"w,K"l- коэффициенты просачивания воды соответственно в I, II, III группах капилляров грунта, м/с; S-среднее расстояние, на которое

перемещается капиллярно-подвешенная вода, м; д- ускорение свободного падения, м/с2.

Включая в расчет величину расхода воды б^...,, получим выражение для определения влажности грунта (доли единицы) под границей промерзания после оттока воды из талого грунта под обочинами в мерзлый слой под покрытием при двухмерном решении задачи.

Для грунта под дорожным покрытием имеем

где <2'рт- величина расхода пленочной воды, поступающей в мерзлый слой из талого грунта с влажностью более оптимальной, м3/с; Ор(А2)- среднее значение расхода капиллярно-подвешенной воды, которая может поступить к границе промерзания из грунта, расположенного ниже рассматриваемого слоя ЛZ земляного полотна, м3/с; о'пр - скорость промерзания грунта, м/с.

Величина определяемая по формуле (22), не может быть более значе-

ния Орт. В противном случае принимают ограничение Ор(с:) = Орт.

При получении отрицательного значения выражения в скобках принимаем

Для грунта под обочинами имеем

= _ (24)

где Орт- величина расхода пленочной воды, поступающей из талого слоя грунта с влажностью более оптимальной в мерзлый слой, м3/с; Ор(А7)- среднее значение расхода капиллярно-подвешенной воды, которая может поступить из грунта, расположенного под обочинами, м3/с.

Понижение влажности грунта под границей промерзания происходит до величины, равной оптимальной влажности. Поэтому значения и не могут быть меньше оптимальной влажности независимо от результатов расчета.

Входящие в формулы (23) и (24) значения расхода Ор{Аг) определяем по формуле

4р.

2

Д^р.з ,

(25)

¿/><<\л.

лучим выражение для определения среднего за период промерзания значения расхода пленочной воды £?р(о)ф,(м3/'с). поступающей из талого грунта в мерзлый слой при ?г0 = .

Для грунта под дорожным покрытием имеем

7Т' _ 7Т/ ,77 , (У[|С - }Уир1 )Ку{ос)рск{ат)М>,рипр

Для грунта под обочинами имеем

Qp(0)cp - Q"p(A,2) - Qp(C,Z)

[Kc Wopt j-^- y(oc) Pck{max)w гр np

(27)

Очевидно, что значение расхода <2р(с г) не может быть больше величины

Q"p(A,

К ^apt №y(oc)PcK{nax)w¿punp

Z)

(28)

Последующий расчет осуществляется в соответствии с методикой, изложенной в Пособии к СНиП 2.05.02-85.

По разработанной методике осуществлено сравнение расчетных значений плотности и влажности грунта земляного полотна с фактическими данными (табл.2).

Таблица 2

Прогнозируемые и фактические значения влажности и плотности грунта земляного полотна в слое толщиной 0,5 м от низа дорожной одежды опытного участка на 197км федеральной автомобильной дороги «Уссури» Хабаровск-Владивосток

Период Влажность грунта W / W, Коэффициент уплотнения грунта

под покрытием под обочиной под покрытием под обочиной

Летний период года 0,62 0,62 0,98 0,96

Осенний период перед промерзанием земляного полотна 0,81 0,8 0,81 0,85 0,98 0,96

Зимний период после промерзания слоя грунта 0,90 0,89 0,71 0,73 - -

Весенний период после оттаивания грунта 0.90 0,93 0.82 0,81 0,96 0,94

Летний период после усадки грунта 0.62 0,63 0,69 0,67 0,97 0,95

Примечание. В числителе прогнозируемые значения характеристики, в знаменателе - фактические. В таблице приведены значения влажности и плотности суглинка легкого пылеватого с влажностью на границе текучести И', = 27 % и оптимальной влажностью [V =16%.

Результаты прогнозируемых и фактических значений показывают хорошую сходимость.

Таким образом, разработанная методика позволила осуществить корректировку расчетного метода прогнозирования водно-теплового режима земляного полотна, положенного в основу Пособия к СНиП 2.05.02-85 в части учета дополнительного поступления капиллярно-подвешенной влаги при ее двухмерном характере перемещения к фронту промерзания.

Результаты измерения плотности и влажности грунта земляного полотна на опытном участке 197 км федеральной автомобильной дороги «Уссури» Хабаровск-Владивосток подтвердили достаточную сходимость предлагаемой методики для расчета двухмерного процесса изменения водно-теплового режима грунта в условиях глубокого сезонного промерзания грунтов Дальнего Востока.

В шестой главе обоснованы теоретические предпосылки регулирования водно-теплового режима автомобильных дорог Дальнего Востока.

Разработанная на основе физико-технической теории В.И. Рувинского методика расчета сезонного изменения ВТР земляного полотна в условиях избыточного увлажнения и глубокого сезонного промерзания грунта позволяет рассматривать процесс влагонакопления в грунте как двухмерный. Применительно к поставленной задаче водно-тепловой режим земляного полотна зависит от нескольких факторов:

расстояния рассматриваемого грунтового массива от источников увлажнения и степени их влияния, условий отвода атмосферных осадков с поверхности дороги, вла-гопроводных характеристик грунта, характера теплообменного процесса с атмосферой на границе рассматриваемого массива грунта обочины и телом земляного полотна. Причем влияние источников увлажнения неоднозначно.

Внешние источники влагонакопления 1, 2, 3 формируют температурно-влажностный режим в грунтовом массиве обочины А, который в виде внутреннего источника 4 взаимодействует с грунтовым массивом тела земляного полотна под проезжей частью Б (рис. 5).

1

пленочное увлажнение атмосферными осадками; 2 - капиллярно-пленочное увлажнение от поверхностных вод и верховодки; 3 - капиллярно-пленочное и диффузное увлажнение от грунтовых вод и верховодки; 4 - капиллярно-пленочное и диффузное увлажнение за счет разности потенциалов влажности и температуры в грунте под проезжей частью и обочинами; А - грунтовый массив земляного полотна под обочинами; Б - грунтовый массив тела земляного полотна под проезжей частью

Для того чтобы оценить ВТР земляного полотна, необходимо последовательно проанализировать влияние источников 1, 2, 3 на процесс влагонакопления в грунтовом массиве А, а затем рассмотреть процесс тепломассообмена в грунте под обочинами А и проезжей частью Б.

