Первые железные дороги. 11 страница

Поэтому при проектировании плана трассы железной дороги следует рассмотреть возможность увеличения радиуса кривых, ограничивающих скорости движения поездов, в особенности кривых, расположенных на ямообразных участках профиля.

Рис. 3.36. Продольный профиль перегона вогнутого очертания

Продольный профиль и план железной дороги должны удовлетворять требованиям рациональной технологии строительства. Для этого стремятся не только уменьшить рабочий объем земляных работ, но и обеспечить со­ответствие размеров земляного полотна современным способам производ­ства работ и парку строительных машин В некоторых случаях концентра­ция объемов земляных работ в крупных массивах, разрабатываемых более мощными и высокопроизводительными машинами, позволяет уменьшить объем работ на других участках.

При насыпях высотой свыше 20—25 м следует сравнивать варианты на­сыпи с устройством виадука, который в благоприятных условиях может оказаться дешевле. Кроме того, работы по сооружению виадука могут быть менее трудоемки. По тем же экономическим и строительным соображени­ям тоннель может быть целесообразнее очень глубокой выемки (глубиной более 20 м).

В сильно заболоченной местности взамен насыпей может быть эффек­тивно сооружение свайных эстакад. Мосты эстакадного типа могут иметь преимущество перед насыпями высотой 15 м и более в районах с ценными земельными угодьями, поскольку в отличие от высоких насыпей эстакады требуют значительно меньшей полосы отвода (см. п. 1.5).

Поиск наилучшего продольного профиля и плана линии, удовлетво­ряющего поставленным условиям, в ходе разработки и технико- экономического сравнения нескольких вариантов хотя и ведет, как прави­ло, к последовательному улучшению проектных решений, все же не гаран­тирует получение оптимального. Более эффективно для проектирования продольного профиля и плана линии использовать современные математи­ческие методы оптимизации и ЭВМ. Для решения такой задачи предна­значена технологическая линия автоматизированного проектирования (ТЛП) плана и профиля дорог. Цель ТЛП — получить оптимальный резуль­тат на основе диалога специалиста и ЭВМ. Машина по составленному/ал­горитму вырабатывает проектное решение, а специалист анализирует его, корректирует данные и принимает окончательное решение.

3.14. План и продольный профиль трассы в проектной документации. Показатели плана и профиля железных дорог

Общие положения. Состав и правила оформления рабочей документации на строительство новых и реконструируемых железнодорожных путей, вы­полняемой с применением средств автоматизации, установлены Государст­венным стандартом Российской Федерации "Система проектной докумен­тации для строительства. Правила выполнения рабочей документации же­лезнодорожных путей" (ГОСТ Р 21.1702—96) [47].

Чертежи плана и продольного профиля трассы выполняют на листах шириной 297 мм и длиной, кратной 210 мм.

Условные графические изображения и обозначения элементов планов, продольных и поперечных профилей железнодорожных путей принимают по ГОСТ 21.204—93 СПДС "Условные графические обозначения и изобра­жения элементов генеральных планов и сооружений транспорта" [60]. Ус­ловные графические обозначения грунтов, особенностей их залегания, консистенции и степени влажности, используемые на продольных и попе­речных профилях железнодорожных путей, принимают по ГОСТ 21.302—96 СПДС "Условные графические обозначения в документации по инженер- но-геологическим изысканиям".

План и продольный профиль новых железнодорожных линий общего пользования и подъездных путей, как правило, выполняют на одном со­вмещенном чертеже и располагают по участкам на одном листе. В этом случае участки плана и профиля, а также их ориентация совпадают (рис. 3.38).

План трассы. На плане железнодорожных линий и подъездных путей показывают (см. рис. 3.38): ось пути; ситуацию и, при необходимости, рельеф местности; координатную сетку; геодезические знаки (например, реперы, пункты геодезических сетей местного значения); разведочные гео­логические выработки (скважины, шурфы) и их номера; вершины углов поворота пути, их обозначения и номера, начала и концы кривых, их обо­значения и привязку к пикетам; числовые значения элементов кривых: угол поворота, радиус, тангенс, суммарная длина круговой и переходной кривой и отдельно длина переходной кривой; пикеты и указатели кило­метров; контуры проектируемых зданий и сооружений; существующие и проектируемые инженерные коммуникации; водоотводные сооружения (кюветы, водоотводные и нагорные канавы); искусственные сооружения и их порядковые номера; переезды; бровки откосов насыпей и выемок; снего- или пескозадерживающие устройства; снегозадерживающие, почвоукрепи- тельные и другие лесонасаждения; границу полосы отвода земель; наиме­нования конечных пунктов пересекаемых автомобильных дорог (направле­ния на конечные пункты указывают стрелками); указатель направления на север стрелкой с буквой "С" у острия (в левом верхнем углу листа).

