Первые железные дороги. 12 страница

Контурные или высотные препятствия вызывают необходимость откло­нения проектируемой дороги от геодезической линии с целью обхода этих препятствий, либо для пересечения их в наиболее благоприятном месте.

Точки на местности, определяющие целесообразное прохождение про­ектируемой железной дороги при обходе или пересечении контурных и вы­сотных препятствий, называют фиксированными точками трассы. Фиксиро­ванными точками могут быть седла пересекаемых водоразделов (перевалы в горных условиях), наиболее удобные места пересечений рек, пересечений или обходов других водных препятствий. Фиксированные точки определя­ют также места обхода населенных пунктов, заповедников, горных вырабо­ток.

Варианты направления Кавказской перевальной железной дороги, которая в те­чение многих лет проектировалась для соединения кратчайшим путем Закавказья с Северным Кавказом^[17], определялись фиксированными точками пересечения Глав­ного Кавказского хребта (перевалами: Архотским, Квенамтским, Магским) (рис. 4.3). На этой линии фиксированные точки определяли и положение началь­ного и конечного опорных пунктов дороги (раз. Долаково вблизи Владикавказа или ст. Алагир на севере и соответст­венно ст. Мцхета или ст. Цхинвали на юге).

К техническим факторам, ко­торые оказывают определенное влияние на выбор направления железной дороги, относятся наме­чаемые технические параметры проектируемой линии. Чем боль­ше строительная стоимость каж­дого километра дороги, тем важ­нее сократить ее длину. Поэтому двухпутную железную дорогу, у которой велика стоимость верхне­го строения пути, а также желез­ную дорогу с электрической тягой, которая характеризуется значи­тельными затратами на устройства тягового электроснабжения, может быть целесообразно проложить по возможно более короткому на­правлению.

С учетом опорных пунктов и фиксированных точек определяют варианты направления проекти­руемой линии.

Рис. 4.4. Варианты направления проектируемой железной дороги А — Б: В — опорный пункт, а — е — фиксированные точки трассы; 1 — геодезическая линия; 2 — Северный вариант; 3 - Южный вариант, 4 - подвариант с ветвью к пункту В

Рассмотрим варианты направления дороги А — Б (рис. 4.4). На основании дан­ных экономических изысканий, кроме начального и конечного пунктов, установ­лен промежуточный пункт захода В (опорный пункт трассы). На пересечении водо­раздела определены пониженные места - седла а и б, на пересечении реки - пунк­ты в и г, а при обходе заповедника - пункты д и е (фиксированные точки). Ком­бинации опорных пунктов и фиксированных точек позволили наметить два вари­анта направления дороги. Северный — АВавдБ и Южный — АВбгеБ. Если железная дорога А — Б — транзитная линия с большими расчетными размерами перевозок, то целесообразно также рассмотреть подвариант направления АбгеБ с ветвью к пунк­ту В.

Для предварительной оценки намеченных вариантов направления про­ектируемой железной дороги используются следующие показатели по каж­дому из вариантов:

а) длина линии между опорными пунктами и фиксированными точка­ми;

б) сумма преодолеваемых высот (подъемов) в каждом направлении ("ту­да" и "обратно");

в) средние уклоны местности на характерных участках между опорными пунктами и фиксированными точками (крутизна подъема и спуска с водо­раздела при пересечении его железной дорогой, средний уклон долины ре­ки при прохождении дороги по долине и т. п.);

г) количество и характеристика пересекаемых дорогой больших водото­ков;

д) протяженность неблагоприятных в геологическом отношении мест (болот, неустойчивых косогоров и т.п.).

Оценку различных вариантов направления проектируемой железной до­роги следует производить по совокупности указанных показателей. Так, более короткое направление, но характеризуемое более крутыми уклонами местности, потребует применения более крутого руководящего уклона про­ектируемой линии, что может привести к увеличению расходов по движе­нию поездов по сравнению с вариантом более длинным, но с более поло­гими уклонами. Вариант более короткий, но с большей суммой преодоле­ваемых высот, также может оказаться по эксплуатационным показателям хуже, чем вариант более длинный, но с меньшими преодолеваемыми высо­тами. В то же время строительная стоимость более коротких вариантов (если они не предусматривают возведение тоннелей или других капитало­емких сооружений) в большинстве случаев оказывается меньше, чем стои­мость вариантов большей длины.

Анализ показателей намеченных направлений позволит отклонить заве­домо нецелесообразные варианты, например, более длинные и при этом с большей суммой преодолеваемых высот или с более крутыми уклонами местности, а также не имеющие преимуществ по другим показателям. Вы­явленные конкурентоспособные варианты подлежат трассированию дороги по этим направлениям с целью подробного их сравнения (см. гл. 6).

4.2. Классификация участков трассы.

