Сооружение земляного полотна в криолитозоне

• Автор: Цернант, Александр Альфредович
• Шифр специальности: 05.23.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 175 с. : ил.; 20х15 см

Общая характеристика работы
Актуальность.
Изменение геополитического положения России после распада СССР еще более усилило роль и значение освоения природных ресурсов Севера, Сибири и Дальнего Востока. В современных границах Россия является самой северной страной мира, географический центр которой (101° 9' в.д. и 60 22’ с. ш.) находится лишь в 2200 км от полюса холода
северного полушария Земли. Из 17,1 млн. км* всей территории страны 10,7 млн. км2 расположено в полярной, субполярной и бореальной географических зонах криолитозоны, характеризуемых резко континентальным климатом с продолжительной морозной зимой и коротким жарким летом, распространением вечной мерзлоты, переувлажнённостью и заболоченностью территорий и экстремально неблагоприятным сочетанием инженерно-геологических условий, усугубляемых сплошным бездорожьем. В то же время, именно в криолитозоне сосредоточены основные разведанные и прогнозные стратегические запасы минерально-сырьевых и энергетических ресурсов страны.
Бездорожье является причиной высокой себестоимости добычи и транспортировки природных ресурсов, дороговизны привозных товаров и материалов, высокой трудоемкости и стоимости капитального строительства, социальной и экологической напряженности.
Поэтому преодоление бездорожья в криолитозоне было и является для России одной из самых актуальных задач науки и хозяйственной практики.
Опережающее, по отношению к промышленным объектам, создание транспортных коммуникаций и, прежде всего, железных дорог, как наиболее универсального и экологически чистого вида всесезонного транспорта, является необходимым условием обеспечения экологической и экономической безопасности при освоении ресурсов криолитозоны.
Возможность инвестирования транспортного строительства в криолитозоне определяется продолжительностью и ресурсоёмкостью инвестиционных циклов, то есть соотношением первоначальных затрат времени, труда, финансов, энергии, материалов, информации и природных ресурсов к получаемой результативности.
. Это выдвигает на первый план проблему круглогодичного строительства дорог пионерного типа, с их поэтапным, по мере возрастания объемов перевозок, усилением, как одного из важнейших условий снижения начальных капиталовложений и, следовательно, привлечения инвестиций.

Следовательно, ТТ-2 - это комбинация ТТ-1 (вторичный контур) и термомеханического, термохимического, термомагнитного или
электрокаллорического ТТ (первичный контур) с различными теплоносителями (теплообменивающимися средами). ТТ-2, в обеих контурах которых циркулируют экологически чистые вещества, в частности, воздух являются озонобезопасными. Поэтому системы, основанные на применении в первичном контуре турбохолод ильных установок (ТХУ), являются экологически более предпочтительными. Некоторые из них, разработанные ЦНИИСом и НПО"Наука" с участием автора [132,133], применены в технологических процессах подземного строительства.
ТХУ представляют собой малогабаритные установки массой до 50 кг, работающие от источника сжатого воздуха с подачей О, К 0,5 м ''/с под давлением 0,4ч-1,5 МПа. Атмосферный воздух, очищенный от влаги и механических примесей, охлаждается в ТХУ до -40+-100 °С и подается в каналы, поры или полости охлаждаемого грунтового массива. Высокая интенсивность и низкая температура замораживания фунта и возможность выполнять работы в любое время года позволяют создать системы, обеспечивающие безопасную эксплуатацию мерзлых грунтовых сооружений и оснований в режиме периодической “подкачки холода”. Применение ТТ-2 на базе ТХУ в сочетании с ТЭ, ТА и ТД различных типов позволяет оперативно осуществить термодинамическую стабилизацию ЗП, а также оснований зданий и сооружений, ранее построенных и эксплуатируемых в криолитозоне без специальных систем для эффективного регулирования теплового режима. Это обстоятельство представляет особый интерес в связи с прогнозируемым глобальным потеплением климата.
Тепловые трансформаторы третьего типа (ТТ-3) - это системы и устройства, основанные на отводе из фунтового массива тепла путем введения в его поры, полости или каналы сжиженного газа или твердой углекислоты. К ТТ-3 относятся известные методы азотного замораживания горных пород, а также любые другие методы, в которых тепловая энергия фунтового массива поглощается при фазовых переходах. ТТ-3 позволяют также оперативно, как ТХУ, осуществлять низкотемпературное замораживание грунтовых массивов. Трудности в применении ТТ-3 заключаются в необходимости соблюдения мер безопасности при работе с жидким азотом.
Необходимо заметить, что в чистом виде только тепловой экран, тепловой амортизатор или тепловой диод практически не встречаются. Действие устройств для регулирования теплового режима грунтовых массивов проявляется комплексно. Поэтому в расчетах теплового режима многослойных конструкций почвенно-грунтовых профилей грунтовых массивов, включающих в себя тепловые амортизаторы и тепловые диоды, учитываются все составляющие интегро-балансового уравнения (1.1) по каждому из элементов грунтового массива. Если за рассматриваемый период в грунтовый массив не вводятся какие-либо модификаторы и не происходит существенного изменения ФМС грунтов , а масса остается стабильной, то уравнения5'1 (1.1) и (1.3) + (1.5) дают идентичные результаты.