Если влияние источников 1, 2, 3 достаточно изучено и можно использовать существующие методы расчета влагонакопления в теле грунтового массива А под воздействием источников увлажнения 1, 2, 3, то характер тепломассообмена между грунтовыми массивами А, Б недостаточно изучен. А именно от характера этого процесса в конечном итоге зависит ВТР дорожной конструкции.

Это влияние будет зависеть от характера потенциалов тепломассопереноса. Иными словами, представим, что потенциал тепломассопереноса в массиве А выше, чем в массиве Б, следовательно, влага из массива обочины будет перемещаться в массив тела земляного полотна, обусловливая избыточное влагонакопление и пучение грунта под дорожной одеждой, что крайне нежелательно.

Факторами, обусловливающими разность потенциалов в массивах А и Б, чаще других является перепад температур. Промерзание дорожной конструкции идет быстрее под проезжей частью, следовательно, за счет разности потенциалов осуществляется перемещение влаги из-под обочины в тело земляного полотна. При этом

механизм этого процесса слагается из диффузного (начало промерзания) и пленочного перемещения влаги к границе льдообразования.

В весенний период наблюдается обратная картина: оттаивание быстрей происходит под проезжей частью, чем под обочинами, при этом выводящие дренажные слои, находящиеся в мерзлом состоянии, не работают, что свидетельствует о существенном конструктивном недостатке традиционной дорожной одежды.

Основной принцип регулирования ВТР в рассматриваемых условиях можно сформулировать следующим образом: конструкция дорожной одежды и земляного полотна должна обеспечивать внутреннее осушение массива грунта Б при его промерзании.

Чтобы достичь поставленной задачи, достаточно уравнять тепловое сопротивление дорожной конструкции под проезжей частью и под обочинами. Для этого необходимо обеспечить условие

Rno^RoE, (29)

где R/jo - суммарное тепловое сопротивление дорожной одежды и рабочего слоя земляного полотна под проезжей частью; Roe - суммарное тепловое сопротивление рабочего слоя земляного полотна под обочинами.

В диссертации для практических расчетов эффективности того или иного мероприятия применено численное решение уравнения теплопроводности, полученное и реализованное в алгоритме и программном комплексе В.В. Пасека для решения задачи Стефана:

/ д / w д /1 /

с (*,>>)— =—(A,(X,jf)—)+—у)—У,

дт дх дх ду ду (мерзлая зона) (30)

/ ^ StT д / w д д tT

дт дх дх оу оу (талая зона) (31)

(на границе промерзания)

' дп ^ дп дт ' (32)

где /,,,/г - температуры грунта в мерзлой зоне и в талой зоне, °С; х, у- координаты точки, для которой формулируется условие; т- продолжительность периода промерзания, ч; Л„,ЛГ - коэффициент теплопроводности соответственно мерзлого и талого грунта, Вт (м град-ч); С„,С,. - удельная теплоемкость грунта, кДж/(кг-град); пф(т)~ функция изменения во времени положения границы промерзания; Оф - скрытая теплота при фазовом переходе воды в мерзлое состояние, кДж/кг.

Важной составляющей сложного процесса, формирующего тепломассоперенос, является теплообмен на поверхности и контактных слоях дорожной одежды. При ее конструировании важно правильно оценить конечные результаты процесса: ускорять промерзание для районов с суровым климатом или замедлять его для районов с мягкими климатическими условиями.

Воздействие внешнего источника тепла на тепловое состояние данного физического тела зависит от самого источника и от условий теплообмена.

Влияя на отдельные составляющие теплообмена, можно добиваться необходимых параметров теплообмена и активно регулировать теплообмен дорожной конструкции. Это позволяет регулировать водно-тепловой режим земляного полотна

для повышения эксплуатационной эффективности проектируемых дорожных конструкций.

Результатом внедрения проведенных теоретических и экспериментальных исследований явились разработанные с участием автора региональные дорожные нормы, методические рекомендации и технические условия на совершенствование конструкций автомобильных дорог Дальнего Востока.

В седьмой главе приводятся результаты исследования надежности автомобильных дорог; осуществлена статистическая обработка результатов; получены характеристики распределения случайных величин; разработана вероятностная модель, на основе которой получены нормативные значения надежности автомобильных дорог и осуществлено районирование территории южной и центральной частей Дальнего Востока по этому показателю.

Пути и методы обеспечения надежности дорожных конструкций нашли отражение в трудах В.К. Апестина, В.Ф. Вабкова, А.К. Бируля, В.В. Болотина, А.П. Васильева, А.И. Долганова, И.А. Золоторя, В.Д. Казарновского, М.Б. Корсунского, A.M. Ку-лижникова, В.П. Носова, В.А. Семенова, В.М. Сиденко, В.В. Сильянова, A.B. Смирнова, В.В. Ушакова, В.Н. Шестакова и других исследователей.

Под надежностью автомобильных дорог понимается их способность выполнять определенные задачи в естественных условиях эксплуатации с заданной вероятностью. Поэтому основным концептуально-методическим принципом обеспечения надежности дорожных конструкций является вероятностно-статистический.

Надежность автомобильных дорог - это сложная комплексная характеристика, на ее обеспечение влияют различные конструктивные элементы автомобильной дороги, как в отдельности так и в совокупности. Выход из строя или отказ одного из элементов может вызвать общий отказ всей дороги. Для характеристики безотказной работы такого значительного по протяжению комплексного сооружения, которым является автомобильная дорога, подходит понятие нерезервированной системы с постоянно включенным резервом.

Надежность автомобильной дороги может быть повышена за счет дублирования или резервирования ее элементов. Согласно основным правилам, вероятность безотказной работы системы Р, можно рассматривать как произведение вероятностей элементов Р, составляющих эту систему, если эти элементы выходят из строя независимо друг от друга. Под системой следует понимать инженерный комплекс -автомобильную дорогу, а под элементами такой системы - конструктивные элементы дорожной конструкции. Надежность такой системы

Р-Пр,- (33)

Дорожная конструкция, состоящая из п конструктивных элементов (дорожное покрытие, дорожная одежда, обочины, система водоотвода, искусственные сооружения на автомобильных дорогах), представляет собой дискретную систему. Эффективная работа каждого конструктивного элемента характеризуется определенной вероятностью а частного отказа. Вероятность эффективного функционирования каждого элемента дорожной конструкции может быть найдена как

Р=1-я. (34)

Если автомобильная дорога представляет собой резервированную систему, то надежность ее работы может быть представлена асимптотической формулой большого резерва:

~t= |>(r)a = — (1 + —+ - + ... + —) = /^(С + 1п«), (35)

■ а, 2 3 п

где а0— частота отказа участка, t0=--время работы одного участка до возникно-

Яо

вения отказа.

