Основы проектирования и постройки железных дорог

Железнодорожные линии сооружаются для освоения новых районов, разгрузки грузонапряженных направлений, сокращения пути и времени следования пассажиров и грузов. Новые линии сооружаются в соот-ветствии со строительными нормами и правилами (СНиП П-39-76), согласно которым при проектировании предусматривается деление новых железных дорог и подъездных путей колеи 1520 мм на несколько категорий. От категории линии зависят основные параметры и технические условия ее проектирования, мощность всех устройств линии. К I категории относятся магистрали, обеспечивающие общегосударственные связи внутри страны или в сообщениях с другими странами (с числом пар пассажирских поездов на 5-й год эксплуатации линии 12 и более); ко II - магистрали, обеспечивающие межрайонные перевозки внутри страны или в сообщениях с другими странами (с числом пар пассажирских поездов 5-12); к III - линии, обеспечивающие перевозки местного значения: к IV - подъездные пути и соединительные пути на станциях с максимальной скоростью движения не более 40 км/час. От категории линии зависят основные параметры и технические условия ее проектирования, допускаемые скорости движения пассажирских и грузовых поездов, мощность всех устройств линии.

Пространственное положение продольной оси пути, проходящей на уровне бровки земляного полотна, называется трассой железнодорожной линии. Процесс прокладки трассы в ходе проектирования называется трассированием линии.

Проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом (рис. 3.1), а вертикальный разрез по трассе -продольным профилем линии (рис.3.2). Полоса земли вдоль трассы, отведенная для размещения железнодорожного пути, других устройств железной дороги, а также железнодорожных поселков и лесонасаждений, называется полосой отвода.

Рис. 3.1. План железнодорожной линии:

НК - начало кривой: ВУ - вершина угла поворота;

КК - конец кривой; R - радиус кривой; j- угол поворота

Рис. 3.2. Продольный профиль железнодорожной линии:

l - длина элемента профиля,

h - высота элемента профиля;

a - угол наклона элемента профиля к горизонту

План железнодорожной линии проектируется в виде сочетания прямолинейных участкови кривых, а профиль - в виде горизонтальных участков, называемых площадками, и наклонных, именуемых уклонами. Основными параметрами кривой являются: угол поворота j . зависящий от условий местности, радиус R, обусловленный категорией линии, длина кривой К = pRj / 180⁰ и тангенс, т.е. расстояние от начала или конца кривой до вершины угла поворота: Т = R*tgj/2. Рис. 3.3.

Рис.3.3. Элементы круговой линии:

НК- начало кривой; ВУ- вершина угла поворота;

КК-конец кривой

Кривые малого радиуса вызывают необходимость снижения скорости движения (наибольшая скорость движения в кривой в зависимости от радиуса R может быть приближенно вычислена по формуле V =4,6Ö R км/час), повышенный боковой износ рельсов и колес подвижного состава, удлинение линии, повышают сопротивление движению и ухудшают видимость.

Для обеспечения плавного вписывания подвижного состава в круговые кривые они сопрягаются с прямыми участками с помощью переходных кривых, радиус которых постепенно уменьшается от ¥ до радиуса круговой кривой R. Между смежными кривыми предусматриваются прямые вставки от 30 до 150 м в зависимости от категории линии и направления кривых (в одну или разные стороны).

Продольный профиль линии характеризуется крутизной уклонов элементов h и их длиной l. Крутизна измеряется в тысячных долях промиллях –⁰/₀₀ и равна частному от деления разности отметок конечных точек элемента профиля на его длину (рис. 1.4). Так, если h = 5 м, a

l = 5000 м, то i ⁼ 5/5000 = 0,001 ⁼ 1⁰/₀₀ .

Из рис.3.4. видно, что крутизна уклона создает движению поезда дополнительное сопротивление от подъема:

W_i = Q * sin a = Q *tg a = Q i 10^-3 ,

где Q - масса поезда;

I - число тысячных подъема.

От крутизны подъема на руководящем уклоне зависит масса состава поезда. Руководящим уклоном I_р называется наибольший затяжной уклон, на котором при движении на подъем грузового поезда расчетной массы с принятым на данной линии типом локомотива, скорость поезда установится равной расчетной для данного типа локомотива.

Величина этого уклона зависит от категории линии, топографических условий и устанавливается технико-экономическими расчетами с учетом унификации весовых норм по участкам направления.

Постройке железных дорог предшествуют изыскания и их проек-тирование. Целью изысканий является изучение условий строительства и эксплуатации будущей дороги, сбор и подготовка необходимых материалов для проектирования. Основная задача проектирования заключается в разработке наиболее рационального проекта новой железной дороги, которая бы полностью удовлетворяла потребности в перевозках с учетомих роста в перспективе.

Основным методом определения рационального решения при проектировании железных дорог является разработка нескольких конкурентноспособных вариантов и выбор наилучшего из них в результате технико-экономического сравнения. Все сравниваемые варианты должны разрабатываться на основе общих исходных данных - при одинаковых размерах движения, единых технических условиях и нормативах. одинаковых эксплуатационных требованиях.

