Научно-исследовательская лаборатория «Путеиспытательная» кафедры «Путь и путевое хозяйство»

Отраслевая Путеиспытательная лаборатория была создана в 1958 году по распоряжению Министерства путей сообщения при кафедре «Путь и путевое хозяйство» благодаря инициативе заведующего кафедрой Георгия Михайловича Шахунянца.

Научной направленностью Путеиспытательной лаборатории были работы по исследованию существующих и перспективных конструкций элементов железнодорожного пути, его верхнего и нижнего строения.

Путеиспытательная лаборатория состояла из двух взаимосвязанных частей: стационарной и передвижной в виде вагонов-лабораторий.

Испытания конструкций пути непосредственно под поездами выполнялись вагонами-лабораториями. Они имели свою тензометрическую аппаратуру и энергетическое хозяйство.

В стационарной части были установлены испытательные машины, позволяющие проводить исследования, как образцов различных материалов, так и целых рельсов.

Одной из особых испытательных машин являлась и является геотехническая центробежная установка, введенная в эксплуатацию в 1961 году.

Во многих странах (Япония, США, Франция, Англия, Китай и др.) в 70…80-х г.г. прошлого столетия началось интенсивное использование метода центробежного моделирования для исследования прочности и устойчивости различных геотехнических сооружений и других устройств.

Достижения в области центробежного моделирования в мире регулярно докладываются на международных конференциях и симпозиумах. В Международном обществе по геотехнике, механике грунтов и фундаментостроению (ISSMGE) имеется постоянно действующий Комитет по центробежному моделированию (TC2), который был учрежден ISSMGE в 1981 г. под названием “Центробежное Моделирование”. ТС2 определяет и разрабатывает стратегию работ в области геотехнического моделирования на перспективу. В Комитет по центробежному моделированию (TC2) входит и представитель от России – первый проректор-проректор по учебной работе, профессор В.В. Виноградов (МИИТ). Это возможно благодаря проводящимся и в настоящее время исследованиям в Путеиспытательной лаборатории.

За более чем 40-летний период эксплуатации центрифуги МИИТ выполнен целый ряд крупных научных исследований и решен большой круг задач в области земляного полотна железных дорог.

Среди них наиболее значимыми являются:

1) Моделирование более 100 железнодорожных насыпей разной высоты при разной номенклатуре грунтов и разной их плотности и влажности. Результаты моделирования позволили определить возможные эксплуатационные осадки насыпей, которые являлись основой для назначения норм плотностей грунтов как доли от максимальной стандартной плотности. Это обоснование норм было выполнено впервые; нормы вошли в СН 449-72 и в модернизированном виде в СТН Ц-01-95 и СП 32-104-98.

2) При строительстве железнодорожных линий Тюмень-Сургут и Сургут-Уренгой из-за дефицита дренирующих грунтов на трассе было принято решение использовать для возведения насыпей на болотах местные пылеватые и мелкие пески. На центробежной установке была проверена динамическая устойчивость более 80-ти насыпей на болотах, возводимых из пылеватых и мелких песков. Это стало возможным благодаря оснащению центрифуги МИИТ единственной в мировой практике динамической моделью поездной нагрузки.

Практика строительства упомянутых выше железнодорожных линий показала, что обоснованные типовые профили насыпей оказались устойчивыми.

• Моделирование около 200 насыпей разной высоты при разной номенклатуре грунтов и разной их плотности и влажности при воздействии модели динамической поездной нагрузки позволило выявить такой уровень динамических напряжений на основной площадке, при котором наступает предельное равновесие насыпи по устойчивости. Это позволило разработать метод интегрального учета влияния динамического характера поездных нагрузок на устойчивость откосов насыпей.
• Моделирование деформирующихся и потенциально-опасных насыпей, укрепленных различными армогрунтовыми конструкциями: армогрунтовыми стенами, габионными структурами, стягивающими элементами, анкерными конструкциями, свайными рядами и пр. Совместно с разработкой раcчетных моделей результаты моделирования позволили отработать целый ряд способов усиления насыпей, вышедших в созданных в МИИТе нормативных отраслевых документах.
• Моделирование эксплуатируемых объектов земляного полотна железных дорог сети. Исследовали в основном, деформирующиеся и потенциально-опасные насыпи. Целью моделирования являлось прогнозирование состояния насыпей и проверка эффективности тех или иных способов их усиления.