Как правило, в резервированных системах эффективность работы достигается при п = 2, тогда период безотказной работы дорожной конструкции, состоящей из двух дублирующих элементов, составит

< = 1.5*0. (36)

В реальных условиях эксплуатации каждый элемент дорожной конструкции имеет свою степень надежности, общая же надежность автомобильной дороги определяется по формуле

Р=1-(1-Р;)(1-Р2),... (1-Р„). (37)

Анализируя комплекс количественных характеристик надежности, можно прийти к выводу, что для такого комплексного сооружения, как автомобильная дорога, наиболее приемлема вероятность ее безотказной работы P(t) в течение определенного времени службы.

Эксплуатация автомобильной дороги в течение расчетного срока службы представляет собой непрерывный процесс, таким образом, частота отказов и вероятность безотказной работы дорожных конструкций могут быть выражены как непрерывное распределение

!

А(0 = , (38)

о

с

ра) =1- (зэ)

о

Для выбора критерия оптимальности, позволяющего адекватно оценить надежность автомобильных дорог, необходимо определить показатель, который наиболее полно отражает транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог. Интегральной характеристикой оценки транспортно-эксплуатационного состояния дороги является скорость движения, выраженная через коэффициент обеспечения расчетной скорости.

Для оценки надежности автомобильной дороги необходимо получить зависимость вероятностей отказа дорожной конструкции от обеспеченной дорогой скоростью движения.

Существует связь между скоростью движения и прочностью дорожных покрытий

V = у ехр(—, (40)

где у и 5 - коэффициенты, зависящие от типа покрытия, состава движения, роста его интенсивности; t- текущее время, годы, Кпр - коэффициент запаса прочности.

В большинстве случаев плотность вероятности коэффициента запаса прочности дорожных конструкций Кпр соответствует нормальному закону распределения:

{к^-тК,,,,}'

f(Knp) = -т=ехр

ГГ,.л/2/г

(41)

где т КПр - математическое ожидание коэффициента запаса прочности; ик - среднеквадратичное отклонение случайной величины Кпр.

Плотность распределения изменения скорости движения Цу) выражается формулой

f(v) =

exp

HL)

a

(42)

Вероятность отказа дорожной конструкции Р(У), находящейся в интервале ут1„< v< утах, будет

U(t) = P(vmin< V < Vmax) = "\f{v)dv.

(43)

Тогда зависимость отказов дорожной конструкции, используя формулы (42-43), можно выразить формулой

U(t) = 1/2

Ф

а

1п(—)

- - тК,„

-Ф

а

Ч-)

V ;

- тК„,

(44)

где Ф - интегральная функция Лапласа; vm¡n - значение скорости движения, км/ч, при которой было зафиксировано минимальное значение Кпр; vmax - значение обеспеченной скорости движения при нормативном значении Кпр; q-2 - дисперсия случайной величины Кпр.

Нормативным документом «Проектирование нежестких дорожных одежд ОДН 218.046-01» в качестве критерия надежности установлено значение коэффициента запаса прочности Кпр по величине упругого прогиба при заданной обеспеченности.

Проведенный комплекс теоретических и экспериментальных исследований позволил установить зависимости изменения случайной величины коэффициента запаса прочности КПр на основных федеральных автомобильных дорогах Дальнего Востока. Были получены кривые фактической плотности распределения Кпр, соответствующие нормальному закону распределения и кривой Пирсона VII типа (рис.6). Установлены значения математического ожидания тКпр для кривых плотности распределения К„р.

Уравнение кривой VII типа имеет вид

2 V

где

2 г, 5rt -9 п

r4-j 2(г4 - 3)

Г(?)

(45)

(46)

четвертый основной момент, представляющий нормированные численные характеристики свойств случайных величин и показывающий крутизну кривой относительно нормальной кривой распределения; у0- нормированный множитель, с помощью которого площадь всех кривых распределений должна равняться единице; д и I- постоянные, определяемые по формулам (46); х - переменная в уравнении.

Для федеральной автомобильной дороги «Подъезд к г. Благовещенску» значение тКпр = 0,786, на федеральной дороге «Амур» Чита-Хабаровск это значение со-

ставило тКПр = 0,931 и на федеральной автомобильной дороге «Уссури» Хабаровск-Владивосток математическое ожидание тКпр = 0,73.

Таким образом, ни на одной из рассматриваемых автомобильных дорог значение математического ожидания тКпр коэффициента запаса прочности не находится в заданных пределах, установленных ОДМ 218.046-01.

Из результата проведенного анализа изменения фактической величины коэффициента запаса прочности Кпр на основных федеральных дорогах Дальнего Востока следует, что значения минимального коэффициента Кпр, назначаемого при проектировании дорожных конструкций в соответствии с ОДМ 218.046-01, недостаточно для федеральных и территориальных дорог, находящихся в сложных природно-климатических условиях региона.

Частота значений Кпр

200 180 -160 140 ■ 120 100

60 40 -20 ■

0 ■

0,60 0,66 0,71 0,77 0,83 0,88 0,94 0,99 1,05 1,11 1,16 к

Рис. 6. Распределение величины коэффициента запаса прочности Кпр на федеральной дороге Чита-Хабаровск «Амур»

На основании статистических данных и полученных кривых распределения случайной величины коэффициента запаса прочности Кпр проведено моделирование этой величины и получено ее требуемое значение при заданной надежности для расчетного срока службы в рассматриваемых сложных природно-климатических условиях.

Общий способ моделирования случайной величины £ по заданному закону распределения заключается в решении уравнения

jp(x)-dx = (

(47)

где а - равномерно распределенная величина в интервале [0,1].

Интегрирование выполняется до тех пор, пока не найдена площадь а. Верхняя граница, при которой прекращается интегрирование, является искомой величиной, т.е. а - это случайная величина с плотностью распределения

|1, х б [ОД] [0, х г [0,1] '

При равномерном распределении а на участке [а, Ь\ (р > а)

а = (Ь-а)-а' + а, (49)

где а'- псевдослучайное число (генерируемое на ЭВМ).

