ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Специфичность дорожного хозяйства заключается в том, что затраты на содержание и ремонт автодорог не могут быть сокращены за счет исключения или уменьшения объемов каких - либо работ. Их номенклатура и объемы в настоящее время лишь приближаются к нормативным требованиям, поэтому можно прогнозировать только дальнейшее увеличение материальных, энергетических и финансовых затрат. Экономия при строительстве, содержании и ремонтах автодорог может быть достигнута за счет внедрения результатов научных исследований в области ресурсо - и энергосберегающих технологий, повышения работоспособности дорожных конструкций, применения современных технологий для улучшения качества местных дорожно-строительных материалов.
Существующие нормы планирования видов ремонтных работ, а также порядок расчета норматива денежных затрат на их выполнение были разработаны на основе фундаментальных исследований ученых МАДИ, РОСДОРНИИ и Союздорнии применительно к технологиям ремонта и содержания дорог 30-летней давности, что позволяло поддерживать автомобильные дороги в работоспособном состоянии в межремонтные сроки.
По мере совершенствования технологий ремонта, обеспечивающих более высокие эксплуатационные свойства автомобильных дорог, появилась принципиальная возможность увеличения межремонтных сроков.
В настоящее время отсутствуют научно-обоснованные критерии назначения этих сроков с учётом современных технологий ремонта. Поэтому оптимизация эксплуатационных, технико-экономических и природоохранных показателей при использовании прогрессивных технологий ремонта и содержания автомобильных дорог является актуальной проблемой, решение которой позволит сократить финансирование на виды ремонтных работ, а сэкономленные средства использовать в других статьях расхода на содержание автомобильных дорог.
При планировании ремонтных работ на автомобильных дорогах и их содержания до настоящего времени не учитываются вопросы охраны окружающей среды в придорожной полосе, значение которых с ростом интенсивности потоков и грузоподъёмности транспортных средств с каждым годом усиливается.
Кроме того, остаётся недостаточно изученной взаимосвязь новых технологий с состоянием окружающей среды в пределах придорожного пространства и зоны влияния автодорог.
Оценка результатов воздействия дорожно-транспортного комплекса на окружающую среду и биосистемы придорожной полосы имеет приоритетное значение, так как по литературным данным доля транспортного загрязнения превышает 20 % от суммированного воздействия промышленного и аграрного комплексов.
Актуальность рассматриваемых в работе задач по оптимизации различных показателей при внедрении прогрессивных технологий ремонта и содержания федеральных автомобильных дорог, а также необходимость создания экологического мониторинга окружающей среды и биосистем подтверждается также и тем, что она выполнялась в соответствии с планом важнейших НИОКР Росавтодора на 2003 г. При участии автора в результате выполнения плановых работ были разработаны «Методические рекомендации по определению экономической эффективности дорожно-ремонтных работ».
Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка параметров оптимизации эксплуатационных показателей при использовании прогрессивных технологий ремонта и содержания автомобильных дорог для принятия управленческих решений.
Задачи исследования:
- провести анализ зависимости эксплуатационных, экономических и природоохранных показателей автодорог от применяемых технологий ремонта и содержания;
обосновать параметры оптимизации эксплуатационных показателей автомобильных дорог при внедрении прогрессивных технологий ремонта;
- оценить результаты взаимодействия антигололедных реагентов с окружающей средой;
- разработать методику определения экономической эффективности дорожно-ремонтных работ;
- разработать методику определения интегральных затрат на ремонт и содержание автомобильных дорог в условиях их дефицитного финансирования с учетом природоохранных требований.
Научная новизна состоит в:
- разработке методологии определения экономической эффективности дорожно-ремонтных работ;
- обосновании параметров оптимизации эксплуатационных показателей автодорог на основе вероятностной модели теории массового обслуживания;
- разработке экономической модели оптимального финансирования ремонтных работ и содержания дорог;
- разработке математической модели для определения концентраций загрязняющих веществ и оценки результатов взаимодействия антигололедных реагентов с окружающей средой в пространстве придорожной полосы.