При детальном проектировании плана рекомендуется для удобства раз­бивки и содержания кривых проектировать кривые длиной, кратной 10 или 5 или 1 м (в зависимости от радиуса кривой) и располагать начало кривой на расстоянии от ближайшего пикета, также кратном указанным значениям. Это можно осуществить путем незначительного изменения угла поворота исходя из условия

nR

где А"_кр — длина кратной кривой.

Пример. Определить длину и пикетаж кривой, кратной 10 м, при угле поворота а * 19°, радиусе кривой R = 1200 м, длине переходной кривой / = 120 м. Располо­жение вершины угла поворота ВУ намечено на ПК 40.

При R = 1200 м и а = 19° находим К = ^^ = 397,94 м. ^

180 К_кп

Принимаем К_кр = 400 м и определяем а =---------------------- ^ = 19,1 Г = 19°06'.

7t R

При угле поворота а = 19°06' элементы кривой: Т = 201,87 м, Т_р = 0,09 м, m = 59,99 м, Г_с = Т + Т„+ m = 261,95 м, К_с= K_<v+ 1= 520 м.

Для того чтобы начало и конец кривой совпадали с «плюсом», кратным 10, вершину угла поворота ВУ располагают на ПК 40+01,95. Тогда

В таблицах для разбивки кривых [10] приведены элементы кратных кривых.

Основной масштаб изображения плана железнодорожного пути — 1:2000, допускаются также масштабы 1:5000 и 1:1000.

Изображения на плане выполняют линиями по ГОСТ 2.303—68 ЕСКД "Линии". При этом сплошной толстой линией показывают оси проекти­руемых железнодорожных путей первой очереди, контуры проектируемых зданий, проектируемые инженерные сети; сплошной тонкой линией - строительную геодезическую и координатную сетки, существующие желез­нодорожные пути, контуры существующих зданий, существующие инже­нерные сети; пунктирной линией показывают подошвы насыпей; штрихо­вой тонкой линией — железнодорожные пути второй очереди и перспек­тивные пути, а также бровки выемок.

Продольный профиль. Продольный профиль железнодорожного пути, совмещенный с планом трассы (см. рис. 3.38), изображается в том же мас­штабе по горизонтали, что и план железнодорожного пути (основной мас­штаб 1:2000, допускается масштаб 1:5000). Масштаб изображения по вер­тикали: основной — 1:200, допускаемый — 1:500.

На продольном профиле показывают: линию фактической поверхности земли по оси пути и проектную линию (проектируемую бровку земляного полотна); разведочные геологические выработки с обозначением влажно­сти и консистенции слоев фунта, отметками горизонта грунтовых вод и датой их замера; наименование слоев грунта и номера их групп в соответ­ствии с классификацией грунта по трудности разработки (эти данные до­пускается указывать в таблице, форма которой приведена в ГОСТ Р 21.1702-96, в этом случае на профиле указывают условный номер грунта в кружке диаметром 5—7 мм).

Сетка, помещаемая под продольным профилем, содержит отметки фак­тической поверхности земли по оси пути и проектируемые отметки бровки земляного полотна на пикетах и плюсовых точках, а также тип поперечно­го профиля пути. Форма и размеры боковика сетки приведены на рис. 3.39. При размещении продольного профиля на нескольких листах боковик сетки, как правило, наносят только на первом листе. -

Рис. 3.40. Поперечные профили пути:

а - земляное полотно из недренирующих фунтов; 6 - то же из дренирующих грунтов; h — толщина двухслойной балластной призмы, h — то же однослойной балластной призмы; £_пр — профильная бровка земляного полотна; Б„ — проектная бровка земляного полотна