(48)

Наиболее часто при назначении минимального требуемого значения коэффициента запаса прочности Кпр для дорожных одежд автомобильных дорог используется нормальное распределение изменения рассматриваемой случайной величины. Это подтверждают исследования, проведенные для основных федеральных автомагистралей Дальнего Востока.

п

Так, рассматривается сумма Ее среднее значение равно и/2 и диспер-

/=1

сия и/12. Следовательно, случайная величина

Г=Й>-1/2). (50)

V П tf

Полученные фактические данные изменения коэффициента запаса прочности Кпр на основных федеральных автомобильных дорогах Дальнего Востока позволили провести моделирование изменения рассматриваемой характеристики. При моделировании изменения случайной величины Кпр, подчиняющейся нормальному закону распределения, использован алгоритм, основанный на центральной предельной теореме.

В соответствии с изложенным для получения модели изменения коэффициента запаса прочности был разработан программный комплекс «Road», реализующий наполнение базы данных для моделирования заданных значений Кпр. Данная программная система позволяет реализовать следующие функции:

1) Введение информации о фактических данных изменения Кпр из всего массива фактической выборки с заданием максимальных и минимальных значений с заданием шага изменения моделируемой характеристики.

2) Ввод значений характеристик среднеквадратичного отклонения и коэффициента вариации v случайной величины Кпр.

3) Задание расчетных реализаций изменения случайной величины (в рассматриваемом случае было задано 10000 реализаций изменения Кпр).

4) Введение заданной надежности Р моделируемой характеристики, принятой в соответствии с изменением случайной величины Кпр нормальному закону распределения, равной Р = 0,95.

Запись полученных в результате моделирования значений изменения Кпр производилась в базу данных, которая служила основанием для назначения требуемого значения коэффициента запаса прочности в соответствии с фактическими природно-климатическими и транспортно-эксплуатационными условиями эксплуатации рассматриваемых федеральных автотранспортных магистралей «Амур», «Уссури», «Подъезд к г. Благовещенску». Результаты изменения Кпр представлены в табл.3.

Таблица 3

Результаты моделирования изменения коэффициента запаса прочности на основных федеральных магистралях Дальнего Востока

Наименование автомобильной дороги Коэффициент запаса прочности согласно ОДМ 218.046-01 Коэффициент запаса прочности, полученный в результате моделирования

Хабаровск-Владивосток «Уссури» 1,2 1,43

Чита-Хабаровск «Амур» 1,17 1,33

«Подъезд к г. Благовещенску» 1,2 1,37

В результате проведенных исследований (с учетом требований ОДМ 218.04601) были установлены ожидаемые значения Кпр, которыми следует руководствоваться при реконструкции и модернизации рассматриваемых федеральных автомобильных дорог: Хабаровск-Владивосток «Уссури»; Чита-Хабаровск «Амур»; федеральной дороги «Подъезд к г. Благовещенску» и соответствующие коэффициенты

запаса прочности, равные соответственно 1,43; 1,33; 1,37, обеспечивающие работу рассматриваемых автомобильных дорог с заданной надежностью за расчетный срок службы.

Проведенные исследования послужили основанием для назначения требуемых коэффициентов запаса прочности с заданной надежностью работы автомобильных дорог Дальнего Востока и осуществления районирования территории региона по этому критерию.

В восьмой главе выполнено теоретическое обоснование конструктивных мероприятий при строительстве и модернизации автомобильных дорог Дальнего Востока; разработаны рекомендации по проектированию дорожных конструкций в сложных грунтово-гидрологических и геокриологических условиях на участках реконструкции и модернизации автомобильных дорог; разработана модель оценки прочности и усиления дорожных одежд.

Концепция совершенствования норм проектирования автомобильных дорог, разработанная под руководством А.П. Васильева, предусматривает комплекс мероприятий по приведению их транспортно-эксплуатационных характеристик в соответствие с возросшими требованиями автомобильных нагрузок.

Для исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) дорожных конструкций применены методы, нашедшие развитие в работах Н.И. Горшкова, С.К. Иллиополова, A.M. Кулижникова, В.П. Матуа и других ученых, позволяющие исследовать пространственную работу при воздействии динамической нагрузки.

Широкие возможности для усиления дорожных одежд появляются за счет использования геосинтетических материалов на основе исследований Н.В. Быстрова, В.Д. Казарновского, С.А. Матвеева, Ю.М. Немировского и других авторов.

Существующая практика уширения земляного полотна свидетельствует о недостаточности применяемых решений. На участках уширения наблюдаются ухудшение ровности дорожных покрытий, на поверхности покрытий - возникновение трещин на стыках существующей и присыпаемой частей земляного полотна. Эти явления особенно распространены в районах с глубоким сезонным промерзанием.

Результаты определения основной прочностной характеристики дорожной конструкции - упругого прогиба на автотранспортных коридорах Дальнего Востока «Уссури» Хабаровск-Владивосток, «Амур» Чита-Хабаровск и федеральной автомобильной дороги «Подъезд к г. Благовещенску» показали необходимость проведения мероприятий по увеличению прочности дорожной одежды.

Оценка НДС дорожных конструкций при их усилении осуществлялась с помощью программного комплекса «Genide 32» (автор Н.И. Горшков), в котором заложена методика расчета напряженно-деформируемого состояния материалов и грунтов модели системы "автодорога - грунт" в статической постановке, а нагрузки и воздействия (граничные условия по поверхностным силам) приводились к "квазистатическим".

Параметры поверхностной нагрузки от транспортных средств, приведенные для условий плоской задачи, принимались в соответствии с действующей инструкцией по проектированию нежестких дорожных одежд.

В принятой для расчета схеме считалось, что нагрузка от транспорта расположена симметрично относительно оси автомобильной дороги. Выделение зон неоднородности материалов проводилось через построение макроэлементов в однородных конструктивных и природных (инженерно-геологических) элементах по их геометрическим размерам и пространственному положению. Для каждого природного и конструктивного элемента системы «автомобильная дорога - грунт» были заданы физико-механические параметры.

Для любого элемента поперечного сечения автомобильной дороги и грунта в качестве параметров деформируемости использовались модуль упругости и коэф-

фициент относительной поперечной деформации (Пуассона); в качестве параметров прочности - удельное сцепление и угол внутреннего трения (для дисперсных грунтов и материалов), пределы прочности на одноосное сжатие и растяжение (для скальных грунтов и монолитных материалов).

