W ramach projektu B+R „Innowacyjna, ekonomiczna technologia DLM wzmocnienia nasypu kolejowego”, zrealizowanego przez konsorcjum SOLEY Sp. z o.o. oraz Instytutu Badawczego Dróg i Mostów, wykonano prace badawcze obejmujące budowę innowacyjnego narzędzia geotechnicznego oraz weryfikację założeń wzmocnienia podłoża podtorza kolejowego za pomocą równoległych paneli gruntobetonowych (GB) i fibrogruntobetonowych (FGB), wykonywanych w czasie jednokrotnego przejazdu maszyny wyposażonej w dwa miecze skrawająco-mieszające o rozstawie równym rozstawowi szyn kolejowych.
W I etapie wykonano niezbędne próby ruchowe i testy eksploatacyjne skonstruowanego innowacyjnego narzędzia geotechnicznego Grunwald podczas pracy pod różnymi obciążeniami, sprawdzono poprawność generowanych metryk w celu kontroli jakości wzmocnienia.
Fot. Wzmacnianie nasypu kolejowego z wykorzystaniem innowacyjnego narzędzia Grunwald
W II etapie zbadano m.in. wytrzymałość na ściskanie próbek normowych pobranych ze wzmocnienia podłoża wykonanego w technologii DLM – panele wzmacniające podłoże powinny charakteryzować się odpowiednią wytrzymałością (ok. 1,8 MPa) umożliwiającą przeniesienie obciążeń kolejowych na głębsze warstwy gruntu. Przeanalizowane zostały występujące rzeczywiste obciążenia w ruchu kolejowym i wyznaczono minimalne wartości wytrzymałości na ściskanie GB. Badaniom zostały poddane trzy zestawy próbek pobrane ze ścian GB i FGB, które osiągnęły następujący zakres wytrzymałości [MPa]: ściana GB 40 cm – 1,9–2,0; GB 60 cm – 2,6–3,1; FGB 40 cm – 4,1–4,6.
Rys. Schemat stanowiska badawczego
Zaplanowane badania wykonano na stanowisku badawczym zbudowanym ze ścian GB i FGB wbudowanych w modelowy nasyp kolejowy oraz tłuczeń kolejowy, torowisko o długości 4,5 m (podkłady strunobetonowe, szyny 60e). Symulowane były obciążenia charakterystyczne dla linii kolejowych, w których obciążenie zdefiniowane statycznie powtarza się wielokrotnie. Ich wartości określone są w normatywach dotyczących mostowych obciążeń kolejowych.
Przyjęto maksymalne dopuszczalne obciążenia badawcze stosowane w polskim kolejnictwie, tj. 250 kN na oś, przy czym zastosowano dwuosiowy układ wózka kolejowego o rozstawie osi 1,7 m. Obciążenia zmienne realizowano za pomocą zsynchronizowanych w czasie dwóch siłowników hydraulicznych, z zastosowaniem sinusoidalnego kształtu cyklu zmian obciążenia o średniej częstotliwości f = 1,35 Hz. Uznano, że projektowana ściana DLM winna w trakcie badań przenieść co najmniej 500 000 cyklicznych obciążeń. Wykonano więc pomiary osiadania górnej powierzchni ścian DLM w statycznym obciążeniu [mm]/po pełnym cyklu obciążeń [mm]: ściana GB 40 cm – 0,55/2,0; GB 60 cm – 2,9/9,0; FGB 40 cm – 0,5/1,9. Po zakończeniu obciążeń rozebrano nasyp i dokonano oględzin wszystkich ścian. Nie stwierdzono pęknięć, zmiażdżenia i innych uszkodzeń.
Prace badawcze w warunkach rzeczywistych zostały przeprowadzone na poligonie IBDiM w Żmigrodzie. Wykonano wzmocnienie podłoża w technologii DLM w zasymulowanym sąsiedztwie czynnego toru kolejowego. Jest to powszechny proces podczas wzmacniania i przebudowy czynnych linii kolejowych, na których utrzymywany jest ruch na co najmniej jednym torze, a na drugim wykonywane są prace remontowe.
Fot. Wzmacnianie nasypu kolejowego. Stanowisko badawcze w czasie sesji pomiarowej
Badania pod cyklicznymi obciążeniami zmiennymi realizowano dla sinusoidalnego cyklu zmian obciążenia z częstotliwością f = 0,65 Hz. W procesie tym zweryfikowano, że wykonane podwójne panele GB i FGB bez uszkodzeń przeniosły długotrwałe, zmienne obciążenia (do 100 ton) generowane przez siłownik hydrauliczny. Przemieszczenia pionowe jak i przebieg ich zmian podczas działania obciążeń cyklicznych świadczą o stabilności oraz odpowiedniej wytrzymałości ścian z GB i FGB narażonych na oddziaływania ruchu pojazdów szynowych na torowisku w trakcie wykonywania wzmocnień. Przemieszczenia pionowe mierzone na poziomie główek szyn wynikają w przeważającej części z przemieszczenia i dogęszczenia materiału w warstwie tłucznia kolejowego oraz podatności samego torowiska. Zmierzone osiadania na 100 cykli obciążeń w odniesieniu do całego zakresu badań cyklicznych wynoszą odpowiednio:
- stanowisko referencyjne (bez wzmocnienia podłoża) – 0,053 mm;
- ściany DLM – GB 40 cm – 0,001 mm;
- ściany DLM – FGB 40 cm – 0,002
Pomiary naprężeń wykonane za pomocą presjometrów wskazują na duży udział ścian DLM w przenoszeniu obciążeń w badanych prototypach.
Fot. Odkopane ściany DLM wykonane narzędziem Grunwald
Wykonane badania i działania związane z budową innowacyjnego narzędzia pozwolą na realizowanie najważniejszej innowacji technologicznej, jaką jest jednoczesne wzmacnianie gruntu pod obiema szynami kolejowymi wykonywane w jednym ciągu technologicznym. Osiągnięto zakładane parametry wzmocnienia podtorza za pomocą ścian DLM. Ponadto uzyskane parametry wzmocnienia gruntu w połączeniu z ekonomicznym aspektem tej technologii pozwolą na skuteczne wdrożenie DLM w obszarze budownictwa infrastrukturalnego i gazownictwa.
Robert Sołtysik, SOLEY Sp. z o.o.
Norbert Madetko, SOLEY Sp. z o.o.
Bibliografia
- Sprawozdanie z badań nr S1/21/TW-1 IBDiM filia w Żmigrodzie.
- Sprawozdanie z badań nr S1/22/TW-1 IBDiM filia w Żmigrodzie.
