На правах рукописи

Гниломедов Роман Александрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ
ДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ НА СТАДИИ ПЛАНИРОВАНИЯ
СОДЕРЖАНИЯ И РЕМОНТА

ЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

специальность 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок

и лесного хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Воронеж - 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Рябова Ольга Викторовна.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Афоничев Дмитрий Николаевич

кандидат технических наук

Нахаев Заурбейг Нариманович

Ведущая организация: Московский государственный

университет леса

Защита диссертации состоится 25 декабря 2009 г. в 10 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.034.02. при Воронежской государственной лесотехнической академии. 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, аудитория 240, главный корпус, тел./факс 8-4732-53-72-40.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Воронежской государственной лесотехнической академии.

Автореферат разослан 23 ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Скрыпников А.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. В настоящее время в дорожной и лесной отраслях Российской Федерации назрела проблемная ситуация из-за несоответствия фактического качества сети автомобильных дорог условиям современного дорожного движения.

Обследование сети автомобильных дорог, выполненное в 50-х годах специалистами СоюздорНИИ, зафиксировало средний срок службы асфальтобетонных покрытий в 16-18 лет. В начале 80-х годов в результате обследования, повторно проведенного работниками ГипродорНИИ, срок службы покрытий был определен в 12-14 лет. Сейчас средний срок службы асфальтобетонных покрытий составляет 5-7 лет. Аналогичный анализ по автомобильным дорогам лесного комплекса также подтверждает снижение среднего срока службы дорожных покрытий до 3-5 лет.

Одна из главных причин этого неблагополучного положения - недостаточные объемы планово-предупредительных и профилактических работ, ослабление внимания к содержанию и ремонту лесовозных автомобильных дорог.

Неудовлетворительное состояние значительной части сети автомобильных дорог Российской Федерации, включая дороги лесного комплекса, увеличение сверхнормативного воздействия на дорожную одежду постоянно растущего грузового движения, дефицит средств, направляемых на строительство и эксплуатацию автомобильных дорог, привенли к необходимости создания системы, позволяющей оптимизировать программу дорожных работ и обеспечить повышение эффективности использования вкладываемых в дороги средств.

В последние годы ежегодные объёмы работ по ремонту автомобильных дорог в лесозаготовительных регионах составляют в пределах 20Е25 % от требуемых объёмов, рассчитанных по действующим нормативным срокам. Это вызывает крайне тяжёлые условия работы дорог и их повышенный износ, вызываемый высокой интенсивностью происходящих деградационных процессов.

Рассматривая это явление с экономических позиций, происходящий невосполняемый износ в результате небольших объёмов по ремонту лесовозных автомобильных дорог вызывает резкое уменьшение первоначальной её стоимости - незначительной доли стоимости материалов, способных нормально функционировать при фактической интенсивности движения.

Устранение негативных явлений и решение этих непростых задач требуют самых современных подходов к назначению ремонтных работ на лесовозных автомобильных дорогах. Следовательно, актуальность темы исследования определяется необходимостью довести во всех лесозаготовительных регионах эксплуатационное состояние сложившейся сети дорог до уровня требований, обеспечивающих по ним устойчивое движение в любое время года.

Степень разработанности по отдельным аспектам данного направления в лесной отрасли недостаточна.

Значительный потенциал в повышении эффективности использования денежных средств заключен в планировании отдельных видов дорожно-ремонтных работ на этапах содержания и ремонта, по результатам инструментального обследования фактического состояния покрытия лесовозных автомобильных дорог. При этом, увеличение затрат на своевременное и более качественное выполнение работ по ремонту дорожных одежд позволит снизить затраты на капитальные ремонты. Учитывая, что затраты на капитальный ремонт несопоставимо выше затрат на ремонт, увеличение межремонтных сроков позволит значительно перекрыть увеличение затрат на планомерно проводимые ремонтные работы, и тем самым получить значительный экономический эффект. При этом за счет более высокого уровня содержания, достигаемого путем проведения наиболее эффективных дорожно-ремонтных работ, будет получен дополнительный эффект от повышения скорости транспортного потока и, следовательно, уменьшения стоимости перевозок, снижения потерь от дорожно-транспортных происшествий, смягчение негативных воздействий на окружающую среду.