Практическая ценность и реализация результатов научных исследований заключается в:
- апробации методики расчета уровня загрязнения пространства придорожных территорий компонентами антигололедных реагентов в производственных условиях;
- разработке и утверждении «Методических рекомендаций по определению экономической эффективности дорожно-ремонтных работ»;
- разработке рекомендаций по определению рациональных межремонтных сроков в процессе содержания автодорог;
8
- использовании результатов диссертационных исследований при подготовке студентов по дисциплинам "Эксплуатация автомобильных дорог", "Технология и организация строительства автомобильных дорог" и в процессе дипломного проектирования на механико-автодорожном факультете ВГАСУ.
Личный вклад автора в получении результатов научных исследований, изложенных в диссертации. Экспериментальные и теоретические исследования начались в 1994-м году на автомагистрали "Дон-1" и других автомобильных дорогах, в процессе которых автором были изучены и проанализированы принципы финансирования капитального ремонта и содержания автомобильных дорог, внедрены передовые технологии ремонта дорожных покрытий в условиях ограниченного финансирования. Осуществлены инструментальные измерения полей концентраций загрязняющих веществ в разных средах. Все работы по статистической обработке результатов экспериментальных исследований, математическому моделированию выполнены лично автором при консультации научного руководителя проф. Подольского Вл.П. Автором предложена вероятностная модель оптимизации эксплуатационных параметров автодорог, на основе которых разработана блок-схема и определена функция цели.
Апробация работы. Результаты исследований диссертационной работы неоднократно обсуждались на научных конференциях и семинарах ВГАСУ с 1996г. по 2002г., на международных конференциях в МАДИ (гг. 1998 - 2001), международном научно-практическом симпозиуме «Дорожная экология XXI века» (г. Воронеж, 1999).
Публикации. Результаты исследований диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах общим объемом 343 стр., из них автору принадлежит 56 стр.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, четыре главы, основные результаты и выводы, список литературы из 107
наименований и 2 приложений. Объем работы - 176 страниц машинописного текста, в том числе, 26 таблиц, 22 иллюстраций и графика. На защиту выносятся:
- методология определения экономической эффективности дорожно-ремонтных работ;
- обоснование параметров оптимизации эксплуатационных показателей автодорог на основе вероятностной модели теории массового обслуживания;
- экономическая модель оптимального финансирования ремонтных работ и содержания федеральных дорог;
- математическая модель для определения концентраций загрязняющих веществ и оценки результатов взаимодействия антигололедных реагентов с окружающей средой в пространстве придорожной полосы;
- рекомендации по увеличению межремонтных сроков при содержании автодорог.
В первом разделе представлен анализ литературных источников по результатам исследований, проводимых отечественными и зарубежными учеными в области эксплуатации автодорог. Приведена объективная характеристика существующих и перспективных технологий ремонта и содержания автодорог. Проанализированы существующие методики оценки и прогнозирования состояния окружающей среды в придорожной полосе. С учетом актуальности рассматриваемой проблемы сформулированы цель и задачи исследования.
Во втором разделе представлены анализ видов разрушения дорожных одежд, прогрессивных технологий ремонта содержания автомобильных дорог и теоретическое обоснование по оптимизации показателей потребительских свойств автодорог, обеспечиваемых фактическим уровнем их содержания, техническими параметрами, инженерным оборудованием и обустройством.
В третьем разделе разработаны критерии на основе математического моделирования состояния окружающей среды в зоне влияния автодорог в
10
процессе эксплуатации. Разработанная модель позволяет прогнозировать участки дорог с пониженным качеством среды обитания, а также определять виды и состав мероприятий по содержанию, обеспечивающих его повышение.