Наибольшее количество объектов было промоделировано для Северной железной дороги. Это насыпи на болотах на линиях Москва-Архангельск и Маленга-Обозерская.

Моделировали также высокие насыпи с балластными шлейфами; насыпи, усиленные армогрунтовыми сооружениями для Горьковской, Юго-Восточной, Октябрьской, Московской и других дорогах.

Наряду с указанными исследованиями в МИИТе велись теоретические разработки по вопросам развития теории центробежного моделирования, и в частности, теории моделирования земляного полотна железных дорог.

По окончании работ реконструкции центробежной установки в 2005 г. и по настоящее время осуществляется совместная работа МИИТ и «ФСК «МостГеоЦентр» в соответствии с соглашением “О реализации программы оценки эксплуатационной надежности проектных решений усиления объектов земляноо полотна габионными конструкциями на базе центробежной установки МИИТ”.

Были выполнены работы: по монтажу электропривода и запуску центробежной установки после ее реконструкции; по отработке методики моделирования и проверке работоспособности центробежной установки; начато моделирование объектов земляного полотна железных дорог. В качестве опытного объекта моделирования была выбрана деформирующаяся насыпь на 93 км линии Москва-Коломна Московской железной дороги. Результаты моделирования позволили подтвердить эффективность применения стены системы Террамеш для усиления данной насыпи и в тоже время получить схему деформирования насыпи при отсутствии конструкции усиления в виде подпорного сооружения.

При дальнейшей реконструкции центробежной установки были выполнены работы по модернизации контрольно-измерительной системы, проведено оборудование центробежной установки системой видеонаблюдения.

С участием ведущей в мире фирмы по производству и оснащению центробежных установок Actidyn были осуществлены разработка и монтаж новой контрольно-измерительной системы с использованием оптико-волоконного канала передачи.

В последнее время промоделированы объекты земляного полотна железных дорог, а также технические решения по усилению земляного полотна. В качестве объектов моделирования были приняты:

1) Моделирование насыпи на слабом основании – прототип - насыпь высотой 9 м на 103 км участка Москва – Александров Московской железной дороги;

- моделирование насыпи на слабом основании – прототип-насыпь высотой 9 м на 103 км участка Москва – Александров Московской железной дороги с усилением подпорной стеной системы Террамеш;

2) Моделирование выемки 2 км участка Бугач – Зыково Красноярской железной дороги без усиления и с усилением гравитационной габионной стеной.

3) Моделирование насыпи 1943 км участка Кропачево – Челябинск Южно – Уральской железной дороги

Было промоделировано еще несколько объектов: насыпь на слабом торфяном основании – прототип-насыпь на участке Рощино - Канельярви Октябрьской железной дороги; насыпь 273 км участка Гостюхино – Сарыево линии Москва – Нижний Новгород Горьковской дороги. Также был выполнены также моделей для проверки работы различных режимов работы центробежной установки.

В 2006 г. на симпозиуме по Физическому моделированию в Геотехнике в Гонконге (Китай), проходящем один раз в четыре года и на ежегодных (с 2004 г.) Чтениях посвященных памяти профессора Г.М.Шахунянца в МИИТе представлялись результаты работ по физическому моделированию объектов земляного полотна

В последнее время важной проведенной работой стало оснащение современным лабораторным комплексом для испытаний грунтов. Комплекс включает один прибор трехосного сжатия (стабилометр); два сдвиговых прибора (в т.ч. с использованием кинематического нагружения); три прибора компрессионного сжатия; компрессор для подачи давления; комплекс для измерения параметров; ноутбук и программное обеспечение обработки результатов испытаний.

