автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Совершенствование метода георадиолокационной диагностики в системе мониторинга железнодорожного пути

На правах рукописи

Г?

1А

Шаповалов Владимир Леонидович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ГЕОРАДИОЛОКАЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ В СИСТЕМЕ МОНИТОРИНГА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

05.22.06 - Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону - 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовском государственном университете путей сообщения».

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор

Валерий Иванович Грицык.

Научный консультант - доктор физико-математических наук, профессор

Явна Виктор Анатольевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ашпиз Евгений Самуилович;

доктор технических наук, профессор Курочка Павел Никитович.

Ведущая организация - ОАО Научно-исследовательский институт

транспортного строительства (ЦНИИС).

Защита состоится 27 декабря 2006 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.010.02 при Ростовском государственном университете путей сообщения (РГУПС) по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового полка народного ополчения. 2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУПСа.

Автореферат разослан «24» ноября 2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Д 218.010.02, д.т.н., профессор

И.М. Елманов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Овладение все возрастающими объемами перевозок на железной дороге связано с необходимостью повышения осевых нагрузок и скоростей движения поездов при соблюдении безопасности движения поездов. Для обеспечения надежной работы, стабильности железнодорожного пути в соответствии с нормами содержания, необходима достоверная информация о фактическом его состоянии.

Если для диагностирования верхнего строения пути используются многие современные средства диагностики: вагоны-путеизмерители, вагоны-дефектоскопы и др., то для диагностирования балластного слоя и земляного полотна средства весьма ограничены: трудоемкое инженерное бурение скважин с получением дискретной информации, совершенно недостаточной для достоверной оценки состоянии основной площадки, подбалластной зоны и других элементов объектов земляного полотна.

Применение современного метода георадиолокационный диагностики (ГРД) в комплексе с другими геофизическими методами на железнодорожном пути позволит получать непрерывную и достоверную информацию о состоянии объектов земляного полотна (ОЗП), повысить качество проектных решений, снизить затраты ресурсов при текущем содержании и ремонтах железнодорожного пути. Поэтому вопрос совершенствование метода ГРД и адаптация его к условиям железнодорожного пути является актуальным.

Цели и задачи исследования. Целью исследования является совершенствование метода георадиолокационной диагностики в системе мониторинга железнодорожного пути.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

• Анализ современной информации о функционировании земляного полотна, методов его диагностирования в системе мониторинга железнодорожного пути и выбор наиболее информативного метода в условиях железнодорожной инфраструктуры.

• Исследования влияния помех, степени влажности грунтовой среды и степени минерализации грунтов и водной среды на процессы затухания электромагнитных волн, глубинность и разрешающую способность зондирования в грунтовой среде.

• Совершенствование конструктивных элементов антенных блоков для повышения эффективности георадиолокационной диагностики на объектах земляного полотна.

• Разработка методик обработки, интерпретации, хранения и документирования георадилокационной информации, учитывающих специфику железнодорожного пути.

• Совершенствование технологии георадиолокационной диагностики на объектах железнодорожного пути, в том числе при размещении георадара на подвижном составе.

Методы исследования. Для решения поставленных задач выполнялись как теоретические, так и экспериментальные исследования геодиагностики в

натурных и лабораторных условиях. Натурные экспериментальные работы были выполнены на объектах СКЖД, ЮВЖД, ОЖД. Лабораторные испытания проводились на полигоне РГУПС и экспериментальном заводе.

Научная новизна. Предложена процедура импульсной деконволюции (сжатие сигнала во временной области), позволяющая повысить разрешающую способность георадиолокационного зондирования грунтовой среды. Получены зависимости, позволяющие определить влажность грунта по интенсивности сигнала, принятого георадаром, и по относительному показателю преломления грунта. На основе этих зависимостей разработаны методики определения влажности грунтовой среды объектов земляного полотна.

Разработана и испытана рупорная конструкция, адаптированная для условий железнодорожного пути, что позволило подавлять помехи инфраструктуры, повысить глубинность и разрешающую способность при георадиолокационных обследованиях.

Показана эффективность применения георадеолокационной диагностики грунтовой среды железнодорожного пути при ее технической мелиорации, а также комплексирования с другими методами геодиагностики.

Разработаны технология и методики георадиолокационной диагностики объектов земляного полотна в условиях железнодорожного пути.

Практическая ценность работы. Работа выполнялась согласно плану НИОКР Департамента пути и сооружений ОАО "РЖД" (2004, 2005 г.). Разработанные методики, технологии и усовершенствования конструктивных элементов антенных блоков (АБ) позволяют получать достоверную информацию о состоянии ОЗП в подсистеме мониторинга железнодорожного пути для производства ремонтов, контроля их качества, прогнозирования стабильности земляного полотна железных дорог, проведения диагностики железнодорожного пути методом ГРД на скоростях движения 60-70 км/ч.

Реализация результатов.

1. По результатам исследований разработаны «Методические указания по применению георадиолокационной диагностики объектов земляного полотна железнодорожного пути» (М.:ЦП ОАО "РЖД", 2005. - 56 е.).

2. Результаты исследований нашли практическое применение на объектах Северо-Кавказской, Юго-Восточной, Октябрьской железных дорог при проектировании противодеформационных мероприятий и капитального ремонта железнодорожного пути.

Апробация работы Основные положения и результаты работы были доложены на научно-практических конференциях «Транспорт-2004», «Транспорт-2006» (Ростов-на-Дону, 2004, 2006), на международной научной конференции «Актуальные проблемы развития транспорта России: стратегические, региональные, технические» (Ростов-на-Дону, 2004), на четвертой международной научно-практической конференции «Георадар 2004» (МГУ, Москва, 2004), на международной научно-практической конференции «Современные проблемы путевого комплекса. Повышения качества подготовки специалистов и уровня научных исследований» (МИИТ, Москва, 2004), на

международной научно-практической конференции «Инженерная геофизика 2006» (Геленджик, 2006).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 статей, в том числе 2 работы в изданиях рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 186 страниц машинописного текста, в том числе 167 страниц основного текста, 116 рисунков, 20 таблиц. Список литературы включает 108 наименований отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение посвящено обоснованию актуальности темы диссертационной работы, постановке целей и задач исследования. Указаны методы и объекты исследований, показана научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

В первой главе рассмотрена динамика развития транспортных перевозок на железных дорогах РФ, предусматривающая возрастающие объемы перевозки грузов и пассажиров посредствам увеличения массы поездов (осевых и погонных нагрузок), использования тяжеловесных длинносоставных поездов, а также значительное повышение их скоростей движения. Соответственно требуется повышение стабильности объектов земляного полотна на основе достоверной информации об их состоянии, важной частью которой становятся прогнозы деформативности ОЗП при воздействиях неблагоприятных факторов природно-климатической среды (ПКС) и поездных нагрузок.

Железнодорожный путь, земляное полотно, как сложная геотехническая система, функционирующая в условиях внешней среды (8ВС): поездного воздействия (Рпв), ПКС, требует постоянного технического обслуживания (управления и).

СЗП=<ОЗП, 8вс(Рпв, ПКС),и> ОЗП в зависимости от отметок бровок ОвР основной площадки (ОП) и земли Озм могут быть насыпями (НС), нулевыми местами (НМ), выемками (ВМ), полунасыпи-полувыемки (рис. 1) ив зависимости от региональных условий ПКС иметь соответствующую конструкцию. Структурная модель (Л) системы земляного полотна характеризуется определенными связями объектов, подсистем (зон), размерными параметрами элементов Я„ и состояния грунтовой среды Бгс со своими физико-механическими свойствами ОЗП=<8г, /?п , «У,^*. Пространственное положение ОЗП определяется планом, продольным и поперечными профилями.

Рис. 1

Стабильность Cm (ОЗП) регламентируется нормативными значениями критериев качества (KJ, определяется некоторым множеством размерных параметров (/?„), которые являются метрическими (количественными) характеристиками технического состояния ОЗП (их формы, размеров и т.д.). Состояние Еозп в каждый момент t можно описать уравнением

E03n(t) = F(SnKC, Pee, U)=>Zl = {Rn, Кк, ...} s Ст(ОЗП)

Во все периоды функционирования параметры состояний должны соответствовать условиям целевого назначения земляного полотна, которое состоит в обеспечении постоянства их координатного положения во времени (t) и пространстве: ОЗП [(х, у, z) t] —* const.