Тема диссертационной работы посвящена проблеме повышения качества дорожных покрытий на основе системного подхода к научно-обоснованному планированию и назначению ремонтных работ.

Целью диссертационной работы является разработка методик обследования и определения эксплуатационного состояния покрытий автомобильных дорог для планирования ремонтных работ по критериям, обеспечивающим эффективность и безопасность дорожного движения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Анализ существующих моделей построения комплексной оценки качества эксплуатационных характеристик лесовозных автомобильных дорог и разработка методики их обследования.

2. Построение модели получения комплексной оценки эксплуатационного состояния лесовозных автомобильных дорог на основе применения количественных и качественных показателей.

3. Разработка моделей и метода планирования содержания и ремонта лесовозных автомобильных дорог при условии минимизации суммарного ущерба при ограниченных ресурсах.

4. Разработка рекомендаций по выбору наиболее эффективных и экологически безопасных технологических схем, материалов, машин и механизмов при выполнении дорожных работ по ремонту и содержанию лесовозных автомобильных дорог.

Методы исследования основываются на использовании методов математического и имитационного моделирования, регрессионного анализа, планирования эксперимента. Обработка результатов измерений производилась методами математической статистики с применением планового многофакторного эксперимента и показывала высокую сходимость экспериментально определенных и рассчитанных показателей.

Объектом исследования являются участки лесовозных и автомобильных дорог общего пользования (общей протяжённостью 469 км), находящиеся в эксплуатации во 2-ой и 3 дорожно-климатических зонах основных лесозаготовительных районов России.

Предметом исследования являются математические модели, методы и алгоритмы комплексной оценки эксплуатационного состояния лесовозных автомобильных дорог на стадии планирования их содержания и ремонта.

Научная новизна. Научная новизна результатов заключается в разработке комплексного подхода к оценке эксплуатационных свойств покрытий автомобильных лесовозных дорог для своевременного планирования ремонтных мероприятий, по критериям, обеспечивающим экономическую эффективность и безопасность дорожного движения.

К числу существенных результатов диссертации, обладающих научной новизной, относятся:

1. Проведён системный анализ предметной области и выполнено формализованное описание методики и модели комплексной оценки эксплуатационного состояния лесовозных автомобильных дорог, отличающихся применением количественных и качественных показателей, имеющих различную размерность и при нечёткой информации.

2. Сформулирована постановка задачи для решения оптимального планирования ремонтных работ и предложена модель участков дороги, включаемых в план ремонтных работ, при условии минимизации суммарного ущерба при ограниченных ресурсах.

3. Аналитические зависимости и закономерности изменения коэффициента сцепления покрытия в процессе эксплуатации лесовозной автомобильной дороги, отличающиеся учётом микрошероховатости и ровности покрытия.

4. Рекомендации по выбору наиболее эффективных и экологически безопасных технологических схем, материалов, машин и механизмов для выполнения дорожных работ по ремонту и содержанию лесовозных автомобильных дорог, позволяющих довести сложившиеся лесовозные автомобильные дороги до условия нормативных требований.

Практическая значимость диссертационной работы связана с использованием основных ее положений:

• полученных результатов инструментального обследования о фактическом состоянии дорожного покрытия, режимах движения автотранспорта, сроках службы покрытия, необходимых для разработки паспортов дороги, и расширения банка данных, дающих объективное представление о тенденциях изменения качественного состояния элементов лесовозной автомобильной дороги во времени;
• алгоритмов, зависимостей и моделей, позволяющих проектным организациям обосновывать технико-экономическую и социально-экологическую эффективность принятия проектных решений на содержание или ремонт покрытий лесовозных автомобильных дорог;
• математическое, методическое, программное, информационное обеспечение для стадийного повышения эксплуатационно-экологического уровня лесовозных автомобильных дорог в системе автоматизированного проектирования (свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2009614560);
• методик по оценке транспортно-эксплуатационных и экологических качеств лесовозных автомобильных дорог для использования в учебном процессе в составе учебных курсов Основы эксплуатации транспортных сооружений и Техника и технология защиты окружающей среды в дорожной отрасли, Сухопутный транспорт леса в высших учебных заведениях дорожного и лесотехнического профилей.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