В настоящее время работы по моделированию объектов земляного полотна сопровождаются комплексом лабораторных испытаний грунтов. Данные испытаний и моделирования формируются в виде паспортов грунта, на основе которых формируется в банк данных. Была продолжена экспериментальная проверка методом центробежного моделирования проектных технических решений по усилению объектов земляного полотна железных дорог.

Кроме того были выполнены работы по обоснованию новых технических решений при строительстве насыпи со встроенной армогрунтовой конструкцией системы Террамеш на участке о.п. Шереметьевская к аэропорту Шереметьево 2 Московской ж.д. в 2006-2007 г.г. На этом же участке на 24 км проводился также мониторинг по оценке качества выполнения работ по сооружению насыпи и стены системы Террамеш.

В течение 2008 г.-2009 г.г. были продолжены работы по оценке проектных технических решений по усилению земляного полотна железных дорог с использованием метода центробежного моделирования, мониторингу объектов и исследованию деформативности габионных конструкций.

За более чем 50-летнюю работу в Путеиспытательной лаборатории был сформирован большой коллектив инженеров, техников, лаборантов. Со дня основания в ней работали: А.Н.Марготьев, В.И.Мухин, Г.Г.Коншин, А.А.Кондратьев, А.Н.Малявко, И.И.Журин, Б.Ф.Артюхин, С.Г.Игнатьев, В.Г.Пенто, Д.И.Иванов, Г.Г.Желнин, Л.С.Давыдов, Л.В.Ерохина, Н.Д.Анисимова, Г.А.Виноградова, Л.В.Васючкова и др.

Первая крупная экспериментальная работа была проведена отраслевой лабораторией в 10-летний период с 1958 по 1968 г.г. на Белорусской ж.д., на перегоне Ошмяны-Гудогай Молодеченской дистанции пути. Там изучалось взаимодействие подвижного состава и пути с железобетонными шпалами. Были даны рекомендации по расчетным параметрам для пути и для конструирования шпал. Также были предложены наиболее целесообразные модули упругости подрельсового основания.

В начале 60-х годов передвижной сектор лаборатории проводил исследования на участке Голутвин – Озеры Московской ж.д. Так в 1961-1963 г.г. совместно с ВНИТИ проводились государственные путевые и динамические испытания тепловозов ТГ102 и ТЭ7. В результате были выработаны предложения к конструкционной скорости тепловозов в прямых и при прохождении кривых.

Благодаря проведенным в Путеиспытательной лаборатории исследованиям был защищен большой ряд диссертационных работ, как кандидатских (Т.Г. Яковлева, Г.Г. Коншин, В.И. Болотин, В.Я. Шульга, С.П. Першин, И.Б. Лехно, А.М. Никонов, А.И. Гасанов, М.Б. Смирнова, И.Я. Туровский, Э.В. Воробьев, С.И. Клинов, С.А.Войтов, В.В. Виноградов, М.В. Вольнов, Е.С. Ашпиз, А.А. Сидраков, А.А. Зайцев, А.В. Замуховский, А.Б. Солодовников, А.И. Середин и многие другие исследователи), так и докторских (Т.Г. Яковлева, В.В. Виноградов, Е.С. Ашпиз). Начальниками вагонов-лабораторий были А.А. Кондратьев, А.Н. Малявко и другие. Руководителями групп работали Д.И. Иванов, Л.П. Алексеева, В.И. Моргуненко, Л.В. Глазкова.

Решением проблемы динамического взаимодействия пути и подвижного состава работники Путеобследовательской лаборатории занимались под руководством А.И. Гасанова, который руководил лабораторией в начале 80-х годов.

В лаборатории в разное время проводили исследования аспиранты из зарубежных стран: это аспиранты Г.М. Шахунянца из КНР Лян Дзяджуй, Фу Гуансинь и Лю И, корейский аспирант Пан Ен Сок; под руководством д.т.н. Т.Г.Яковлевой свои исследования выполняли аспиранты Флавьен (Мали), Пламен Кисьов (Болгария) и многие другие.