В четвертом разделе на основе теории массового обслуживания разработана вероятностная модель по улучшению технико-экономических и эксплуатационных параметров автодорог, определена функция цели по оптимизации расходов на их капитальный ремонт и содержание в условиях дефицитного финансирования. На основе полученных результатов разработаны рекомендации по увеличению межремонтных сроков в процессе содержания автодорог. Они являются основой управления состоянием автомобильных дорог и исходной базой для эффективного использования средств и материальных ресурсов, направляемых на реконструкцию, ремонт и содержание дорожной сети.
В главе рассматривается также обоснование эффективности затрат, направляемых на выполнение отдельных видов работ по ремонту автомобильных дорог, которые в максимальной степени влияют на продолжительность межремонтных сроков.
и
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ РЕМОНТА И СОДЕРЖАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И ИХ
ВЗАИМОСВЯЗИ С ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ, ТЕХНИКО -ЭКОНОМИЧЕСКИМИ И ПРИРОДООХРАННЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ
В настоящее время в дорожной отрасли Российской Федерации назрела острая ситуация из-за несоответствия фактического качества сети автомобильных дорог условиям современного дорожного движения /1/. Она имеет тенденцию к непрерывному снижению срока службы асфальтобетонных покрытий за последние десятилетия /103/.
Обследование сети автомобильных дорог, выполненное в 50-х годах специалистами «СоюздорНИИ», зафиксировало средний срок службы асфальтобетонных покрытий в 16-18 лет /77/. В начале 80-х годов в результате обследования, повторно проведенного работниками «ГипродорНИИ», срок службы покрытий был определен в 12-14 лет. В настоящее время средний срок службы асфальтобетонных покрытий уже не превышает 5-7 лет /1- 21.
Причина сложившейся ситуации заключается в дефицитном финансировании дорожной отрасли России, которое не соответствует реально сложившейся ситуацией на дорогах из-за резко возросшей интенсивности транспортных потоков с увеличением доли транспортных средств со сверхнормативными нагрузками /1-2, 10/.
В этих условиях решение проблемы поддержания транспортно — эксплуатационного состояния автомобильных дорог, обеспечивающего их потребительские свойства на приемлемом уровне, возможно при более эффективном использовании выделяемых средств /4,52,58/.
1.1. Анализ параметров качества дорожных одежд и содержания автомобильных дорог
Транспортно-эксплуатационные качества дороги - это характеристики ее
12
надежности и работоспособности как инженерного сооружения, к которым относятся прочность дорожной одежды, ровность, шероховатость и сцепные качества покрытий, устойчивость земляного полотна. Они зависят от уровня содержания дороги, очередности назначения ремонта и распределения средств на эти цели /10-14/.
Дорожно-ремонтные работы выполняют с целью обеспечения сохранности конструктивных элементов автомобильной дороги и приведения её транспортно-эксплуатационных качеств в соответствие с требованиями современного автомобильного движения /2,18,31/.
Технический уровень дороги - это степень соответствия нормативным требованиям постоянных геометрических параметров и характеристик дороги и ее инженерных сооружений, не изменяющихся в процессе эксплуатации или меняющихся только при реконструкции и капитальном ремонте.
Значительная часть дорожной сети, построенная в 60-70-е годы по устаревшим к настоящему времени техническим нормативам, не удовлетворяет современным требованиям. С учетом обеспечения круглогодичного проезда транспортных средств качество дорожных одежд оценивается скоростью автомобилей. Основным параметром обеспеченности расчетной скорости является эксплуатационный коэффициент /11,16/:
К =V^ IV , (l.i)
р.с.э «ртах р v y
где Уфтах - фактическая максимальная скорость при характерных для данного
периода года условиям погоды и уровня содержания дороги, км/час; Vp -
расчетная скорость для дороги данной категории и рельефа местности, км/ч.
Коэффициент обеспеченности расчетной скорости - отношение \^фтах к
базовой расчетной скорости V : г г расч
13
v
XT' фгпах /i o\
KpC =—^—• (1.2)
v рас За базовую расчетную скорость принята скорость V =120 км/час.