Вместе с тем функционирование земляного полотна представляет собой сложный процесс непрерывной изменчивости во времени состояния грунтовой среды и соответственно форм и размерных параметров объектов земляного полотна под влиянием факторов внешней природно-климатической среды, а также силовых воздействий динамической поездной нагрузки.

При изменении состояния Sec по параметрам плотности pd, влажности естественной W (на пределах раскатывания Wp, текучести fVi); параметрам пластичности Ip = WL - Wp, текучести (консистенции) IL = (IVL -~Wp)llp\ сдвиговым характеристикам: сг — удельному сцеплению, <рТ — углу внутреннего трения, модулю деформации Е возможны дефекты и деформации (пучения и пучины, оседания, просадки, смешения, разрушения, загромождения), которые характеризуются определенными формами и размерами.

Исследованиям по проблеме стабильности земляного полотна посвящены работы таких учеными, как Г.М. Шахунянц, Т.Г. Яковлева, В.В. Виноградов, И.В. Прокудин, Г.Г. Коншин, Г.Н. Жинкин, В.И. Грицык, Е.С. Ашпиз, JI.C. Блажко, Г.М. Стоянович, П.Г. Пешков и др.

Система мониторинга железнодорожного пути должна обеспечить получение достоверной информации (для планирования капитальных ремонтов пути, земляного полотна, контроля качества ремонтов), а также прогнозировать развитие дефектов и деформаций железнодорожного пути.

Мониторинг верхнего строения пути является более развитым. Для оценки состояния пути, используются современные вагоны лаборатории ЦНИС-4, автомотрисы с современными ультразвуковыми дефектоскопами и др., в то время как мониторинг ОЗП сводится к визуальным осмотрам бригадирами пути, весенне-осенним комиссионным осмотрам, обследованиям деформаций ОЗП геобазами, проектными институтами (с применением средств бурения).

Поэтому для своевременного принятия мер по устранению деформаций ОЗП, для планирования капитальных ремонтов с оздоровлением земляного —-полотна необходимо совершенствование системы мониторинга с использованием современных геофизических методов.

В последнее время в России и за рубежом возрос интерес к более активному использованию достаточно хорошо разработанных методов сейсмической диагностики, электрозондирования, динамического зондирования (пенетрации ЭДЗ), и других геофизических методов неразрушающего контроля, в том числе к методу георадиолокационной диагностики (ГРД).

Анализ показал, что большинство существующих геофизических методов сталкиваются с серьезными трудностями при использовании в условиях железнодорожного пути. Наиболее эффективным является георадиолокационной метод диагностики, позволяющий получать непрерывную информацию при высокой производительности геозондирования. Однако метод имеет ряд недостатков, ограничивающих его применение, и требующих его совершенствования, адаптации к условиям железнодорожной инфраструктуры.

Теоретические основы применения радиоволн для изучения геологических структур были заложены Г. Лови и Г. Леймбахом в 1910-1912 гг. В 1925 г первые опытные работы проведены А.А. Петровским. В Советском Союзе этой тематикой занимались В.А. Кутев, М.И. Финкелынтейн., В.А. Мендельсон. Большой вклад в развитие отечественной георадиолокации внесли ученые М.Л. Владов, А.В. Старовойтов, А.Ю. Калашников и др.

Активное использование георадиолокационная диагностика получает в автодорожной, строительной и других отраслях. Исследованиями в области применения георадиолокационного метода на железнодорожном пути и автомобильных дорогах занимаются ученые А.Г. Круглый, Е.С. Ашпиз, Н.П. Семейкин, В.В Помозов, В.А. Явна, В.И. Грицык и др.

В зарубежных странах георадары активно используются во многих областях, начиная от археологии, геологии, в сферах охраны окружающей среды, оборонной промышленности и таможенных органов, а также в транспортном и гражданском строительстве. Зарубежными фирмами, выпускающими георадары, являются Era Technology (Великобритания) и MALA (Швеция), Radar Systems (Латвия), OYO corporation (Япония), Sensor and Software Inc. (Канада), GSSI (Нью Гемпшир, США), Geozondas (Литва).

Зарубежный опыт применения георадиолокационных технологий на железнодорожном полотне предусматривает использование подвижного состава и закрепленного на нем оборудования (компания GBM (Gleisbaumaschinen Hermann Wiebe). Компания «Кнапе/Кирхнер» (ФРГ) осуществляет георадиолокационную диагностику на ОЖД. Корпорация Geo-Recovery Systems устанавила георадар на автомобиль, приспособленный к движению по железнодорожному пути. Зарубежные георадары позволяют проводить измерения на глубину до 3 метров на скорости от 30 до 60 км/ч, а

при глубине зондирования 1,2 м до 120 км/ч. При этом влияние помех значительно снижает качество георадиолокационной информации.

Обобщение отечественного и зарубежного опыта георадиолокации показало, что необходимо совершенствование метода ГРД для его эффективного использования на железнодорожном пути. Получение достоверной и качественной информации ограничивается помехами, создаваемыми обустройствами железнодорожной инфраструктуры (контактная сеть, железнодорожные переезды, рельсы, шпалы и т.д.), самой георадарной аппаратурой (сигнал прямого прохождения), а также сигналами отражения от балластной призмы при размещении антенных блоков над верхним строением пути и др.

В соответствии с задачами исследований и на основе анализа возможностей отечественных георадаров, в качестве базового выбран георадар ОКО М (фирмы "Логис"), как наиболее помехозащищенный и имеющий набор АБ с различными частотами СВЧ диапазона.

Но второй главе изложены результаты теоретических исследований повышения эффективности георадиолокации в условиях железнодорожного пути. Рассмотрены процессы формирования волновых картин (радарограмм), определена разрешающая способность и глубинность георадиолокационного зондирования на различных частотах излучения (АБ 150-1700). В соответствии с теорией распространения электромагнитного излучения в среде с диэлектрической проницаемостью е и удельной проводимостью о напряженность электрического поля Е в точке со сферическими координатами (г, и, <р) определяются выражением:

где со - круговая частота излучения, с - скорость света в вакууме, I — время,

О)

<д{Э,(р) - диаграмма направленности излучения, п — показатель преломления. р — коэффицие*

ия, п — ^е— относительный коэффициент затухания,

(2)

е, отн.ед.

Р

г, м

Рис.2

На-основании выражения (1) и (2) для частоты излучения 400 МГц получены зависимости глубинности {7.) от коэффициента затухания 2=Г(р) (рис. 2), коэффициента затухания от электрофизических свойств грунта р=Г(е,а) (рис. 2) и пространственной разрешающей способности (пропорциональной размеру первой зоны Фринеля: от глубинности и относительного показателя

преломления (рис. 3), существенные для анализа процессов затухания в средах

2

Рис.3

Для повышения разрешающей способности георадарного комплекса программными методами разработана процедура преобразования волновой картины при сжатии во временной области зондирующего импульса (импульсная деконволюция). При этом любая к-я трасса радарограммы ( (?п ) ) представляется в виде разложения по неортоганальному базисному набору функций

^(О^я^/до, (3)

где базисный набор функций £т0п) получен из сигнала прямого прохождения Р^п) путем его сдвига во временной области с шагом, равным интервалу времени между соседними точками стробирования усилителя приемной антенны.

Коэффициенты разложения в (3) определяются решением секулярного уравнения.

Сжатие функцийво времепной области

приводит к следующему преобразованию Рк (?„)

Фк ('„ ) = Рк (/„ )- X (/„ ) - 2а4,Э/ж (/„ ). (4)

Л!

Использование уравнения (4) для волновых радарограмм улучшает контрастность изображения на радарограммах в областях грунтовой среды с повышенной влажностью и деформативностью ОЗП, а также с другими аномалиями.

Учитывая большое влияния влажности на стабильность ОЗП железнодорожного пути разработаны теоретические основы методов определения влажности недеформируемой грунтовой среды по характеру затухания и скорости распространения электромагнитной волны.

Первый метод базируется на вычислении функции

определенной на разложении (3) и характеризующей способность слоя грунта (в интервале ш/—/и? па радарограмее) рассеивать электромагнитное излучение.

Второй метод базируется на определении глубины слоя (И) методом бурения или пенетрации и определением показателя преломления среды п с помощью соотношения:

где А1 - время, необходимое для прохождения электромагнитным излучением рассматриваемого слоя грунта. В этом случае п зависит от влажности, которая может определяться по заранее полученным зависимостям.