Строительство железной дороги включаеткомплекс различных по назначению, но взаимосвязанных строительных и монтажных работ, в результате которых создаются железнодорожныепути и сооружения, необходимые для обеспечения перевозочного процесса. В основе организации железнодорожного строительства лежат общие для строительной индустрии принципы: плановость (строгое подчинение деятельности строительных организаций заданиям), индустриальность, комплексная механизация и автоматизация производства, поточность строительства, специализация строительно-монтажных организаций, круглогодичность производстваработ.

Экономические и технические изыскания. Основы технико-экономического сравнения вариантов

Проектно-изыскательские работы на железнодорожном транспорте выполняют специальные институты МПС РФ и бывшего Министерства транспортного строительства, которые в настоящее время преобразованы в акционерные общества (АО).

Общее руководство проектными работами в системе МПС РФ осуществляет Управление строительства и эксплуатации объектов железнодорожного транспорта, в ведении которого находятся специализированные проектно-изыскательские институты (Гипротранстэи, Трансэлектропроект, Гипротранссигналсвязь и др.) , а также региональные проектно-изыскательские институты –Желдорпроекты, выполняющие проектные работы по заказам тяготеющих к ним железных дорог.

Для установления экономической целесообразности и народнохозяйственной необходимости строительства новой железнодорожной линии перед разработкой ее проекта составляется технико-экономическое обоснование (ТОЭ), которое содержит характеристику существующих путей сообщения района, расчеты строительной стоимости, эксплуатационные показатели различных вариантов. На их основе выбирают наиболее рациональное направление линии и пункты примыкания ее к существующей сети, обосновывают сроки строительства и развитие материальной базы.

Проектируют линии и устройства в две стадии: 1 стадия – разработка проекта, 2 стадия – рабочая документация. Для технически сложных объектов предусматривается одна стадия – рабочий проект.

Проект железной дороги – это комплексный документ, состоящий из экономическойи технической частей. В экономической части определяют размеры и характер ожидаемых перевозок на расчетные годы эксплуатации ( на 2,5, 10-й годы), масса поездов, коэффициенты неравномерности движения, что позволяет сделать вывод об экономической эффективности и целесообразности строительства новой линии. В технической части содержатся все проектно-сметные материалы и расчеты по обоснованию направления трассы и ее основных параметров (руководящего уклона, числа главных и полезной длины приемо-отправочных путей, вида тяги и др.), проекты земляного полотна, искусственных сооружений, верхнего строения пути, размещения раздельных пунктов и проекты станций, устройств локомотивного и вагонного хозяйства (ЛХ и ВХ), водоснабжения и канализации, сигнализации и связи, электроснабжения и зданий. Проекты, разрабатываемые на каждое сооружение, по условиям применения могут быть типовыми, повторно применяемыми, индивидуальными и экспериментальными (опытными).

Разработке проектов предшествуют обстоятельные инженерные изыскания проектируемой линии, которые подразделяются на экономические и технические.

Экономические изыскания для вновь строящихся линий:

-обоснование роли проектируемой линии и ее значения в составе существующей сети железных дорог и во взаимодействии с другими видами транспорта, определение эффективности ее строительства;

-выявление возможных вариантов направления и конечных пунктов линии для выбора наиболее целесообразного;

-установление размеров грузовых и пассажирских перевозок на проектируемой линии на расчетные сроки и определение технико-экономических показателей работы линии (грузооборот, пассажирооборот, грузонапряженность и др.).

Экономические изыскания при реконструкции существующих линий:

-выявление возможного изменения роли и значения дороги в связи с ее реконструкцией;

-определение расчетных размеров грузовых и пассажирских перевозок на реконструируемой дороге и влияние ее у3силения на работу существующей сети железных дорог и других видов транспорта в зоне реконструируемой дороги;

-установление технико-экономических показателей дороги после ее реконструкции.

Технические изыскания:

-обследование и съемка для выбора наиболее удачного расположения трассы проектируемой линии на местности;

-сбор технических данных для проектирования всех объектов железной дороги.

По соотношению руководящего уклона и уклонов местности различают вольные и напряженные ходы. Вольный ход – участок трассы, на котором средний уклон местности меньше руководящего уклона. Напряженный ход – участок, на котором средний уклон местности больше руководящего или равен ему.

На вольных ходах трассу обычно ведут по кратчайшему расстоянию, а отклонения положения трассы от заданного направления в плане вызываются только необходимостью обхода препятствий (города, заповедники, озера, болота). На напряженных ходах трасса вынужденно следует за рельефом местности, в максимальной степени используется руководящий уклон. При этом во избежание превышения допустимого уклона приходится искусственно увеличивать протяженность трассы.

Основным методом определения рационального решения при проектировании железных дорог является разработка нескольких конкурентно-способных вариантов и выбор наилучшего из них на основе технико-экономического сравнения. Все сравниваемые варианты должны разрабатываться на основе общих исходных данных при одинаковых размерах движения, единых технических условиях и нормативах, одинаковых эксплуатационных требованиях. Учитываются капитальные затраты и эксплуатационные расходы. Вместе с тем учитываются качественные показатели, которые нельзя полностью оценить в деньгах (удобство поездки, градостроительные требования, а также натуральные показатели, характеризующие вовлекаемые в эксплуатацию природные богатства, сроки строительства, затраты труду при строительстве, сроки доставки грузов и др.