Задача экспериментальных исследований сводилась к измерению прогиба дорожной одежды под задним сдвоенным колесом грузового автомобиля расчетной нагрузки. Параметры грунта земляного полотна и конструктивных слоев дорожной одежды (при температуре 20°С), земляного полотна и обочин задавались в следующем порядке - наименование материала или грунта, толщина слоя (м), удельный вес (кН/м3), модуль упругости (МПа), коэффициент Пуассона (доли единицы), удельное сцепление (кПа) или предел прочности на одноосное растяжение (МПа), угол внутреннего трения (град) или предел прочности на одноосное сжатие (МПа).

Определялся коэффициент запаса прочности по З.Г. Тер-Мартиросяну:

(51)

ти

где г„= ттах соэф - предельное значение касательного напряжения: та = с + + 1д <р (0,5 ( о1 + о2 ) - ттах эюф ) - значение действующего касательного напряжения на рассматриваемой площадке; ст1, о2, ттах - главные нормальное и максимальное касательное напряжения на площадке; с - сцепление, МПа; ф- угол внутреннего трения, град.

Вид напряженного состояния оценивался по значениям параметра Надаи - Поде: (-1) - сжатие, (0) - чистый сдвиг, (+1) - растяжение; промежуточные значения -сложное напряженное состояние. С помощью уровней этого параметра определялись места, в которых грунт, слагающий основание, испытывает растяжение или сдвиг, т.е. виды напряженного состояния, при которых материал может разрушиться.

Рассматриваемый метод позволил дать оценку НДС для любой нагрузки. Особое значение для разработки схемы усиления дорожной одежды имеет установление зон с максимальными растягивающими напряжениями. Анализ значений вертикальных компонент тензора напряжений показал, что материал покрытия под местом приложения нагрузки от транспорта испытывает сжатие, а посередине между полосами наката испытывает растяжение, как правило, в этом месте образуются продольные трещины.

Для уменьшения зон предельного состояния и перераспределения напряжений по всему объему конструкции дорожной одежды необходимо производить усиление существующих конструкций путем устройства дополнительных слоев из высокоплотных асфальтобетонных смесей, а на наиболее сложных участках, со слабым основанием, широко использовать армирующие геосинтетические материалы.

При приложении нагрузки на армированных участках дорожной одежды чаша упругого прогиба распределяется на большую площадь дорожного основания, что не приводит к колееобразованию, кроме того, введение геосинтетиков в конструкцию дорожной одежды приводит к снижению касательных напряжений.

Как показали наблюдения за работой опытного участка, армирование асфальтобетонного покрытия позволило добиться положительного эффекта в решении следующих задач: достижения омоноличивания нижнего и верхнего слоев покрытия, существенно меняющего характер напряженного состояния материала; возникновения распределяющего эффекта армированного слоя; значительного увеличения общего модуля упругости дорожной одежды на армированном участке покрытия.

Исследованиями была подтверждена предложенная методика усиления существующей дорожной одежды с асфальтобетонным покрытием, которая заключается в следующем:

- оценке напряженно-деформированное состояние существующей дорожной одежды с использованием программного продукта «Сегнс1е 32»;

- определении участков с максимальными растягивающими напряжениями;

- подборе параметров геосинтетического материала для армирования наиболее напряженных зон существующего покрытия;

- осуществлении наклейки геосинтетического материала на выявленные зоны с максимальными растягивающими напряжениями (усиление опасных зон существующего покрытия более прочными геосинтетическими материалами);

- осуществлении общего армирования существующего покрытия прочными геосинтетическими материалами;

- устройстве покрытия из асфальтобетонной смеси соответствующего состава.

Прочность геосинтетического материала и толщина асфальтобетонного покрытия определяются по расчету на максимальные растягивающие напряжения по программе «Сеп1с1е 32».

В результате проведенных исследований были разработаны рекомендации по усилению дорожных одежд на основных автотранспортных коридорах Дальнего Востока. Было рекомендовано дискретное армирование наиболее напряженных зон геосинтетическими сетками типа «НаТеМС». Это позволило добиться армирующего эффекта и снизить вероятность явления колееобразования на дорожных покрытиях.

В девятой главе рассматриваются возможности привлечения дополнительных источников финансирования для развития сети дорог Дальнего Востока.

Опыт последних лет показывает, что дорожная отрасль финансируется в недостаточных объемах, которые бы позволили обеспечить надлежащие сохранность и развитие сети автомобильных дорог страны.

Это обстоятельство во многом может стать причиной ухудшения транспортно-эксплуатационного состояния дорог, на которых в последние годы особенно остро отмечаются случаи недоремонта и недостаточной капитальности дорожных покрытий. Положение усугубляет отмена закона «О дорожных фондах в Российской Федерации», в результате чего отрасль потеряла основной источник финансирования.

В сложившейся кризисной ситуации с бюджетным финансированием отрасли дорожным организациям страны необходимо искать новые, до настоящего времени не использованные механизмы финансирования дорожного хозяйства. Потребность Российской Федерации в огромном объеме инвестиций заставляет обратиться к частному сектору для изыскания ресурсов, необходимых для финансирования значительной части дорожных проектов.

В целях снижения нагрузки на федеральный бюджет и привлечения дополнительных средств на содержание и развитие дорог из внебюджетных источников финансирования Министерством транспорта России выделена специальная программная задача «Государственно-частное партнерство (ГЧП) при строительстве автомобильных дорог», предназначенная для реализации наиболее общественно-значимых инфраструктурных проектов, основанных на принципах и методологии государственно-частного партнерства.

Для успеха дорожных проектов на основе ГЧП необходимо параллельное государственное финансирование. Это партнерство должно происходить на основе четкой законодательной базы.

В настоящее время Правительством РФ принят федеральный закон "О концессионных соглашениях", находится на рассмотрении в Госдуме закон «О платных автодорогах». Таким образом, создание платных дорог получило в стране правовое обеспечение.

В этой связи возникает необходимость рассмотреть возможность создания платных дорожных объектов на территории Дальнего Востока. Для этого, необходи-

мо проанализировать сложившиеся транспортные условия на основных транспортных магистралях региона.

Прогноз интенсивности движения на наиболее загруженной движением федеральной автомобильной дороге Хабаровск-Владивосток «Уссури» показывает, что уже сегодня загрузка на подходах к городам Хабаровск, Владивосток, Уссурийск, достигает максимальной пропускной способности участков дороги (табл. 4).