В третий главе рассмотрены методы подавления помех, влияющих на формирование трасс и радарограмм, главными из которых являются сигнал прямого прохождения, помехи от железнодорожной инфраструктуры (отражение электромагнитного излучения от объектов контактной сети и др.), от поверхности балласта, грунтовой среды и др.

Для подавления помех программными методами разработан программный продукт Сео11аП\Уау с функциями непосредственного вычитания сигнала прямого прохождения, вычитания усредненной трассы, различного вида фильтраций исходных радарограмм.

Разработан метод аппаратного подавления помех, который базируется на использовании рупорных конструкций к АБ 400, выполненных из проводящих электрический ток материалов. Для обеспечения максимальной помехозащищенности рупор с внешней стороны оклеен материалом, поглощающим СВЧ излучение.

Исследованы варианты размерных параметров рупорной конструкции

для повышения качества фокусировки и улучшения помехозащищенности. Проведенные эксперименты показали, что величина помех при применении рупора уменьшается примерно в 2 раза. Рупорная конструкция позволяет: увеличить глубинность зондирования Ъ грунтовой среды в 1,8 раза (в том числе в глинах) благодаря эффекту фокусировки излучения; снизить помехи, связанные с отражением излучения георадара элементами конструкции фиксации контактного провода, которые локализуются на радарограммах на отметках более 3-х метров (при среднем значении е=4,5) и существенно уменьшают глубинность обследования; повысить разрешающую способность до 0,1 м, за счет сдвига спектра частот преобразования Фурье сигнала в коротковолновую область.

Таким образом, разработанная и апробированная на ОЗП рупорная конструкция к антенному блоку 400 МГц обеспечивает увеличение

(5)

к = At • с / 2п ,

(6)

глубинности обследования грунтов с низкой проводимостью (например, сухие пески) с 8 до 14 м, и разрешающей способностью не менее 0,2 м.

Для расширения возможностей георадиолокациионной диагностики — определения влажности грунтовой среды (ЙР) - экспериментально получены зависимости 27* (5) для различных грунтов (пески различного

гранулометрического состава,

Значения коэффициентов глины при различных значениях

влажности) и при различных частотах излучения

электромагнитной волны (первый метод).

Лабораторные измерения проводились с размещением грунта в пластиковом коробе размерами 0,5x0,5x0,8 м, георадаром с АБ 1200, 1700 и 400 при положении антенн сверху (на отражение) и на стенках (на просвет).

Согласно программе

эксперимента выполнены измерения для значений объемной влажности от 0 до 40% с шагом 5%. В таблице приведены значения коэффициентов акт из (3) для трасс, полученных с использованием АБ 400 для ряда т.

Из данных табл. следует, что увеличение ДО* грунтовой среды приводит к увеличению рассеяния электромагнитного излучения и увеличению значений коэффициентов

На рис. 5 приведены результаты расчета £к по (5) и их линейная аппроксимации для трасс в мелком песке.

Второй метод определения IV

т Значения коэффициентов при }Уь

0% 25% 40%

1 0,54 1,85 2,04

2 -0,74 -2,19 -2,59

3 -0,12 -0,42 -0,46

4 0,14 0,35 0,4

5 0,14 0,35 0,33

6 0,05 0,03 -0,08

7 -0,03 -0,2 -0,36

8 -0,04 -0,22 -0,36

9 -0,02 -0,14 -0,25

10 0,01 -0,04 -0,12

0 10 20 30 40 Объемна явлажность, %

-2 0 2 4 в 8 10 12 14 16

Массовая влажность \Л/ , %

Рис. 5

Рис. 6

грунтовой среды основан на изменении скорости распространения электромагнитных волн. На рис. 6 для глины приведена зависимость п(1¥), рассчитанная по (6) для АБ-1200. Предложенные методики позволяют следить

за сезонными изменениями влажности, предупреждать деформации ОЗП при избыточном увлажнения.

Установлено, что частоте излучения 1200 МГц на различных грунтах при малых значениях влажности п иг незначительно зависят от вида грунта и его IV. При влажности >5% необходимо учитывать частоту излучения сигнала и вид грунта.

Паспортные значение глубинности 2 для АБ 1200 составляет 2,4 м для грунтов с низкой удельной проводимостью, например, сухих песков. Вместе с тем известно, что грунты с высокой удельной проводимостью о существенным образом ограничевают возможности метода георадиолокации. Экспериментально получено, что в глине с естественной массовой влажностью 12% при использовании АБ-1200 глубинность уменьшается до Z= 1,34 м.

При использовании рупорной конструкции

глубинность зондирования Zp в этой среде можно определить выражением 2Р—\,ЪА - Кр, где Кр коэффициент усиления рупорной конструкции.

Предложенная рупорная

конструкциия для АБ-1200 обеспечила что

увеличивает глубинность

геозондирования в глине до 2,4 м. Таким образом,

использование рупорнной конструкции существенно

повышает глубинность зондирования в грунтах с высокой удельной проводимостью.

При аналогичных расчетах 2Р для АБ-400 на глинистых грунтах удалось добиться глубинности зондирования не менее 8,0 м. Эти результаты подтверждены натурными экспериментами на ОЗП. Так, на рис. 7 приведены результаты обследования участка железнодорожного пути с использованием АБ-150 (А) и предложенной рупорной конструкции к АБ-400 (Б), где на глубине 10 м в точке с координатой 75 м наблюдается труба, не различимая на рис. 7А.

Глубина зондирования грунта существенно ограничивается не только при его увлажнении, но и при минерализации, что существенно ограничивает применимость георадиолокации при исследовании влажных грунтов. Например, при увеличении минерализации водной среды до 0,2% коэффициент затухания возрастает до двух раз.

Повышение стабильности ОЗП во многих производственных ситуациях достигается методами технической мелиорации грунтов, введением минеральных, органических вяжущих, силикатных и других реагентов. В этих случаях весьма важен контроль распределения реагентов в грунтовой среде в

не 70 75 8] 85 90 95 « «с 70 73 80 85 90 » м

Рис. 7

технологическом процессе и по завершении стабилизации. В целях оценки эффективности метода ГРД при технической мелиорации грунтов и разработке методики зондирования выполнялась специальная серия экспериментов на полигоне РГУПС, где проводилось укрепление преимущественно лессовых грунтов. При этом комплексировапие георадиолокационного метода и пенетрации позволило исследовать изменчивость физико-механических свойств грунта в процессе эксперимента.

Измерения георадаром

производились по этапам силикатизации, в процессе твердения реагента в грунтовой среде и после набора проектной прочности силикатизированного грунта. По результатам обработки данных, полученных при помощи пенетрации видно, что в грунте образовался силикатный окаменелый блок с более высокими прочностными

характеристиками (рис. 8). Здесь 10, 20, 30

— количество ударов молота в залоге (при прохождении 0,10 м штанги в грунт). На рис. 9 (А) приведена поверхность с количеством ударов, равным 30.

В георадиолокационном аспекте исследовано влияние силикатизации на величину рассеянного грунтом электромагнитного излучепия. По сигналу ц/(х, г)

- в точке пространства (х), пришедший в процессе георадарной диагностики в приемную антенну за время измерения Т (0<г<Т) определяется рассеивающая способность грунта функцией

----до силикатизации

—— после силикатизации

Рис. 8

о

и слоя грунта функцией '2

(7)

(8)

где АТ-(2- г, интервал времени, за который в приемную антенну приходит сигнал, рассеянный

рассматриваемым слоем.

Результаты расчета по формуле (7) приведены на рис. 9(Б). На рис. 9 видно, что метод георадиолокации позволяет сделать качественные выводы о распределении силикатизированного грунта в подповерхностном пространстве.