Следует указать на различие в понятиях "профильная бровка" и "про­ектная бровка" земляного полотна. Это различие обусловлено особенно­стью конструкции земляного полотна в зависимости от вида грунтов. Ос­новная площадка земляного полотна в глинистых и других недренирующих грунтах сооружается в виде сливной призмы (рис. 3.40,а), а в дренирующих грунтах основная площадка горизонтальна (рис. 3.40,6). Кроме того, на земляном полотне из недренирующих грунтов балластная призма устраива­ется двухслойной (щебень или асбестовый балласт на песчаной подушке), а на земляном полотне из дренирующих грунтов балластная призма одно­слойная. Для обеспечения единого уровня головки рельса железнодорож­ного пути на смежных участках из недренирующих и дренирующих грун­тов при сооружении первого из них отметку земляного полотна определя­ют по профильной бровке £_||р, а второго - по проектной бровке Б_и. Как следует из рис. 3.40, проектная бровка превышает уровень профильной бровки на высоту сливной призмы плюс разность толщины балластного слоя на смежных участках земляного полотна.

Выше проектной линии продольного профиля наносят и указывают: ук­лоны и длины элементов продольного профиля в виде дроби: в числите­ле — уклон в тысячных (подъем со знаком "+", спуск — со знаком "—"), в знаменателе — длину элемента в метрах; обозначения раздельных пунктов, их наименования и расстояния между ними в метрах; обозначения проек­тируемых искусственных сооружений и их привязку к пикетам; обозначе­ния реперов, инженерных надземных сетей, переездов; рабочие отметки насыпи (при необходимости).

Ниже проектной линии наносят: линии ординат от точек переломов проектной линии; подземные инженерные коммуникации; условные обо­значения искусственных сооружений; рабочие отметки выемки (при необ­ходимости).

Условные обозначения сооружений и устройств на продольных профи­лях в соответствии с ГОСТ 21.204-93 приведены на рис. 3.41.

Отметки земли, проектные и рабочие отметки указывают на профиле с точностью до 1 см.

В местах расположения водопропускных сооружений наносят уровни (го­ризонты) подпертых высоких вод (ГВВ). По отметкам этих уровней прове­ряют, нет ли перелива подпертой воды в соседние бассейны. В необходи­мых случаях проектируют водораздельную дамбу. Одновременно проверя­ют недопустимость перелива подпертой воды в кюветы выемок и затопления земляного полотна. На пересечении постоянных водотоков, кроме уровня подпертых высоких вод установленной для данной железной дороги веро­ятности превышения ГВВ^_е, наносят наивысший наблюдаемый уровень воды ГВ с указанием даты паводка, а также уровень меженных вод ГМВ.

t

Трубы

Указатель километровый

Путепровод над проектируемой дорогой

Пикет неправильный

Рис. 3.41. Условные обозначения на продольных профилях (сторона заливки зна­ков раздельных пунктов показывает местоположение здания по отношению к оси пути по счету километров; размеры изображений дамбы, фильтрующей насыпи, моста, путепровода, виадука и эстакады принимают по фактическим размерам про­ектируемых сооружений; количество пролетов в изображении моста, путепровода, виадука и эстакады должно соответствовать фактическим данным)

При большом числе плюсовых точек между отдельными пикетами на листе продольного профиля помещают таблицу по форме, приведенной на рис. 3.42.

Наряду с изображением продольного профиля на чертеже, совмещаемом с планом трассы (по примеру рис. 3.38), ГОСТ Р 21.1702—96 предусматри­вает оформление продольного профиля для путей на застроенной неспла- нированной территории', а также для новых железнодорожных линий об­щего пользования и подъездных путей по примеру рис. 3.43. В этом случае основной масштаб изображения принимается по горизонтали 1:5000, а по вертикали 1:500; допускаются масштабы: по горизонтали 1:2000, 1:1000, соответственно по вертикали 1:200, 1:100.

Сплошной толстой линией на продольных профилях показывают про­ектную линию, линии ординат от точек переломов проектной линии, пря­мые и кривые в плане; сплошной тонкой линией показывают линию фак­тической поверхности земли и границы слоев грунта; штриховой тонкой линией показывают линию горизонта высокой воды.

