Основные предпосылки обеспечения технологической надежности

На процессы производства строительно-монтажных работ, как уже отмечалось ранее, существенное влияние оказывают целый ряд случайных факторов. В результате, построенное сооружение не всегда в полной мере соответствует требованиям проекта и, в частности, проекта производства работ, а также условиям и срокам строительства и эксплуатации данного объекта. Параметры, характеризующие в проекте и в процессе производства работ климатические, гидрологические условия, и свойства применяемых строительных материалов, изделий, конструкций, принимаемые обычно детерминированными величинами, на самом деле являются случайными величинами, имеющими определенный закон распределения [8].

Недостаточный учет случайного характера основных факторов, влияющих на процесс производства работ, может привести к снижению надежности, например, построенной новой ж.д.линии или вторых путей, сроков их службы и эффективности капитальных вложений на их строительство и эксплуатацию.

С позиций теории надежности строительство новой или реконструкция существующей железной дороги представляет собой сложную систему, надежность которой является функцией надежности её элементов.

Влияние организации и технологии работ на надежность, например, ж.д.строительства выражается в том, что надежность любого элемента новой железной дороги, в том числе и земляного полотна, может в той или иной степени не соответствовать проектной заданной надежности из-за допущенных строителями тех или иных технологических отклонений. В этом случае говорят о недостаточной технологической надежности. И наоборот, при высоком уровне организации и технологии работ (т.е. высокой технологической надежности) вновь построенная линия или её элементы (з.п., ВСП, МИС и т.д.) могут иметь надежность несколько выше проектной, так как при проектировании ориентируются на некоторую среднюю технологическую надежность, вводя соответствующие коэффициенты запаса.

Проблема обеспечения надежности любого строительного процесса, если рассчитывать её комплексно, слагается из обеспечения его надежности на стадии проектирования, затем, в период производства работ и, наконец, в период эксплуатации построенного объекта. А это значит, что на каждом из трех этапов проблема надежности требует проведения соответствующих расчетов для количественного обоснования принимаемых решений.

Что касается строительных процессов при сооружении новых и реконструкции существующих железных дорог, необходимо признать, что теоретические основы обеспечения надежности этих процессов ещё только разрабатываются в научных исследованиях. Поэтому сейчас можно говорить лишь о принципах решения этой сложной проблемы.

Более того, в отличие от надежности технических систем в строительных процессах, параметры (критерии, показатели) надежности зависят как от вида строительного процесса, так и от функционального назначения возводимого сооружения.

Например, если рассматривать земляное полотно, то в качестве критериев его надежности можно предложить следующие показатели:

· вероятность безотказной работы;

· вероятность определенного срока службы;

· вероятность требуемого эксплуатационного состояния по оценке в баллах;

· вероятность обеспечения требуемого грузооборота в течение определенного срока службы;

· вероятность возникновения остаточных деформаций земляного полотна в заданных пределах в течение определенного срока его эксплуатации и др.

Современные исследования показывают, что надежная работа земляного полотна как инженерного сооружения слагается из прочности его основной площадки, устойчивости его откосов и способности противостоять пучинам. Очевидно, вероятность безотказной работы земляного полотна будет всецело определяться значениями этих трех названных частных критериев надежности. Действительно, снижение прочности или несущей способности более допустимого уровня (0,08 МПа) может привести к образованию и развитию остаточных деформаций. А это, в свою очередь, может привести к ограничению скоростей движения поездов (частичный отказ), а затем и к закрытию перегона (полный отказ). Второй частный критерий, - устойчивость откосов, связан с возникновением внезапных сплывов и разрушений откосов земляного полотна из-за их переувлажнения и вибродинамического воздействия движущихся поездов, что нередко является причиной крушения грузовых и пассажирских составов. Наконец, путейцам хорошо известно вредное влияние пучин, к которым склонны некоторые виды глинистых грунтов. Рост пученных горбов в осенне-зимний период, особенно в районах с холодным и суровым климатом, может сначала привести к ограничению скоростей движения поездов на конкретном участке, а затем и к закрытию движения на нем (т.е к отказу земляного полотна).

Таким образом, обозначив общую надежность земляного полотна через P_общ, можно выразить ее как произведение частных критериев надежности, каждый из которых воздействует независимо [9]:

Р_общ = Р₁Р₂Р₃

где

Р₁, Р₂, Р₃ - надежность соответственно по условиям прочности, устойчивости земляного полотна и способность его противостоять пучинам.

Если принять минимально допустимую величину общей надежности Р_общ = 0,85, то минимальная частная надежность по каждому из трех видов деформаций земляного полотна при условии их равновозможности составит:

Р₁=Р₂=Р₃=

Следовательно, для обеспечения общей надежности земляного полотна по условиям его стабильности не менее 0,85, необходимо по каждому из расчетных критериев обеспечить надежность не ниже 0,95 (при Р_общ =0,75, Р₁=Р₂=Р₃= ).

В самом общем случае для обеспечения надежности земляного полотна, например, по условию прочности (несущей способности) нужно проанализировать две гистограммы: фактические напряжения, возникающие на уровне основной площадки земляного полотна от воздействия подвижного состава с различными осевыми нагрузками и предельные напряжения грунта основной площадки, создаваемыми соответствующими по величине осевыми нагрузками. Этот анализ можно выполнить на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации для решения соответствующих этим этапам задач обеспечения надежности земляного полотна по условию прочности.