На основе допустимых пределов обеспеченной скорости на эксплуатируемых дорогах с учетом их состояния определяются технические условия ремонта и содержания автомобильных дорог. По степени обеспеченности расчетной скорости разработаны основные показатели оценки условий движения и уровня содержания дорог в неблагоприятные периоды года /57/.
Важным параметром автомобильной дороги, связанным с Крсэ, является
пропускная способность и степень загрузки дороги Z /11/. Этот параметр
учитывается только при транспортном потоке с интенсивностью не менее 4 тыс. авт./сут для летнего, осенне-весеннего и зимнего периодов.
Степень загрузки определяется отношением фактической, приведенной к легковому автомобилю, интенсивности движения к пропускной способности дороги:
Z=NC33 Л/Рсезп, (1.3)
где Н;ез.л — интенсивность движения в данный период года, приведенная к легковому автомобилю, авт,/ч; Рсез - пропускная способность; П — число полос движения.
Степень загрузки Z не должна превышать: 0,5 - на подъездах к
аэропортам, морским и речным причалам; 0,6 - на внегородских автомобильных магистралях (дорогах I категории); 0,65 - на входах в города, обходах и кольцевых дорогах вокруг больших городов; 0,70 - на дорогах II и III категорий; 0,75 - на дорогах IV категории.
14
Основным критерием автомобильных дорог является безопасность движения на дорогах, которую определяют для каждого периода года по показателю относительной аварийности - коэффициенту происшествий, коэффициенту аварийности и коэффициенту безопасности /10,13,37/.
Обеспечение непрерывности проезда на дорогах I- III категорий является обязательным требованием, так как перерывы движения недопустимы, за исключением чрезвычайных ситуаций и при выполнении больших объемов ремонтных работ. Закрытие или ограничение движения в весенний расчетный период допускается на пучинистых участках 1V-V категорий и с недостаточной прочностью дорожной одежды, а также на участках прогнозируемого затопления или разрушения земляного полотна и искусственных сооружений при паводке, в зимний период на участках, где движение автомобилей полностью прекращается из-за отсутствия перевозок.
К основным параметрам автомобильной дороги относятся геометрические размеры и прочность дорожной одежды.
Для определения прочности рекомендуется учитывать обратимый прогиб или эквивалентный модуль упругости дорожной одежды и земляного полотна /11,14/.
Требуемые модули упругости назначают с учетом нормативных межремонтных сроков службы одежд до капитального ремонта, значения расчетной осевой нагрузки и интенсивности движения расчетных автомобилей, вида покрытия, дорожно-климатической зоны, грунтово-гидрологических условий, общей толщины дорожной одежды, ее конструкции и эксплуатационной надежности на обследуемом участке.
Расчетная осевая нагрузка при проектировании капитального ремонта дорог I-IV категорий принимается равной 100 кН.
Основным геометрическим параметром для определения фактической категории дороги во всех случаях является фактическая ширина проезжей части. На дорогах или участках дорог значительной протяжённости с краевыми
15
укрепительными полосами, имеющими однотипное покрытие с проезжей частью, таким параметром служит ширина проезжей части с краевыми укрепительными полосами.
Категорийность автомобильной дороги необходимо учитывать при разработке проектов реконструкции и капитального ремонта, что обеспечивает комплексность и взаимную увязку работ, исключает переделки ранее отремонтированных участков /31-33/.
Качество дорожных одежд определяется коэффициентом сопротивления
качения колеса автомобиля. Сила сопротивления качения F зависит от колесной нагрузки, давления воздуха в шинах, размеров колес и эластичности шин, скорости движения, прочности одежды, ровности покрытий и является важной характеристикой взаимодействия автомобиля с дорогой. Основной задачей дорожной службы является создание такой дорожной одежды и
покрытия, при которых сила F была бы наименьшей /32-33/. Качество
покрытия определяется, таким образом, по показателю взаимодействия его с колесами, который характеризуется микронеровностями и шероховатостями. Особенно эти свойства проявляются в зимнее время, так как на шероховатых покрытиях снег, уплотненный между выступами каменных частиц, содержит значительное количество воздуха и имеет пористую структуру /70,76/. Это облегчает удаление ледяного слоя, но для удаления снега из впадин требуется больше хлоридов. Такая ситуация возникает при использовании покрытий типа "Слари Сил" /3,98/. Вопросы технико-экономической эффективности таких покрытий нуждаются в дальнейших исследованиях.