• методики и модели комплексной оценки эксплутационного состояния лесовозных автомобильных дорог;
• математические модели и алгоритм множества участков дороги, включенных в план ремонтных работ, при условии минимизации суммарного ущерба при ограниченных ресурсах;
• аналитические зависимости и закономерности изменения величины коэффициента сцепления в процессе эксплуатации лесовозной автомобильной дороги, отличающиеся учетом макрошероховатости и ровности дорожного покрытия;
• рекомендации по выбору наиболее эффективных и экологически безопасных технологических схем, материалов, машин и механизмов при выполнении дорожных работ по ремонту и содержанию лесовозных автомобильных дорог.

Апробация основных результатов диссертационной работы. Основные положения диссертации обсуждались и получили положительную оценку на ежегодных научно-практических конференциях ВГАСУ (Воронеж 2004 - 2009 гг.), на заседании Центрального отделения РААСН (Воронеж - Тамбов 2009), на первой международной научно-практической интернет-конференции Санкт-Петербург ГЛТА 2009, на международной научно-практической конференции ВГЛТА, а также на заседаниях кафедры строительства автодорог ВГАСУ (2004 - 2009 гг.).

Публикации. Основные результаты научных исследований по теме диссертации отражены в 14 публикациях, в том числе 9 в изданиях, определённых и приравненных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 147 наименований. Материалы диссертации изложены на 243 страницах машинописного текста, содержат 44 таблицы, 46 рисунков и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы: цель, объекты и методы исследований, показаны: научная новизна, практическое значение, результаты внедрения, структура и объем диссертационной работы.

В первой главе выполнен анализ существующих методов оценки качественного состояния автомобильных дорог и мероприятий, направленных на совершенствование и развитие сети лесовозных автомобильных дорог.

Научные оснновы и практические методы, необходимые для оценки эксплуатационного состояния автомобильной дороги, как по отдельным её показателям, так и по группам показателей, созданы трудами В. Ф. Бабкова, А. К. Бируля, А. П. Васильева, Г.Д. Дубелира, Н. Н. Иванова, М. Б. Корсунского, В.К. Некрасова, В.М. Сиденко, В.В. Сильянова и др.

На основе этих исследований была создана научная база, необходимая для оценки эксплуатационного состояния автомобильной дороги. Дальнейшие её развитие идет по пути уточнения требований к автомобильной дороге в процессе эксплуатации, изучения изменения показателей состояния автомобильных дорог во времени, обоснования норм работоспособности и межремонтных сроков службы дорог, планирования ремонтных работ.

Значительный вклад в решение этих вопросов внесли А. М. Богуславский, Б.А. Бондарев, Д.В. Великанов, Н.П. Вырко, А.Б. Дьяков, С. К. Илиополов, И. А. Золотарь, Я.А. Калужский, А.Н. С. Коганзон, В.К. Курьянов, Ю.С. Крылов, И.И. Леонович, В.Н. Луканин, М.В. Немчинов, Н.П. Орнатский, В.П. Подольский, Б. С. Радовский, А. В. Руденский, Н.Ф. Хорошилов, Л.В. Хомяк, Е.А. Чудаков и многие другие.

Анализ данных о состоянии дорожных покрытий на автомобильных дорог федерального и местного значения показал, что возросшие осевые нангрузки транспортных средств и растущая интенсивность дорожного движения в совокупности с погодно-климатическими факторами, вызывают ускоренные процеснсы образования микротрещин и накопления остаточных деформаций в слоях дорожной одежды, проявляющихся в конечном итоге развитием сквозных трещин на дорожном покрытии, образованием просадок и колеи по мере снинжения несущей способности дорожных конструкций и достижения предельнного состояния дорожной одежды.

По данным Минтранса России, из 47 тысяч км федеральных дорог в настоящее время 30 тысяч км и практически 100 % лесовозных автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием нуждаются в том или ином виде ремонта.