Только за последний год на кафедре Путь и путевое хозяйство благодаря исследованиям в Путеииспытательной лаборатории проведена защита диссертационной работы аспиранта из Казахстана Ж.К. Аймурзаевой (рук. проф.Коваленко Н.И.), готовятся к защите работы аспирантов Акашова А.Н. (рук.д.т.н.В.М.Ермаков), Гречаника А.В. (рук. проф.А.И.Гасанов).

В 70-хх- 80-хх г.г. штат лаборатории достигал 100 человек. К сожалению, в начале 90-хх годов объемы заказов значительно уменьшились, что привело к значительному сокращению штата и перевода многих работников лаборатории на работу по неполному рабочему дню.

В начале 2000 г.г. работа в Путеиспытательной лаборатории изменилась. Был пересмотрен и актуализирован объем помещений (часть помещений передана в обращение учебной части ИЭФ), в оставшихся помещениях проведен капитальный ремонт. В 2001 году, преимущественно в целях развития работ на геотехнической центробежной установке, в Путеиспытательной лаборатоии приказом ректора образован специальный учебно-исследовательский центр "Моделирование инженерных сооружений".

В Путеиспытательной лаборатории много внимания уделялось исследованиям работы верхнего строения пути, взаимодействия пути и подвижного состава.

В конце 60-х – в начале 70-х годов лабораторией был выполнен большой объем экспериментальных работ, результаты которых позволили, совместно со специалистами ВНИИЖТ, разработать ныне действующую методику оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения надежности (ЦПТ-52-14).

В Путеиспытательной лаборатории были выполнены работы по исследования живучести рельсов с трещинами в головке рельса. Разработаны нашпальные прокладки повышенной упругости для скрепления КБ-65. Разработаны, испытаны и внедрены участки переменной жесткости на подходах к искусственным сооружениям. Разработаны, испытаны и внедрены клееболтовые стыки повышенной прочности, позволяющие вваривать их в плети бесстыкового пути.

Значительная работа в Путеиспытательной лаборатории ведется по научному сопровождению безбалластного пути метрополитенов, в том числе разработка методов и конструкций, снижающих вибрацию и шум.

С участием сотрудников лаборатории разработан стандарт ОАО "РЖД" на шумозащитные экраны.

В последние годы, по заказу ОАО "РЖД", в лаборатории ведется работа по разработке конструкций, снижающих деформативность подшпального основания на маршрутах обращения поездов повышенной массы и длины. Разработаны технологические процессы укладки таких конструкций, уложены опытные участки на Большом московском окружном кольце.

Ведется работа по исследованию, испытанию и мониторингу пути на высокоскоростных участках движения.

В лаборатории ведется значительная работа по научному сопровождению и мониторингу строительства Амуро-Якутской железной дороги, железнодорожного пути Обская-Бованенково в Ямало-Ненецком АО.

Таким образом, за время работы Путеиспытательной лаборатории был выполнен ряд научных задач по обеспечению стабильности, надежности и безопасности работы железнодорожного пути.

Путеиспытательная лаборатория может выполнять исследования по следующим направлениям:

- испытания конструкций и элементов верхнего строения пути;

- испытания конструкций земляного полотна и искусственных сооружений с применением метода центробежного моделирования;

- натурные исследования напряженно-деформированного состояния пути и его элементов;

- осуществлять ресурсные и сертификационные испытания материалов и конструкций применяемых в железнодорожном пути;

- проведение фундаментальных исследований в области железнодоржного пути;

- обеспечение базы для проведения диссертационных исследований.

В настоящее время лаборатория продолжает исследования в области железнодорожного пути на современном уровне. Однако обеспечение преемственности в научных исследованиях, поддержание их стабильно высокого уровня, сохранение постоянного коллектива возможно только на госбюджетной основе.