Рис. 9

Результаты расчета по формуле (8) приведены на рис. 10: 10А - сечение

по глубине до начала укрепления грунтовой среды и 10Б - спустя 28 дней после завершения силикатизации. Сравнение данных, приведенных на этих рисунках позволяет заключить, что в центральной части произошли изменения в рассеивающей способности слоев грунта, которые можно характеризовать с изменением его прочностных свойств. Проведенные эксперименты показали возможности метода герадиолокации оценивать состояния ГС, регистрировать изменения физико-механических свойств грунтов в процессе химической мелиорации (при комплексировании с пенетрацией) и оценивать размерные параметры полей растекания раствора, размещение реагента. « четвертой главе с учетом разработанных ВНИИЖТом «Технических указаний по инструментальному диагностированию земляного полотна», в которых даются общие рекомендации проведения геофизических, в том числе георадиолокационных обследований, разработана технология георадиолокационной диагностики объектов железнодорожного пути с учетом достигнутых возможностей проведения геозондирования на железнодорожных объектах. Учитываются условия проведения диагностики при движении поездов, необходимость строгого соблюдения требований техники безопасности, установленных для операторов дефектоскопных средств и безопасности движения поездов. Определены способы съемки (рекогносцировочная диагностика, детальная диагностика), режимы съемки (пошаговый, по перемещению, непрерывный), выбор АБ под определенные задачи и последовательность проведения георадиолокационного зондирования с привязкой к пикетажу и выбором способа хранения информации. Разработаны методики обработки и интерпретации георадиолокационной информации, получаемой на железнодорожном пути о состоянии грунтовой среды по форме и размерным параметрам; формировании деформаций в подбалластной зоне; положении границ раздела грунтов с различными физическими свойствами; наличии, положении и состоянии инженерных объектов (в грунтовой среде).

Интерпретация результатов георадиолокационного зондирования разделена на качественную и количественную. Определена последовательность первичной обработки радарограмм с оценкой информативности, устойчивости результатов, маркировкой, повышением информативности радарограмм, позиционирование радарограмм по продольному профилю железнодорожного пути (попикетно).

В методике качественной интерпретации определены признаки изменения фазовых линий, которым соответствует наличие дефектов и

Рис. 10

деформаций ОП земляного полотна в виде просадок, балластного корыта, ложа или других видов, наличие в теле земляного полотна разнородного грунта по литологическому составу. По интенсивности затухания сигнала электромагнитного излучения (на единицу глубины его прохождения) определяются поверхности раздела грунтовой среды, водонасыщённого слоя, параметры дефектов и деформаций балластной и подбалластных зон железнодорожного пути. Создана методика представления и хранения радиолокационной информации в электронных базах данных, совместимых с системой АСУ Путь (ТП, ПУ-9, ПУ-29 и др.) и ГИС. База георадиолокационной информации позволяет формировать трехмерные, каркасные и цифровые модели объектов, а так же документировать результаты диагностики в формах таблиц, продольных и поперечных профилей. При этом используется программы ЗЭБ МАХ и МАТЬАВ, позволяющие создавать трехмерные модели

по координатам

характерных точек

поперечного профиля ОЗП.

При построении каркасной модели (рис. 11) формируются плоскости георадиолокационного зондирования по оси пути и другим направлениям, на которые накладывается текстура с фиксацией положения пикетов,

искусственных сооружений (трубы, мосты) и других обустройств.

Цифровая модель объекта железнодорожного пути представляет собой матрицы чисел, описывающие поперечные профили и поверхности раздела сред при деформациях. Координаты каждой точки цифровой модели характеризуются расположением чисел в матрице и их значениями.

Табличная форма представления результатов зондирования составляется по радарограммам, на которых выделяются границы раздела сред; толщина балласта (с шагом 1 м), дефекты ОП (на основе цифровых моделей) и предназначается для проектирования ремонтов пути и усиления подбалластной зоны ОЗП.

Апробация разработанных технологий, оборудования и методик проведена на железнодорожных объектах СКЖД, ЮВЖД и ОЖД. Так, с 2003 г. на 834 км перегона Россошь-Кантемировка ЮВЖД проводились систематические георадиолокационные обследования насыпи высотой 12 м (рис. 12).

Рис. 12

В результате геодиагностики были построены каркасная и цифровая модели (рис. 13), на которых выявлены деформации основной площадки.

Рис. 13

После предложенных противодеформационных мероприятий насыпь стабилизировалась, что подтверждено последующей диагностикой в 2004 г. и 2005 г. и выполненным расчетом устойчивости насыпи по схеме (рис. 14). Определялось оползневое давлении Еоп и коэффициент устойчивости Кус. Поперечный профиль насыпи (ПК 0+20 — ПК 1+00) получен на основе георадиолокационных данных. Коэффициент, характеризующий устойчивость

В соответствии с техническим заданием, выданным Кавжелдорпроектом, выполнялось георадиолокационное' зондирование балласта и подбалластной зоны для проектирования капитального ремонта железнодорожного пути (перегон Лихая-Замчалово, 1063-1073 км участка Чертково-Ростов). Результаты выдавались в виде ведомости (табличная форма представления георадиолокационной информации) с указанием толщины слоев балласта и грунта, дефектных мест подбалластной зоны.

На основе распознавания натурных образов георадарной диагностики, интерпретированы основные дефекты и деформации основной площадки, подбалластной зоны земляного полотна, которые формируют библиотеку

образов (деформаций). Так, на рис. 15 приведен пример использования библиотечного образа неструктурированного переувлажненного грунта (А) при интерпретации результатов георадиолокации ОЗП на насыпи 630 км

Георадиолокационная диагностика выполнялась на 26 объектах земляного полотна железнодорожного пути под проекты усиления, для проектирования ремонтов и контроля качества работ. Диагностика выполнялась

совместно с геобазами СКЖД, ЮВЖД при комплексировашш с инженерным бурением. Метод ГРД в несколько раз экономичнее проведения обследований посредством инженерного бурения скважин.

Учитывая потребности в большом объеме георадиолокационной диагностики на объектах земляного полотна и подбалластной зоны для проектирования ремонтов железнодорожного пути возникла необходимость в повышении интенсивности проведения георадарной диагностики ОЗП. В этих целях проведены эксперименты (совместно с фирмой "Логис") по георадиолокационной диагностике на железнодорожном пути. При этом использовались автоматриса АДМ-500, рупорная конструкция АБ 400, которая размещалась в специально сконструированном защитном футляре на консольном подвесе (рис. 16), оператор георадара с компьютером располагался в кабине АДМ.

Георадиолокационная диагностика проводилась на 16-20 км перегона Бештау-Лермонтовская (НОД Минеральные воды) СКЖД при различных скоростях движения АДМ (10-30-50-70 км/ч) и различной ориентацией "бабочки" антенны. В результате экспериментов (при расшифровке записанной информации на компьютер) получены продольные радарограммные профили, в том числе с дефектами балластного слоя и подбалластной зоны.

Установлено, что при скорости движения до 70 км/ч диагностика балластной и подбалластной зон железнодорожного пути (рупорной АБ 400) позволяет получать

георадиолокационную информацию без потери качества и глубины зондирования (6 метров и более). Метод такой георадиолокационной диагностики

земляного полотна рекомендуется для использования в системе мониторинга железнодорожного пути.

Рис. 16.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализом информации о функционировании земляного полотна, как сложной геотехнической системы в условиях поездных нагрузок и факторов природно-климатической среды, установлены значительная изменчивость во времени структурных и размерных параметров насыпей и выемок, состояния грунтовой среды с проявлением деформативности и необходимость совершенствования методов мониторинга земляного полотна железнодорожного пути.

2. По результатам анализа геофизических методов для обеспечения достоверной, непрерывной и полной информации о состоянии железнодорожного пути рекомендуется диагностический комплекс на основе георадиолаационного метода с адаптацией его к условиям железнодорожной инфраструктуры с использованием базового георадара «ОКО-М» с антенными блоками АБ 1200 и АБ 400.

3. На основе выполненных исследований получены зависимости: коэффициента затухания от параметров проводимости и диэлектрической проницаемости грунтовых и водных сред, глубинности геозондирования исследований от коэффициента затухания электромагнитного излучения в грунтовой среде, разрешающей способности от глубины геозондирования;

и предложены: методики определения влажности грунта по интегральному параметру и относительному показателю преломления, процедура импульсной деконволюции (сжатие сигнала во временной области), позволяющая повысить разрешающую способность георадиолокационного зондирования грунтовой среды.

4. Предложены методики обработки, распознавания образов и интерпретации георадарной информации, которые позволяют определять размерные параметры и формы дефектов и деформаций объектов земляного полотна; представлять георадиолокационную информацию в виде каркасной и цифровой модели; документировать результаты обработки (с привязкой к железнодорожному пикетажу) в форме таблиц, продольных и поперечных профилей для анализа, учета, проектирования ремонтов железнодорожного пути.