Таблица 4

Фактическая и перспективная интенсивность движения на наиболее загруженных участках федеральной дороги «Уссури»

Наименование участка автомобильной дороги «Уссури» Протяженность, км Интенсивность движения авт. /сут на расчетный год

2002 2005 2010 2015

Хабаровск - Корфовский 29 7200 9373 13769 20228

Михайловка - Уссурийск 13 8386 19942 29298 43045

Угловое - Владивосток 30 22624 41991 61697 90650

Рост численности автомобильного парка крупных городов Дальнего Востока, через которые проходит дорога Хабаровск-Владивосток, составляет в настоящее время порядка 8 % в год. При сохранении такой динамики интенсивность движения федеральной магистрали «Уссури» на период 2005 - 2015 гг. может увеличиться более чем в два раза.

Мировой опыт показывает, что в большинстве случаев наиболее эффективными оказываются платные магистрали, имеющие протяженность не более 50 - 100 км. Этому критерию соответствуют отмеченные участки федеральной магистрали «Уссури».

Другим критерием, обеспечивающим эффективность создания платных участков дорог, является наличие платежеспособного населения на рассматриваемой территории. С этой целью проведен анализ изменения валового регионального продукта (ВРП) в Хабаровском и Приморском краях, который показывает положительную динамику.

Объем инвестиций в основной капитал за счет всех источников финансирования, в целом по Дальневосточному федеральному округу за январь-ноябрь 2005 г. увеличился и составил 101,2 % к соответствующему периоду 2004 г.

По территории Хабаровского и Приморского краев проходит международный транспортный коридор «Транссиб», региональные международные транспортные коридоры «Приморье-1» и «Приморье-2», а также автотранспортные коридоры «Уссури», «Амур», «Восток». Кроме того, рассматриваемые территории имеют сухопутную и водную границы со странами СВА и АТР. Эти факторы позволяют говорить о потенциальной привлекательности транспортной инфраструктуры Хабаровского и Приморского краев для иностранных инвесторов.

Таким образом, рассматривая сложившуюся транспортную ситуацию на наиболее загруженных участках федеральной автомагистрали «Уссури», уровень автомобилизации городов южной и центральной части Дальнего Востока, темпы роста ВРП и существующий инвестиционный климат, можно сделать следующие выводы:

- наиболее привлекательными для создания платных участков дорог на Дальнем Востоке являются участки федеральной автомагистрали «Уссури» на подходах к городам Хабаровск, Уссурийск, Владивосток;

- быстрый рост интенсивности движения на этих участках дорог и их небольшая протяженность позволяет говорить о перспективной окупаемости платных проектов в короткий период времени;

- альтернативность рассматриваемых маршрутов ускорит социальную адаптацию платных дорог на территории Дальнего Востока;

- платные дороги помогут разгрузить улично-дорожную сеть городов, принимая на себя транзитное движение и часть городского движения;

- благоприятной перспективой создания платных дорожных объектов являются положительные темпы роста ВП и благоприятный инвестиционный климат Дальнего Востока;

- наличие международных транспортных коридоров со странами СБА и АТР является активизирующим фактором для привлечения отечественных и иностранных инвесторов в дорожную отрасль региона.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Решена научно-техническая проблема для реализации Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002 - 2010 годы) и подпрограммы развития автомобильных дорог РФ «Автомобильные дороги», заключающаяся в разработке научно-технического обоснования и практических рекомендаций по повышению эффективности и надежности работы автодорожного комплекса Дальнего Востока и определению рациональных путей его развития и функционирования:

- определены приоритетные направления развития региональной опорной сети автомобильных дорог для первоочередной модернизации основных автотранспортных коридоров и дальнейшего объединения административных субъектов Дальневосточного федерального округа в единое экономическое пространство и включения региона в международную систему сотрудничества;

- разработана экономико-математическая модель развития и модернизации сети автомобильных дорог в регионе, сформированы основные критерии и решены оптимизационные задачи;

- получен программный продукт на ПЭВМ, позволяющий осуществлять реализацию экономико-математической модели развития и модернизации автомобильных дорог региона и решать прикладные оптимизационные задачи различной степени сложности на графе опорной сети автомобильных дорог Дальнего Востока.

2. С учетом специфических природно-климатических условий региона выявлены деструктивные тенденции влияния общего потепления климата на водно-тепловой режим (ВТР) автомобильных дорог Дальнего Востока в результате: хозяйственной деятельности, строительства искусственных Зейского и Бурейского водохранилищ. Разработана методика учета влияния этих факторов при строительстве и модернизации автомобильных дорог.

3. Анализ работы водно-теплового режима автомобильных дорог региона позволил установить неравномерный характер промерзания дорожной конструкции, определяющий двухмерность процесса влагонакопления в земляном полотне, и «пиковый» режим оттаивания, обусловливающий образование «донника» и потерю несущей способности дорожных одежд в расчетный период.

4. Разработан метод расчета ВТР, позволяющий учитывать двухмерный характер влагонакопления при промерзании грунта земляного полотна автомобильных дорог Дальнего Востока в специфических природно-климатических условиях.

5. Установлено влияние различных факторов на работу автомобильных дорог в рассматриваемых условиях и разработаны теоретические предпосылки их прогноза при проектировании оптимальных дорожных конструкций.

6. Получены вероятностные зависимости изменения коэффициента запаса прочности и разработана вероятностная модель прогнозирования требуемых значений прочности дорожных конструкций с заданной надежностью на автомобильных дорогах Дальнего Востока во времени.

7. Научно обоснованы практические рекомендации по совершенствованию конструктивных элементов автомобильных дорог в сложных грунтово-гидрологических

условиях и районах вечно-мерзлых грунтов, а также на участках реконструкции и модернизации автомобильных дорог региона.

8. Уточнена методика оценки прочности дорожных одежд на основе исследования напряженно-деформируемого состояния дорожных конструкций и предложены конструктивные мероприятия по их усилению путем армирования геосинтетическими материалами.

9. Обоснованы предложения по привлечению инвестиций для проектов строительства и модернизации автомобильных дорог Дальнего Востока на базе Государственно-частного партнерства (ГЧП) и определены участки автомобильных дорог для строительства на этой основе.