Продольные профили подлежат тщательной двукратной выверке:

1) сумма длин отдельных элементов продольного профиля должна точно соответствовать длине линии по пикетажу с учетом неправильных пикетов:

tl, = L,

1=1

где п — число элементов профиля в пределах всей линии;

2) алгебраическая сумма всех превышений элементов профиля в преде­лах отдельных перегонов должна быть равна разности отметок осей раз­дельных пунктов по концам перегона Я, и Н_г:

1(±/7, Ю-^[15]) = Н₂ - Я,,

где т — число элементов профиля в пределах перегона;

Рис. 3.43. Пример оформления продольного профиля железнодорожного пути на неспланированной застроенной территории (из ГОСТ Р21.1702-96)

3) алгебраическая сумма всех превышений элементов профиля в преде­лах от начальной до конечной станции линии должна быть равна разности отметок конечных станций

£(±//,-10"³) = Я_к -Я_н.

Показатели плана и профиля. Для оценки плана и профиля проектируе­мых железных дорог, в особенности при сопоставлении нескольких вари­антов, представляют интерес следующие показатели плана и профиля.

Показатели, характеризующие план проектируемой линии:

а) протяженность прямых 2L„_P и кривых SL_kp участков пути в километ­рах и процентах;

б) число градусов углов поворота на всем протяжении линии 1а и в среднем на 1 км;

в) средний радиус кривых

. . 18014, _ 57,31 4_Р,

712. а £а

г) минимальный радиус кривых.

Показатели, характеризующие профиль линии:

а) протяженность площадок и уклонов в километрах и процентах;

б) протяженность участков с руководящим уклоном;

в) сумма преодолеваемых высот по направлениям;

г) протяженность вредных спусков.

Глава 4

ТРАССИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Трассирование — это определение положения трассы дороги в простран­стве. Камеральное (кабинетное) трассирование — укладка плана трассы на топографической карте, топографическом плане в горизонталях, стереомо- дели или цифровой модели местности с одновременным проектированием продольного профиля. Полевое трассирование — инструментальная укладка проекции трассы на поверхность земли.

Трасса железной дороги определяет размещение дорогостоящих и, как правило, не поддающихся перемещению капитальных сооружений: земля­ного полотна, водопропускных труб, мостов, тоннелей, станций и др. По­этому выбор положения трассы — одна из важнейших задач проектирова­ния железной дороги. Она должна решаться с учетом соответствия трассы условиям будущей эксплуатации дороги и строительным требованиям.

4.1. Основы выбора направления проектируемой дороги

Геодезическая линия. Одним из основных показателей различных вари­антов трассы проектируемой железной дороги является ее длина в сравнении с кратчайшим расстоянием между установленными заданием начальным и конечным пунктами, а в ряде случаев — и промежуточными пунктами захо­да. Кратчайшее расстояние между двумя точками на земной поверхности на­зывают геодезической линией. Отношение фактической протяженности трассы к длине геодезической линии называется коэффициентом развития трассы.

Геодезическая линия с учетом сферичности земли представляет собой дугу "большого круга", получаемую в пересечении поверхности земного геоида плоскостью, проходящей через две данные точки и центр земли. Как показали исследования Б.Н. Веденисова^[16], при проектировании дорог широтного направления протяженностью более 150—200 км геодезическую линию следует определять по координатам отдельных ее точек, вычисляе­мых по формулам сферической тригонометрии. Нанесенная на карту гео­дезическая линия в виде кривой кажется длиннее прямой, соединяющей две данные точки, хотя в действительности геодезическая линия короче (для дорог меридианного направления при определении геодезической ли­нии влияние сферичности земли сказывается в меньшей мере).

Длина прямой линии на карте от Санкт-Петербурга до Владивостока составляет около 6800 км, а по вычисленному кратчайшему направлению — 6535 км. Прямая на карте в середине линии отходит от кратчайшего направления, нанесенного по координатам и проходящего севернее прямой линии, почти на 140 км (рис. 4.1).

Рис. 4.2. Трасса железной дороги Саратов (ст. Анисовка) — Уральск (из статьи Б.Н. Веденисова)

Б.Н. Веденисов, рассматривая проложенную в широтном направлении желез­ную дорогу Саратов (ст. Анисовка) - Уральск протяженностью 412 км с веткой от Ершова на север к Пугачевску (94 км) (рис. 4.2), установил, что геодезическая ли­ния, нанесенная по координатам между опорными точками, проходит севернее по­строенной дороги. Если бы это учли при прокладке дороги, то ветка к Пугачевску была бы на 24 км короче, а сама дорога Анисовка — Уральск могла бы сократиться примерно на 30 км, т. е. общее сокращение строительной длины превысило бы 10%.