5. Установлено, что в глинистых грунтах имеет место повышенное затухание электромагнитных волн, затрудняющее выявление поверхностей смещения и других деформаций объектов земляного полотна для оценки их прочности и устойчивости.

6. Для повышения качества георадиолокационной информации предложена рупорная конструкция к АБ 400, которая обеспечивает: подавление сигнала прямого прохождения и помех от инфраструктуры железнодорожного пути; повышение глубинности до 8 м на глинистых грунтах и до 14 м на грунтах с, низкой проводимостью.

7. Установлено, что минерализация грунтов и воды существенно ограничивает применимость метода георадиолокации за счет уменьшения глубинности зондирования.

8. Экспериментально показана эффективность применения георадиолокационного метода при технической мелиорации для оценки размерных параметров объема укрепляемой грунтовой среды, для наблюдения за ее состоянием в процессе мелиорации.

9. Экспериментально установлено, что комплексирование метода георадиолокации с методами динамического зондирования (пенетрации), инженерного бурения и другими позволяет получать более достоверную и полную оценку состояния грунтовой среды с учетом физико-механических характеристик.

10. Разработаны технология и методики натурной георадиолокационной диагностики объектов земляного полотна, позволяющие определить регламент и последовательность проведения георадиолокационного зондирования в условиях железнодорожном пути, диагностировать балластную и подбалластную зоны, определять деформации земляного полотна, а также контролировать качество ремонтных работ.

11. Экспериментально доказана реализация георадиолокационной диагностики балластной и подбалластной зоны насыпей и выемок на скорости движения до 70 км/ч без потери качества получаемой информации (до глубинны 5-6 м) при использовании разработанных методик и конструкций усовершенствования антенных блоков, и рекомендуется в системе мониторинга железнодорожного пути.

Основные положения опубликованы в следующих работах:

1. Явна В.А., Грицык В.И., Ковдус В.В., Шаповалов B.JL, Окост М.В. Проведение измерений и интерпретация георадиолокационной съемки земляного полотна с выдачей рекомендаций для проектов его усиления. -Ростов н/Д, РГУПС, 2004. с. 56.

2. Грицьк ВН., Шаповалов B.JL, Окост МБ. Диагностирование путевой структуры // Тр. меж.-нар.-науч. конф., посвященной 75-летию РГУПС. Ростов н/Д, 2004. С 258-259.

3. Явна В.А., Грицык В.И., Шаповалов B.JL, Ковдус В.В., Окост М.В. Георадиолокационные исследования объектов железнодорожного пути // Тр. 4-й меж.-нар. науч.-практич. конф. «Георадар-2004». - М.: МГУ, 2004. С 8384.

4. Колесников В.И., Явна В.А., Грицык В.И., Шаповалов В.Л., Ковдус В.В., Окост М.В. Математическая формализация задачи интерпретаций георадиолакационного обследования объектов железнодорожного пути // Тр. меж.-нар. науч.-тех. конф. «Современные проблемы путевого комплекса. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований». -М.: МИИТ, 2004. СII43-44.

5. Колесников В.И., Явна В. А. , Воробьев ВБ., Ковдус ВВ., Шаповалов В Л. Особенности обработки георадиолокационных данных, получаемых в непрерывном скоростном режиме // Тр. меж.-нар. науч.-тех. конф. «Современные проблемы путевого комплекса. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований». — М.: МИИТ, 2004. СII42-43.

6. Грицык В.И., Шаповалов В Л, Окост М.В. Оценка состояния подбалластной зоны методом георадиолокации // Тр. всеросс. н.-пр. конф. «Транспорт-2004». -РГУПС, 2004. С 179.

7. Грицык В.И., Окост М.В., Шаповалов B.JL Технология усиления основной площадки асфальтобетоном // Тр. всеросс. н-пр. конф. «Транспорт-2004». -РГУПС, 2004. С 180.

8. Гридык В.И., Явна В.А., Шаповалов В.Л., Ковдус В.В., Окост М.В. О георадиолакационной диагностике // «Путь и путевое хозяйство», 2004, №10. С 32-34.

9. Явна В.А., Грицык В.И., Ковдус В.В., Шаповалов В.Л., Окост М.В. Методические указания по применению георадиолокационной диагностики объектов земляного полотна железнодорожного пути. — М.: ЦП ОАО «РЖД», 2005.60 с.

10. Ревзон AJL, Грицык В.И., Шаповалов В.Л., Окост М.В. Геоинформационные технологии в оценке инфраструктуры железнодорожного полотна // 3-я , меж.-нар. науч.-практ. конф. «Телекоммуникационные и информационные технологии на транспорте Росии». - Сочи, 2005. С 285-289.

11. Колесников В.И., Явна В.А., Шаповалов В.Л., Хакиев З.Б., Ковдус В.В. Георадиолокационные признаки областей с аномальными физическими свойствами // Ростов-на-Дону, «Вестник РГУПС», 2005. С 124-127.

12. Шаповалов В.Л, Морозов A.B., Билалов В.А. Определение влажности земляного полотна железнодорожного пути методом герадиолокации // Тр. всеросс. н-пр. конф. «Транспорт-2006». - РГУПС, 2006. С 152-154.

13. Шаповалов В.Л., Басов С.А, Явна В.А., Определение влажности грунтовой среды георадиолакационным методом.// Меж.-нар. науч.-практ. конф. «Инженерная геофизика 2006». - Геленджик, 2006. С 67-69.

14. Ковдус В.В;, Грицык В.И., Шаповалов В.Л., Окост М.В., На пути скоростного георадиолокационного мониторинга железнодорожного полотна.// Меж.-нар. науч.-практ. конф. «Инженерная геофизика 2006». -Геленджик, 2006. С 75-77.

15. Явна В.А., Ковдус В.В./ Шаповалов В.Л., Железнодорожный комплекс мониторинга пути на базе георадара

http://www.rusnauka.com/PNR 2006/Tecnic/l +iavna2.doc.htm ,2006.

Шаповалов Владимир Леонидович

Совершенствование метода георадиолокационной диагностики в системе мониторинга железнодорожного пути

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ № 50 М «Э.

Ростовский государственный университет путей сообщения. Ризография УИ РГУПС.

Адрес университета: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2.

Введение.

1. Геодиагностика в системе мониторинга железнодорожного пути.

1.1 Состояние ОЗП и повышение массы и скорости поездов.

1.2 Земляное полотно как сложная геотехническая система.

1.3 Деформации ОЗП.

1.4 Мониторинг железнодорожного пути.

1.5 Геофизические методы диагностики.

1.6 Георадиолокационный метод.

2.Теоретические исследования повышения эффективности георадиолокации в условиях железнодорожного пути.

2.1 Характеристика георадиолокационной аппаратуры.

2.2 Разрешающая способность и глубинность георадиолокационных обследований.

2.3 Анализ факторов влияния на качество георадарной информации в грунтовой среде.

2.4 Влияния затухания электромагнитных волн в грунтовой среде на георадиолокационную информацию.

2.5 Процедура импульсной деконволюции для повышения разрешающей способности при зондировании грунтовой среды.

2.6 Метод определения влажности грунтовой среды по характеру затухания электромагнитной волны и скорости распространения.

2.6.1 Определение характера затухания электромагнитного излучения.

2.6.2 Эксперимент по оценке влияния влажности на электрические характеристики грунтовой среды.

2.6.3 Определение влияния влажности на значения е при различных частотах излучения и виде грунта.

3. Экспериментальные исследования по повышению эффективности георадиолокационной диагностики грунтовой среды.

3.1 Мероприятия по подавлению помех геозондирования в условиях инфраструктуры железнодорожного пути.

3.2 Мероприятия по повышению глубинности и разрешающей способности при геозондировании объектов земляного полотна.

3.3 Оценка затухания электромагнитных волн в грунтовой и водной средах.

3.3.1 Количественное описание затухания электромагнитного излучения в среде с проводимостью.

3.3.2 Эксперимент по измерению рассеянного средой электромагнитного излучения.

3.4 Влияние минерализации воды на затухание электромагнитных волн.

3.5 Анализ затухания электромагнитного излучения в грунтовой среде с проводимостью.

3.6 Геодиагностика объекта при технической мелиорации грунтовой среды.

4. Георадиолокационое обследование объектов железнодорожного пути.

4.1 Технология георадиолокационного обследования железнодорожного пути.

4.2 Методика обработки и интерпретации георадиолокационной информации.