10. Разработанные теоретические и технико-экономические решения создают научную основу для реализации задач федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 годы)» и послужат дальнейшему экономическому росту и улучшению социально-экономической ситуации в Дальневосточном федеральном округе.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Авторские монографии

1. Ярмолинский В.А. Оптимизация развития региональной автодорожной сети Дальневосточного федерального округа / В.А. Ярмолинский. - Владивосток: Даль-наука, 2005. - 236 с.

Коллективные монографии

1. Ярмолинский А.И. Проектирование конструкций автомобильных дорог с учетом природно-климатических особенностей Дальнего Востока / А. И. Ярмолинский, В.А. Ярмолинский,- Хабаровск: изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2005,- 197 с.

2. Ярмолинский А.И. Обоснование требований к ширине обочин и типу их укрепления / А.И. Ярмолинский, П.А. Пегин, И.Н. Пугачев, В.А. Ярмолинский. - Хабаровск: изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2006. - 209с.

Патенты

1. Ярмолинский А.И. Конструкция земляного полотна / Ярмолинский А.И., Пегин П.А., Ярмолинский В.А. //№2288986, - М.: 2006.

Публикации в журналах и изданиях, включенных в перечень, определенных Высшей аттестационной комиссией

1. Леонтьев Р.Г. Стратегия развития региональной автодорожной сети Дальневосточного федерального округа / Р.Г. Леонтьев, В.А. Ярмолинский // ВИНИТИ. Транспорт: Наука, техника, управление,- 2003,- № 4 - С. 34-41.

2. Ярмолинский В.А. Развитие региональных автомобильных дорог на подходах к автотранспортным пограничным пунктам пропуска Дальневосточного федерального округа / В.А. Ярмолинский // ВИНИТИ. Транспорт: Наука, техника, управление-2004,- № 5,- С. 34-37.

3. Леонтьев Р.Г. Развитие автомобильных дорог на подходах к пограничным транспортным переходам Дальнего Востока / Р.Г. Леонтьев, В.А. Ярмолинский // ВИНИТИ. Транспорт: Наука, техника, управление - 2004,- № 10,- С. 20-23.

4. Ярмолинский В.А. Пути привлечения иностранных инвестиций для объектов дорожного хозяйства Дальнего Востока / В. А. Ярмолинский И ВИНИТИ. Транспорт: Наука, техника, управление,- 2005 - № 7 - С. 30-32.

5. Ярмолинский В.А. Перспективы развития платных автомобильных дорог в Дальневосточном федеральном округе / В. А. Ярмолинский // ВИНИТИ. Транспорт: Наука, техника, управление.- 2005 - № 10 - С. 34-37.

Публикации в материалах конференций и периодических изданий

1. Бойко В.Ф. Второе приближение метода аналитического определения удельной поверхности дисперсных материалов / В.Ф. Бойко, В.А. Ярмолинский // Колыма, Производственно-технический журнал. - 1999. - № 3. - С. 36-38.

2. Ярмолинский А.И. Состояние и перспективы развития региональной сети автодорог в связи с вводом в эксплуатацию автомобильного моста у г. Хабаровска / А. И. Ярмолинский, В.А. Ярмолинский // Проблемы дорожно-транспортного комплекса Дальневосточного региона в связи с вводом в эксплуатацию автодорожного проезда по мосту через реку Амур у г. Хабаровска: материалы научно-технической конференции. - Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун -та, 1999. - С. 8-11.

3. Ярмолинский В.А. Оценка влажности и плотности грунта откосов земляного полотна в условиях переменных температурных полей / В.А. Ярмолинский, В.И. Кулиш, А. И. Ярмолинский // Моделирование и расчеты на прочность искусственных сооружений: сб. науч. трудов - Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун -та, 1993. - С. 94-101.

4. Ярмолинский В.А. Оценка эффективности регулирования водно-теплового режима подтапливаемых откосов земляного полотна бетонными ребристыми плитами / В.А. Ярмолинский // Моделирование и расчеты на прочность искусственных сооружений: сб. науч. трудов. - Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун -та, 1993. -С.19-23.

5. Ярмолинский В.А. Экспериментальные исследования водно-теплового режима откосной части земляного полотна, укрепленного ребристыми плитами / В.А. Ярмолинский II Моделирование и расчеты на прочность искусственных сооружений: сб. науч. трудов. - Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун -та, 1993. - С.104-106.

6. Ярмолинский В.А. Влияние крупных населенных пунктов на развитие региональной транспортной системы / В.А. Ярмолинский // Развитие городской инфраструктуры и земельной реформы в условиях перехода к рыночной экономике: материалы научно-технической конференции. - Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун -та, 2000. - С. 202-208.

7. Ярмолинский В.А. Оценка характеристик движения на участке федеральной дороги «Восток» (обход г. Хабаровска) I В.А. Ярмолинский II Повышение эффективности и качества строительства и ремонта автомобильных дорог в Дальневосточном регионе: материалы научно- практических конференций. - Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун -та, 2001. - С. 21-26.

8. Ярмолинский В.А. Оптимизация развития автодорожной сети Дальневосточного региона / В.А. Ярмолинский // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: региональный ежегодный сборник научных трудов. - Хабаровск : Изд-во Хабар, гос. техн. ун -та, 2001. - Вып. 1. - С. 71-82.

9. Ярмолинский В.А. Особенности развития транспортной системы территориальных центров Дальневосточного федерального округа (на примере г. Хабаровска) / В.А. Ярмолинский // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: региональный ежегодный сборник научных трудов,- Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2002. - Вып. 2. - С. 164-176.

10. Ярмолинский В.А. Развитие региональной автодорожной сети Дальнего Востока за счет повышения сроков службы дорожных одежд / В.А. Ярмолинский, Р.В. Абросимов // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: региональный ежегодный сборник научных трудов,- Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун-та, 2002. - Вып. 2. - С. 176-181.

11. Ярмолинский А.И. Стратегия инвестиционного процесса при создании региональной сети автомобильных дорог Дальнего Востока / А. И. Ярмолинский, В.А. Ярмолинский, В.К. Иваненко // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: региональный ежегодный сборник научных трудов,- Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун-та, 2002. - Вып. 2. -С. 155-164.

12. Ярмолинский В.А. Проблемы развития сети автомобильных дорог Дальневосточного региона / В.А. Ярмолинский // Проблемы качества эксплуатации авто-

транспортных средств: Материалы II международной научно-технической конференции,- Пенза: ПГАСА, 2002. - 4.1. - С. 217-222.