Факторы, определяющие выбор направления железной дороги. На выбор направления дороги влияют транспортно-экономические, природные и технические факторы. К первым относят: назначение проектируемой же­лезнодорожной линии, т.е. требование обеспечения определенных транс- портно-экономических связей, характер и размеры предстоящих перево­зок, положение крупных населенных пунктов и экономических центров в районе проектирования; ко вторым — топографические, инженерно- геологические, мерзлотные, сейсмические, гидрографические и другие природные условия района проектируемой дороги, а также природоохран­ные требования; к третьим — технические параметры проектируемой же­лезной дороги.

Экономические условия определяют опорные пункты трассы, т.е. те эко­номические центры района, через которые должна пройти проектируемая дорога. Если основное ее назначение — обеспечение межрайонных связей и освоение больших размеров транзитных перевозок, то такую дорогу це­лесообразно проектировать по наиболее спрямленному направлению меж­ду начальным и конечным пунктами. Опорными пунктами в этом случае могут быть лишь те экономические центры, заход в которые не требует значительного отклонения трассы от кратчайшего направления между на­чальным и конечным пунктами.

При проектировании первой в России магистральной железной дороги Петер­бург — Москва определились два промежуточных опорных пункта' г. Новгород и Вышний Волочек с пристанью Вышневолоцкой водной системы. Второй пункт располагался близко к геодезической линии, соединяющей начальный и конечный пункты дороги, заход же трассы в Новгород требовал существенного удлинения линии. Обосновывая целесообразность прямого направления дороги, минуя Новго­род, что давало сокращение длины трассы более чем на 30 км, т.е. на 5% всего протяжения линии, один из авторов проекта П.П. Мельников подчеркивал важное государственное назначение дороги, соединяющей две столицы — центр страны с главным портом. Как известно, в 1851 г. дорога была построена по прямому на­правлению, ее протяженность составила 645' км, в то время как длина геодезиче­ской линии равна 638 км, т.е. коэффициент развития составил всего 1%. Впослед­ствии к Новгороду была сооружена ветвь от ст. Чудово.

Если же основное назначение проектируемой дороги — обеспечить транспортные нужды местного района, то в этих условиях опорными пунк­тами проектируемой линии могут быть даже те экономические центры района проектирования, заход в которые требует значительного отклоне­ния линии от кратчайшего направления.

Так, коэффициент развития трассы железной дороги Марабда — Ахалкалаки в южной Грузии, строившейся как линия местного значения, достигал 1,45.

На выбор направления железной дороги влияют и такие транспортно- экономические факторы как близость к трассе автомобильных дорог и водных путей сообщения, которые могут быть использованы для доставки строительных грузов, наличие в районе прохождения дороги месторожде­ний камня, дренирующих грунтов и других строительных материалов, а также трудовых ресурсов. Прокладка дороги в одной полосе с другими коммуникациями, как правило, позволяет уменьшить строительные затра­ты и будущие расходы по эксплуатации проектируемой линии и одновре­менно сокращает площадь отчуждаемых земель.

Природные факторы определяются различными препятствиями по на­правлению геодезической линии между опорными пунктами. Эти препят­ствия могут быть естественного характера, а также вызваны хозяйственной деятельностью человека. Различают контурные и высотные препятствия. К контурным препятствиям относятся реки, озера, водохранилища, населен­ные пункты, заповедники, горные выработки, сельскохозяйственные уго­дья, занятые особо ценными культурами, а также зоны, неблагоприятные в инженерно-геологическом отношении: заболоченные участки, неустойчи­вые овраги, закарстованные зоны, оползневые участки, лавиноопасные

* В 1881 г. в связи с заменой Веребьинского деревянного моста был устроен по­стоянный обход и протяженность магистрали составила 650 км. В настоящее время сооружен спрямляющий участок дороги с целью ликвидации обхода
места, конусы выноса селевых потоков и т.п. Высотные препятствия это горные хребты, высокие водоразделы, отдельные возвышенности, ущелья, крутые обрывистые берега рек (прижимы).