4.2.1 Качественная интерпретация радарограмм.

4.2.2 Количественная интерпретация георадиолокационных данных.

4.3 Методика документирования результатов георадиолокационной информации.

4.4 Геодиагностика и оздоровление насыпи 834 км.

4.5 Геодиагностика участка 2 км перегона Кизитеринка-Батайск.

4.6 Геодиагностика подбалластной зоны 1063-1073 км перегона Лихая-Замчалово для проектирования капитального ремонта.

4.7 Особенности ситуационной геодиагностики объектов земляного полотна.

4.8 Перспективы скоростной диагностики железнодорожного полотна.

Актуальность. Возможность осуществления возрастающих объемов перевозок на железной дороге связано с необходимостью повышения осевых нагрузок и скоростей движения поездов при соблюдении безопасности движения поездов. Для обеспечения надежной работы, стабильности железнодорожного пути в соответствии с нормами содержания, необходима достоверная информация о фактическом его состоянии.

Если для диагностирования верхнего строения пути используются многие современные средства диагностики: вагоны-путеизмерители, вагоны-дефектоскопы и др., то для диагностирования балластного слоя и земляного полотна средства весьма ограничены: трудоемкое инженерное бурение скважин с получением дискретной информации, совершенно недостаточной для достоверной оценки состоянии основной площадки, подбалластной зоны и других элементов объектов земляного полотна.

Применение современного метода георадиолокационный диагностики (ГРД) в комплексе с другими геофизическими методами на железнодорожном пути позволит получать непрерывную и достоверную информацию о состоянии объектов земляного полотна (ОЗП), повысить качество проектных решений, снизить затраты ресурсов при текущем содержании и ремонтах железнодорожного пути. Поэтому вопрос совершенствование метода ГРД и адаптация его к условиям железнодорожного пути является актуальным.

Цели и задачи исследования. Целью исследования является адаптация и совершенствование современного метода георадиолокационной диагностики в системе мониторинга железнодорожного пути.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи: Анализ современной информации о функционировании земляного полотна, методов его диагностирования в системе мониторинга железнодорожного пути и выбор наиболее информативного метода в условиях железнодорожной инфраструктуры. Исследования влияния помех, степени влажности грунтовой среды и степени минерализации грунтов и водной среды на процессы затухания электромагнитных волн, глубинность и разрешающую способность зондирования в грунтовой среде. Совершенствование конструктивных элементов антенных блоков для повышения эффективности георадиолокационной диагностики на объектах земляного полотна. в Разработка методик обработки, интерпретации, хранения и документирования георадилокационной информации, учитывающих специфику железнодорожного пути. Совершенствование технологии георадиолокационной диагностики на объектах железнодорожного пути, в том числе при размещении георадара на подвижном составе.

Методы исследования. Для решения поставленных задач выполнялись как теоретические, так и экспериментальные исследования геодиагностики в натурных и лабораторных условиях. Натурные экспериментальные работы были выполнены на объектах СКЖД, ЮВЖД, ОЖД. Лабораторные испытания проводились на полигоне и экспериментальном заводе РГУПС.

Научная новизна. Предложена процедура импульсной деконволюции основанная на прямом сжатие зондирующего сигнала во временной области, позволяющая повысить разрешающую способность георадиолокационного зондирования грунтовой среды. Получены зависимости, позволяющие определить влажность грунта по интенсивности сигнала, принятого георадаром, и по относительному показателю преломления грунта. На основе этих зависимостей разработаны методики определения влажности грунтовой среды объектов земляного полотна.

Разработана и испытана рупорная конструкция, адаптированная для условий железнодорожного пути, что позволило подавлять помехи инфраструктуры, повысить глубинность и разрешающую способность при георадиолокационных обследованиях.

Показана эффективность применения георадеолокационной диагностики грунтовой среды железнодорожного пути при ее технической мелиорации, а также комплексирования с другими методами геодиагностики.

Разработаны технология и методики георадиолокационной диагностики объектов земляного полотна в условиях железнодорожного пути.

Практическая ценность работы. Работа выполнялась согласно плану НИОКР Департамента пути и сооружений ОАО "РЖД" (2004, 2005 г.). Разработанные методики, технологии и усовершенствования конструктивных элементов антенных блоков (АБ) позволяют получать достоверную информацию о состоянии ОЗП в подсистеме мониторинга железнодорожного пути для производства ремонтов, контроля их качества, прогнозирования стабильности земляного полотна железных дорог, проведения диагностики железнодорожного пути методом ГРД на скоростях движения 60-70 км/ч.

Использование полученных результатов.

1. По результатам исследований разработаны «Методические указания по применению георадиолокационной диагностики объектов земляного полотна железнодорожного пути» (М.:ЦП ОАО "РЖД", 2005. - 56 е.).

2. Результаты исследований нашли практическое применение на объектах Северо-Кавказской, Юго-Восточной, Октябрьской железных дорог при проектировании противодеформационных мероприятий и капитального ремонта железнодорожного пути.

3. Разработан учебный курс по проведению измерений и интерпретации георадиолокационной съемки земляного полотна с выдачей рекомендаций для проектов его усиления.

Апробация работы Основные положения и результаты работы были доложены на научно-практических конференциях «Транспорт-2004», «Транспорт-2006» (Ростов-на-Дону, 2004, 2006), на международной научной конференции «Актуальные проблемы развития транспорта России: стратегические, региональные, технические» (Ростов-на-Дону, 2004), на четвертой международной научно-практической конференции «Георадар 2004» (МГУ, Москва, 2004), на международной научно-практической конференции «Современные проблемы путевого комплекса. Повышения качества подготовки специалистов и уровня научных исследований» (МИИТ, Москва, 2004), на международной научно-практической конференции «Инженерная геофизика 2006» (Геленджик, 2006).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 статей, в том числе 2 работы в изданиях рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 186 страниц машинописного текста, в том числе 167 страниц основного текста, 116 рисунков, 20 таблиц. Список литературы включает 108 наименований отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализом информации о функционировании земляного полотна как сложной геотехнической системы в условиях поездных нагрузок и факторов природно-климатической среды, установлены значительная изменчивость во времени структурных и размерных параметров насыпей и выемок, состояния грунтовой среды с проявлением деформативности и необходимость совершенствования методов мониторинга земляного полотна железнодорожного пути.

2. По результатам анализа геофизических методов для обеспечения достоверной, непрерывной и полной информации о состоянии железнодорожного пути рекомендуется диагностический комплекс на основе георадиолаационного метода с адаптацией его к условиям железнодорожной инфраструктуры с использованием базового георадара «ОКО-М» с антенными блоками АБ 1200 и АБ 400.

3. На основе выполненных исследований получены зависимости: коэффициента затухания от параметров проводимости и диэлектрической проницаемости грунтовых и водных сред, глубинности геозондирования исследований от коэффициента затухания электромагнитного излучения в грунтовой среде, разрешающей способности от глубины геозондирования и предложены: методики определения влажности грунта по интегральному параметру и относительному показателю преломления, процедура импульсной деконволюции (сжатие сигнала во временной области), позволяющая повысить разрешающую способность георадиолокационного зондирования грунтовой среды.

4. Предложены методики обработки, распознавания образов и интерпретации георадарной информации, которые позволяют определять размерные параметры и формы дефектов и деформаций объектов земляного полотна, представлять георадиолокационную информацию в виде каркасной и цифровой модели; документировать результаты обработки (с привязкой к железнодорожному пикетажу) в форме таблиц, продольных и поперечных профилей для анализа, учета, проектирования ремонтов железнодорожного пути.

5. Установлено, что в глинистых грунтах имеет место повышенное затухание электромагнитных волн при влажности более 5%, затрудняющее выявление поверхностей смещения и других деформаций объектов земляного полотна для оценки их прочности и устойчивости.

6. Для повышения качества георадиолокационной информации предложена рупорная конструкция к АБ 400, которая обеспечивает: подавление сигнала прямого прохождения и помех от инфраструктуры железнодорожного пути; повышение глубинности до 8 м на глинистых грунтах и до 14 м на грунтах с низкой проводимостью.

7. Установлено, что минерализация грунтов и воды существенно ограничивает применимость метода георадиолокации за счет уменьшения глубинности зондирования.

8. Экспериментально показана эффективность применения георадиолокационного метода при технической мелиорации для оценки размерных параметров объема укрепляемой грунтовой среды, для наблюдения за ее состоянием в процессе мелиорации.