13. Зубарев А.Е. Проблемы развития международных транспортных коридоров Дальневосточного федерального округа / А.Е. Зубарев, В.А. Ярмолинский // Проблемы развития экономики Дальнего Востока: материалы Международной научно-практической конференции. - Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун -та, , 2003. -Ч. 2.-С. 125-128.

14. Ярмолинский В.А. Специфика инвестиционно- строительной деятельности автодорожного комплекса Дальневосточного федерального округа / В.А. Ярмолинский // Современная практика продвижения современных идей в сфере лизинга на Дальнем Востоке России: материалы региональной научно-практической конференции-Хабаровск: Изд-во ООО «Экономический лабиринт», 2003- С. 131-134.

15. Ярмолинский В.А. Исследование сезонности объема перевозок грузов через автотранспортные пограничные переходы Дальневосточного федерального округа на примере перехода «Дунин- Полтавка» / В.А. Ярмолинский, A.B. Семенов II Автомобильный транспорт Дальнего Востока и Сибири 2004: сборник материалов межрегиональной научно-практической конференции - Хабаровск: Изд-во ХГТУ,

2004.-С. 281-293.

16. Ярмолинский В.А. Пути привлечения иностранных инвестиций для объектов дорожного хозяйства Дальнего Востока / В.А. Ярмолинский, И.А. Осадчая //Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: межвузовский ежегодный сборник научных трудов - Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2004. Вып. 4 - С. 60-66.

17. Ярмолинский В.А. Повышение роли автомобильных дорог в эффективности международных перевозок / В.А. Ярмолинский // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: труды Четвертой международной научной конференции творческой молодежи, 12-14 апреля 2005 г. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005.-Т 1.-С.160-164.

18. Ярмолинский В.А. Роль автомобильных дорог Дальневосточного федерального округа в международном сотрудничестве стран АТР / В.А. Ярмолинский, И.А. Осадчая // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке: труды Четвертой международной научной конференции творческой молодежи, 12-14 апреля 2005 г, - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. -Т 1.-С. 130-133.

19. Ярмолинский В.А. Интеграция автотранспортных коридоров Дальневосточного федерального округа в работу международной транспортной системы / В.А. Ярмолинский // Прогресс транспортных средств и систем - 2005: материалы международной научно-практической конференции - Волгоград: Изд-во Волгоград, гос. техн. ун-та, 2005. - Ч. II. - С. 479-480.

20. Ярмолинский В.А. Гидрофобные дисперсные материалы на основе техногенных отходов в строительстве / Н.И Ярмолинская, В.А. Ярмолинский, Т.П. Лазарева // Современные перспективы, технологии и материалы для строительного, дорожного комплексов и жилищно-коммунального хозяйства»: материалы II-III международных научно-практических конференций. Брянск - 17-18 апреля 2003г., 15-16 апреля 2004г. — Брянск: Брянская государственная инженерно-технологическая академия (БГИТА), 2005. - С. 48-51.

21. Ярмолинский В.А. Методика оценки прочности и методы усиления дорожных одежд автомобильных дорог Дальнего Востока / В.А. Ярмолинский // Современные перспективы, технологии и материалы для строительного, дорожного комплексов и жилищно-коммунального хозяйства»: материалы II-III международных научно-практических конференций. Брянск - 17-18 апреля 2003г., 15-16 апреля 2004г. -Брянск: Брянская государственная инженерно-технологическая академия (БГИТА),

2005.-С. 124-126.

22. Ярмолинский А.И. Обоснование ширины обочин и типа их укрепления в условиях Дальневосточного региона /А.И. Ярмолинский, П.А. Пегин, И.Н. Пугачев, В.А. Ярмолинский // Вестник Тихоокеанского государственного университета. - Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2005. - № 1. - С. 141-160.

23. Ярмолинский В.А. Государственно-частное партнерство (ГЧП) - перспективное направление развития городской улично-дорожной сети крупных городов Дальневосточного федерального округа / В.А. Ярмолинский // Пути повышения эффективности функционирования улично-дорожной сети г. Хабаровска: материалы научно-технической конференции,- Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун-та, 2005. -С. 40-49.

24. Ярмолинский В.А. Способы привлечения дополнительных источников финансирования на восстановление и развитие улично-дорожной сети г. Хабаровска / В.А. Ярмолинский, И.А. Осадчая II Пути повышения эффективности функционирования улично-дорожной сети г. Хабаровска: материалы научно-технической конференции.-Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун-та, 2005. - С. 76-83.

25. Ярмолинский В.А. Перспективы создания платной автомобильной магистрали в обход г. Хабаровска / В.А. Ярмолинский, С.В. Витвицкий, М.В. Черевко II Пути повышения эффективности функционирования улично-дорожной сети г. Хабаровска: материалы научно-технической конференции,- Хабаровск: Изд-во Хабар, гос. техн. ун-та, 2005.-С. 107-114.

26. Долганов А.И. Оценка изменения прочности автомобильных дорог Дальнего Востока во времени и установление расчетных зависимостей вероятностного характера / А. И. Долганов, В.А. Ярмолинский // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: региональный ежегодный сборник научных трудов,- Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2006. - № 6. - С. 20-27.

27. Долганов А.И. Моделирование требуемых параметров надежности дорожных конструкций в сложных природно-климатических условиях Дальнего Востока / А. И. Долганов, В.А. Ярмолинский // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: региональный ежегодный сборник научных трудов,- Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2006. - № 6. - С. 62-70.

28. Ярмолинский В.А. Моделирование процесса перевозки грузов на графе сети автомобильных дорог с использованием программы «ROADS» / В.А. Ярмолинский, И.В. Епанешникова // Дальний Восток. Автомобильные дороги и безопасность движения: региональный ежегодный сборник научных трудов.- Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2006. - №6.-С. 109-120.

Ярмолинский Владимир Аполенарьевич

РАЗВИТИЕ И МОДЕРНИЗАЦИЯ ОПОРНОЙ АВТОДОРОЖНОЙ СЕТИ ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЕЕ НАДЕЖНОСТИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано к печати 20.02.2007 г. Формат 60x84 1/16 Бумага писчая. Гарнитура «Arial». Печать цифровая. Усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 53

Отдел оперативной полиграфии издательства Тихоокеанского государственного университета 680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136