1.2. Анализ существующих технологий ремонта автомобильной дороги
Планирование дорожно-ремонтных работ может быть перспективным по межремонтным и текущим (годовым) срокам службы дорожных одежд, при
16
i)k которой потребность соответствующего ремонта устанавливают на основе
фактического состояния конструктивных элементов автомобильной дороги / /. Поддержание автомобильных дорог в рабочем состоянии достигается в результате их ремонтов /11,18,57/.
В соответствие с классификацией работ /20,48,67,80/ по ремонту и содержанию автодорог предусматриваются следующие виды работ: капитальный ремонт, ремонт и содержание. Кроме них следует учитывать и реконструкцию дороги, предусматривающую увеличение ее пропускной и несущей способностей путем изменения плана и продольного профиля на отдельных участках, коренного переустройства дорожной одежды, земляного полотна и дорожных сооружений. Как правило, в этом случае дорога переводится в более высокую категорию.
1.3. Ремонт и содержание земляного полотна
При восстановительном ремонте ликвидируются размывы и разрушения на участках пучинообразования и оползневых явлений, производится очистка обвалов, оползней, и селевых выносов /81,84,102/. Уполаживаются откосы насыпей и выемок, осуществляется засев трав на откосах земляного полотна и резервов с проведением необходимых агротехнических мероприятий по формированию прочного дернового покрытия, укрепительные и другие работы, обеспечивающие устойчивость земполотна /61,64/. Производится поднятие небольших по протяжённости участков земляного полотна на сырых и снегозаносимых местах, ликвидация локальных вспученных участков. Раскрываются снегозаносимые выемки, устраиваются аккумуляционные полки, производится срезка откосов выемок для обеспечения видимости на кривых в плане и для размещения сбрасываемого снега; отсыпаются грунтовые банкеты и бермы для защиты откосов от размывов и задержания приносимого снега.
17
Осуществляется восстановление земляного полотна и водоотвода на пересечениях и примыканиях, площадках для остановки, стоянках автомобилей, подъездных дорогах к объектам дорожно-ремонтной службы, живописным и достопримечательным местам, паромным переправам /89,90,96-97,101/.
Подсыпаются и укрепляются обочины. Оформляется отвод в постоянное и временное пользование земли, необходимой для обеспечения работ по восстановительному ремонту /34-35 /
Восстановление травяного покрова на откосах земполотна осуществляется путём подсева семян злаковых и бобовых трав 1X061.
При доведении геометрических параметров плана и продольного профиля дороги до норм, соответствующих установленной категории, работы выполняются в соответствии с проектной документацией на капитальный ремонт. При изменении высоты насыпи земляные работы выполняются после разборки конструкции дорожной одежды и последующего складирования материалов для возможного повторного использования.
В процессе углубления выемки её вначале уширяют поверху, а затем разбирают дорожную одежду, уширяют выемку в нижней части и углубляют.
Уширение насыпи производится с учётом вида грунтов, высотных отметок и поперечного профиля, местных климатических и гидрологических условий. При выполнении работ по уширению применяют грунты, пригодные по своим показателям для укладки в насыпь уширения. На пучиноопасных участках устраняются причины их образования, и для уширения используются исключительно дренирующие грунты.
Для обеспечения равнопрочности уширенной насыпи она армируется геосинтетическими материалами и уплотняются с коэффициентом уплотнения не менее 1.0/105/.
На участках, ранее отсыпанных из лёссовидных, набухающих и просадочных грунтов, где систематически отмечаются пучины и просадки,

 Часть из работы     Получить работу