9. Экспериментально установлено, что комплексирование метода георадиолокации с методами динамического зондирования (пенетрации), инженерного бурения и другими позволяет получать более достоверную и полную оценку состояния грунтовой среды с учетом физико-механических характеристик.

10. Разработаны технология и методики натурной георадиолокационной диагностики объектов земляного полотна, позволяющие определить регламент и последовательность проведения георадиолокационного зондирования в условиях железнодорожном пути, диагностировать балластную и подбалластную зоны, определять деформации земляного полотна, а также контролировать качество ремонтных работ.

11. Экспериментально доказана реализация георадиолокационной диагностики балластной и подбалластной зоны насыпей и выемок на скорости движения до 70 км/ч без потери качества получаемой информации (до глубинны 5-6 м) при использовании разработанных методик и конструкций усовершенствования антенных блоков, и рекомендуется в системе мониторинга железнодорожного пути.

1. Акимова О.В. К вопросу оценки физико-механических свойств грунтов в градиентных средах геофизическими методами // Тр. 4-й меж.-нар. науч.-практич. конф. «Георадар-2004». М.: МГУ, 2004.

2. Алигилов Ю.П. Сейсмическая интерпретация: опыт и проблемы. // 2004.

3. Анур А., Старовойтов A.B., Владов M.JI. Опыт применения георадиолокации для выявления зон развития провалов в городе. // Вестник МГУ, сер. Геология, 1999.

4. Ашпиз Е.С Разработка системы мониторинга земляного полотна железных дорог // Вторая науч.-техн. конф. с международным участием, М.: МИИТ. 2005. 17с.

5. Ашпиз Е.С, Малинский C.B. Оценка стабильности земляного полотна на основаниях из многолетнемерзлых грунтов по информации лент вагона-путеизмерителя //Межвуз. сб. науч. тр. М.: МИИТ. 1992. Вып. 844. С. 64-70.

6. Ашпиз Е.С. Мониторинг земляного полотна при эксплуатации железных дорог. // М.: Путь-пресс, 2002. 112 с.

7. Башкатова JI.B., Каменский В.Б., Лысюк B.C. Надёжность железнодорожного пути // Под ред. B.C. Лысюка. М.: Транспорт, 2001. -286 с.

8. Борков B.C., Коншина Ю.П. Поиски и разведка месторождений строительных материалов геофизическими методами. М., "Недра", 1970, 151 с.

9. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. - 344 с.

10. Владов М.Л., Старовойтов A.B. Введение в георадиолокацию М.: Издательство МГУ 1998.

11. Владов М.Л., Старовойтов A.B. Георадиолокационные исследования верхней части разреза. 2002, Изд-во МГУ. 90 с.

12. Владов М.Л., Старовойтов A.B., Калашников А.Ю Некоторые вопросы интерпретации георадиолокационных данных при изучениижелезнодорожных насыпей Тр. 4-й меж.-нар. науч.-практич. конф. «Георадар-2004».-М.: МГУ, 2004.

13. Владов M.JL, Старовойтов A.B., Калашников А.Ю Основные типы деформаций в железнодорожных насыпях по данным георадиолокационного профилирования Владов.// Меж.-нар. науч.-практ. конф. «Инженерная геофизика 2006». Геленджик, 2006. С 73-75.

14. Волковицкий М.Б., Круглый А.Г., Георадиолокационный метод диагностики земляного полотна, Вестник ВНИИЖТ. 1996. № 6. с. 35.40.

15. Вопросы земляного полотна на железнодорожном транспорте: межвузовский сборник научных трудов. Вып. 203/28. 1979

16. Геотехника в транспортном строительстве: Межвуз. сб. науч. тр./ДИИТ. Днепропетровск, 1988. 93 с.

17. Геофизические методы исследования. Учебник для горных специализированных вузов. 1988.

18. Гольдштейн М.Н., Царьков A.A., Черкасов ИИ. Механика грунтов, основания и фундаменты.: Учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1981. 320 с.

19. ГОСТ 20911-75. Техническая диагностика, основные термины и определения/ М., Издательство стандартов, 1978 14 с.

20. Грицык В.И. Классификация деформаций земляного полотна // Путь и путевое хозяйство. 1991. N 1. С. 31—32.

21. Грицык В.И. Устройство для разбивки и съемки земляного полотна. A.c. N 1770749 (СССР). Бюл. ГКИ. 1992, N 39.

22. Жданов C.B., Перминнова Н.В., Шулатов A.B., Однопозов Л.Ю. Проблемы диагностики состояния грунтов и пути их решения // Вторая науч.-техн. конф. с международным участием, М.: МИИТ. 2005. С 44.

23. Заборовский А.И. Электроразведка. Гостоптезиздат, 1963 г.

24. Иванова В.М., Калинина., Нешумова J1. А. и др. Математическая статистика: Учебник -М.: Высш. шк., 1981. 371 с.

25. Изыскания, проектирование и строительство железных дорог в районах вечной мерзлоты (ВСЯ 61—89). М.: Транспорт, 1990.208 с.

26. Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного пути ЦП-544/ МПС России. -М.: Транспорт, 1998. 189 с.

27. Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного пути/ЦП МПС 3511, М.: Транспорт, 1979. 81 с.

28. Инструкция по содержанию земляного полотна на вечномерзлых грунтах /Мосгипротранс. Тында: БАМ, 1993. 82 с.

29. Калинин A.B., Владов M.JL, Шалаева Н.В. Оценка глубинности георадиолокационных исследований на основе классической теории. Вестник МГУ, сер. Геология, №3.

30. Капустин В.В., Владов М.Л. Опыт применения площадной георадарной сьемки для обнаружения и изучения локальных и линейно-протяженных объектов.// Меж.-нар. науч.-практ. конф. «Инженерная геофизика 2006». -Геленджик, 2006. С 75-77.

31. Кириленко A.M., Знайченко П.А., Бауков А.Ю. Опыт применения георадиолокационного метода для исследований строительных конструкций зданий и сооружений Тр. 4-й меж.-нар. науч.-практич. конф. «Георадар-2004». -М.: МГУ, 2004.

32. Клепикова С.М., Монахов В.В., Еременко A.B., Зверев Е.О. Перспективные направления в развитии георадиолокационных исследований.// Меж.-нар. науч.-практ. конф. «Инженерная геофизика 2006». Геленджик, 2006. С 77-78.

33. Коган А.Я., Левинзон М.А., Малинский СВ., Певзнер В.О. Спектральный состав неровностей пути и напряженно-деформированное состояние его элементов // Вестник ВНИИЖТа. М.: ВНИИЖТ. 1991. № 1. С. 39-41.

34. Колос А.Ф. К вопросу о необходимости прогнозирования несущей способности земляного полотна // Вторая науч.-техн. конф. с международным участием, М.: МИИТ. 2005. С 58-59.

35. Коншин Г.Г. Вибросейсмическая диагностика эксплуатируемого земляного полотна. /ВНИИЖТ.М.: Транспорт, 1994. 204 с.

36. Королев В.А. Мониторинг геологической среды. Учебник/Под ред. В.Т. Трофимова. М.: МГУ, 1995. 270 с.38. Курочка

37. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Квантовая механика. Нерелятивистская теория, Наука, М., 1974 г.-752с.

38. Лысюк B.C. Методика расчета несущей способности основной площадки эксплуатируемого земляного полотна: труды. Вып/451 В. 1971.

39. Лысюк B.C. Прочный и надежный железнодорожный путь М.: ИКЦ Академкнига.2003.

40. Маслов Н. Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. М.: Высш. шк., 1982. 511 с.

41. Методические указания по способам сейсмического контроля эксплуатационного состояния железнодорожного земляного полотна/ЦП МПС, ВНИИЖТ. М.: Транспорт, 1985. 48 с.

42. Методические рекомендации по геофизическому обследованию насыпей железных дорог / ЦНИИС, 1975 74 с.

43. Методические рекомендации по определению состава, состояния и свойств грунтов сейсмоакустическими методами. ВНИИЖТС. 1985.

44. Методические рекомендации по применению сейсмоакустических методов для изучения физико-механических свойств связных грунтов /ЦНИИС, м., 1976-70 с.

45. Методические рекомендации по прогнозированию надежной работы железнодорожных насыпей в условиях интенсивной эксплуатации пути. / Главное управление пути МПС: Утв.10.06.87. М.: ЦНИИТЭИ МПС, 1990.83с.

46. Методические рекомендации по проектированию насыпей на болотах по условию допустимых упругих осадок /ВНИИ транс, стр-ва. М., 1981. 40 с.

47. Методические рекомендации по производству электродинамического зондирования при инженерно-геологических изысканиях / ЦНИИС, М.,1980.

48. Методические указания по определению свойств грунтов эксплуатируемого земляного полотна / ВНИИЖТ. М., 1970. 60 с.

49. Методические указания по применению сейсмического метода при обследовании эксплуатируемых железнодорожных насыпей / Главное управление пути МПС ВНИИЖТ: Утв. 04.05.78, М., 1979 - 59 с.

50. Методические указания по разбивочным работам при сооружении земляного полотна /Грицык В. И., М.: Оргрансстрой, 1966. 213 с.

51. Методические указания по способам сейсмического контроля эксплуатационного состояния железнодорожного земляного полотна/ЦП МПС, ВНИИЖТ. М.: Транспорт, 1985. 48 с.

52. Михайлова Н.В. Новые геофизические технологии при решении инженерно-геологических задач // Вторая науч.-техн. конф. с международным участием, М.: МИИТ. 2005. С 73-75.

53. Монахов В.В., Овчинников В.И., Урусова A.B. Возможности и перспективы применения геофизических методов для диагностики земляного полтна железных дорог // Вторая науч.-техн. конф. с международным участием, М.: МИИТ. 2005. С 76-78.

54. Надежность оснований транспортных сооружений: Сборник научных трудов 1994.

55. Никитин А.А. Комплексирование геофизических методов. Учебник для вузов. 2004.

56. Обеспечение эксплуатационной надежности земляного полона /Материалы Всесоюзн. науч-техн. конфер. / ЛИИЖТ, С-Пб., 1991. 92 с.

57. Переселенков Г.С, Яковлева Е.А. и др. Пособие по проектированию земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм (к СНиП 32-01-95) ВНИИ транс, стр-ва. М, 1985. 233 с.

58. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление // Для втузов. Том 1.

59. Пльин В.А., Садовничий В.А., Сендов Бл.Х. "Математический анализ" ч. 1 изд. 3, ред. А.Н. Тихонов, изд.: Проспект 2004.

60. Повилайтене И., Слепакова О., Подагелис И. Применение новых методов диагностики при исследовании земляного полотна на железных дорогах Литвы // Вторая науч.-техн. конф. с международным участием, М.: МИИТ. 2005. С 81-83.

61. Повышение прочности, устойчивости и надежности земляного полона в условиях Урала и Западной Сибири: Тр. /УЭМИИТ. Вып. 43 / Под ред. В. И. Грицыка. Свердловск, 1974. 216 с.

62. Под ред. Варызгина Е.С. Расчет и конструирование балластной призмы железнодорожного пути М.: Транспорт, 1978. 139 с.

63. Под. ред. Переселенкова Г. С. Железные дороги в таежно-болотистой местности . М.: Транспорт, 1982. 290 с.

64. Поперечные профили земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм. Новые железные дороги. N 1223. М.: Мосгипротранс, 1979. 52 с.

65. Пособие по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна (к СНиП 2.05.07-85) / СоюздорНИИ. М: Стройиздат, 1989. 97 с.

66. Правила технической эксплуатации железных дорог /МПС РФ. ЦП 4345. М: Транспорт, 1993.160 с.

67. Проведение измерений и интерполяции георадиолокационной съемки земляного полотна с выдачей рекомендаций для проектов его усиления. // Ростов- на -Дону, РГУПС, 2004. 56 С

68. Проектирование железнодорожного пути: Уч. пособие / Под ред. Г.М. Шахунянца. М.: Транспорт, 1972. 320 с.

69. Пьянников Д. А., Болондзь В.В. Практика применения метода подповерхностного георадиолокационного зондирования ВосточноСибирской железной дороги.// Меж.-нар. науч.-практ. конф. «Инженерная геофизика 2006». Геленджик, 2006. С 70-72.

70. Разоренов В.Ф. Пенетрационные испытания грунтов 1980.

71. Рекомендации для определения карста геофизическими методами. 1986.

72. Рекомендации по изучению карста геофизическими методами. ПНИИИС -М.: Стройиздат, 1986. 112 с.

73. Рекомендации по применению геофизических методов для определения инженерно-геологических характеристик мерзлых дисперсных грунтов. М. 1984.

74. Рекомендации по проектированию железных дорог в сложных инженерно-геологических условиях. / ВНИИ трас, стр-ва. М., 1974. 260 с.

75. Руководство по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых основаниях / Минтрансстрой СССР. М.: Транспорт, 1978.140 с.

76. Руководство по проектированию противооползневых и противообвальных защитных сооружений / ВНИИ транс, стр-ва. М., 1984.

77. Руководство по топографо-геодезическим работам на транспортном строительстве. М: Транспорт, 1985. 112 с.

78. Савин А.Н. Методика диагностики состояния высоких насыпей с прогнозом возможности деформаций // Вторая науч.-техн. конф. с международным участием, М.: МИИТ. 2005. С 85-87.

79. Свод правил по проектированию земляного полотна к СНиП 32-01-95. Железные дороги колеи 1520 мм (проект). М.: 1988. 55с.

80. Серебрянников И.В. Анализ состояния и основные проблемы содержания и усиления инженерных сооружений на сети дорог // Вторая науч.-техн. конф. с международным участием, М.: МИИТ. 2005. С 10.

81. СниП 11-15-74 Основания зданий и сооружений.

82. Старовойтов A.B., Владов M.JI. Интерпретация данных георадиолокационных наблюдений. Разведка и охрана недр, 2001, №3.

83. Технические указания по инструментальной диагностике земляного полотна / Департамент пути и сооружений МПС России. М.: ИПП Куна,2000. 61 с.

84. Технические указания по организации и контролю за стабильностью высоких насыпей на прочном основании / Главное управление пути МПС -МГУПС: Утв. 27.10.94, М., 1995 65 с.

85. Технические указания по применению типовых технологических процессов диагностирования земляного полотна / Департамент пути и сооружений МПС России ВНИИЖТ: Утв. 26.12.97, М., 1998 - 38 с.

86. Технические указания по усилению насыпей с нестабильными балластными шлейфами армогрунтовыми удерживающими сооружениями / ЦП МПС, МИИТ. М: МИИТ. 1992. 125 с.

87. Технологические указания по устройству дренажей механизированным способом / ЦП МПС. М.: Транспорт, 1980. 33 с.

88. Титов В. П. Усиление земляного плотна длительно эксплуатируемых железных дорог. М.: Стройиздат, 1980. 272 с.

89. Тюрин И. М. Теория и практика укрепления земляного полотна конструкциями из термически упрочненных грунтов: Уч. Пособие /ХабИИЖТ. Хабаровск, 1992. 153 с.

90. Финкельштейн М.И., Карпухин В.И., Кутев В.А., Метелкин В.Н. Подповерхностная радиолокация. Москва, Радио и Связь, 1994.

91. Финкельштейн М.И., Кутов В.А., Золотарев В.П. Применение радиолокационного подповерхностного зондирования в инженерной геологии. М.,"Недра". 1986-128с.

92. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Том 3, Наука, М., 1969 г. -656с.

93. Шахунянц Г. М. Железнодорожный путь: Учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1987. 479 с.

94. Шишков Д.Л. Клочко A.A. Георадиолокационные исследования в условиях Центральной России Тр. 4-й меж.-нар. науч.-практич. конф. «Георадар-2004». М.: МГУ, 2004.

95. Яковлева Т.Г., Иванов Д.И. Моделирование прочности и устойчивости земляного полотна. М.: Транспорт, 1980. 225 с.

96. Частное сообщение МФТИ предоставленное фирмой "Логис"

97. Частное сообщение фирмы "Логис"101. http ://www.cultinfo.ru/iulltext/l/001/008/029/538.htm102. http://www.geo-radar.ru/articles.php103. http://www.chem.msu.Su/ms/teaching/eremin/l 0.html104. Инструкция на геоскан

98. Борн М. Вольф Э. Основы оптики изд. 2-е Москва 1973 С 719.

99. Фрадин А.З., Антенны сверхвысоких частот, М., 1957