Трассирование на вольных и напряженных ходах

Классификация участков (ходов) трассы. Методы трассирования в значи­тельной степени различаются в зависимости от условий использования ру­ководящего уклона и топографических характеристик местности. По пер­вому признаку различают вольный и напряженный ходы, по второму — долинные, водораздельные и поперечно-водораздельные. Вольный ход — участок трассы, на котором средний естественный уклон местности мень­ше руководящего уклона: (_сст < /_р. Напряженный ход — участок трассы, на котором средний естественный уклон местности по кратчайшему направ­лению равен или круче руководящего уклона: /_сст > /_р. Долинный ход — уча­сток трассы, уложенный по долине реки. Водораздельный ход укладывается на водоразделе. Поперечно-водораздельным ходом называют участок трассы на пересечении водораздела при переходе из одной долины в другую.

Принципы трассирования на вольных ходах. На вольных ходах нет значи­тельных высотных препятствий, поэтому основной принцип трассирова­ния — укладка трассы по кратчайшему направлению (по прямой) между фиксированными и опорными точками. В практике трассирования желез­ных дорог на вольных ходах известны примеры, когда на протяжении мно­гих десятков километров между фиксированными точками трасса уклады­валась по прямой (прямая длиной около 100 км на линии Омск — Иртыш­ское, более 300 км - на одной из железных дорог Аргентины, около 500 км через равнину Палларбор на Трансавстралийской железной дороге и т.п.).

Каждый угол поворота на вольном ходу должен быть обоснован. Обыч­но он вызывается необходимостью обхода различных контурных препятст­вий (излучин рек, заболоченных участков и т.п.) или незначительных вы­сотных препятствий, обход которых позволяет уменьшить объем земляных работ. Для того чтобы обход встречающихся препятствий не приводил к существенному удлинению линии, углы поворота на вольных ходах долж­ны быть небольшими: как правило, не более 15—20°. Этого можно достичь, если начинать обход как можно дальше от препятствия.

Рис. 4.5. Варианты обхода препятствия на участке вольного хода: I — геодезическая линия; 2, 3 — варианты трассы а — схема плана трассы; б — продольный профиль по геодезической линии 1; в — профиль по трассе 2

На рис. 4.5 показаны возможные варианты отклонения трассы от геодезической линии 1 для обхода незначительного высотного препятствия. Правильным является вариант 2, обеспечивающий обход препятствия при меньших углах поворота, что приводит к меньшему удлинению трассы, нежели при варианте 3, который на большем протяжении следует по геодезической прямой, но требует больших углов поворота и поэтому оказывается длиннее.

Принципы трассирования на напряженных ходах. На участках напряжен­ного хода где 4_СТ = /_р трасса может быть проложена по кратчайшему на­правлению между фиксированными точками, как и на вольных ходах. Профиль на всем протяжении участка должен быть запроектирован руко­водящим уклоном, а длина трассы теоретически равна длине геодезической линии. Однако случай, когда /_ест = /_р встречается относительно редко. Чаще напряженный ход характеризуется неравенством /_ест > /_р, как это иллюстри­рует участок спуска трассы с седла Б на водоразделе в точку А в долине (рис. 4.6,6). В этом случае невозможно уложить трассу между фиксирован­ными точками А и Б по кратчайшему направлению протяженностью L₀, т.е. по геодезической линии 1 на рис. 4.6,а. Для преодоления разности от­меток Я_Б и Я_А требуется минимальная расчетная длина линии /.,,, км (см. рис. 4.6,в):

(4.1)

/ — /

'р 'j(cp)

где Я_Б и Я_А — отметки фиксированных точек, м; А„ и Л_н — глубина выемки на водо­разделе и высота насыпи на пересечении долины, м, устройство которых уменьша­ет преодолеваемую высоту и позволяет сократить длину линии L_v\ ь_(ч,) - средний, отнесенный ко всему протяжению напряженного хода, уклон, эквивалентный до­полнительному сопротивлению от кривых; в зависимости от сложности рельефа равен 0,3-1,0 %о.

Если длина напряженного хода превышает длину перегона и, следова­тельно, в пределах напряженного хода будут размещены раздельные пунк­ты, то расчетная длина трассы увеличится:

'р 'э(ср)

где п — число раздельных пунктов на участке напряженного хода; L„_n - длина пло­щадки раздельного пункта, км.

Формула (4.2) справедлива, если раздельные пункты расположены на горизонтальных площадках. При проектировании разъездов на уклонах расчетная длина линии несколько меньше. С учетом этого обстоятельства, а также принимая во внимание, что при большой протяженности напря­женного хода определить предварительно с достаточной точностью число раздельных пунктов на напряженном ходе затруднительно, иногда расчет­ную формулу рекомендуют в таком виде:

(Я_Б - К) - (Я_А + ИЛ А,- — О ^{+ а}_Рп)' (4-3)

'р 'з(ср)

где а_рп — коэффициент, который в зависимости от норм размещения раздельных пунктов и длины станционных площадок составляет 0,06—0,10.

Недоиспользование на напряженном ходе уклона трассирования /,_Р = = Ь ~ Цср> приводит к потере высоты И_п (рис. 4.7) и неизбежному удлине­нию трассы, км:

= ^ = —^--------- . (4.4)

L L -

Рис. 4.7. Участок продольного профиля трассы с потерей высоты и удлинением участка напряженного хода

Поэтому основной принцип трассирования на участках напряженного хода — укладка трассы при наиболее полном использовании уклона трас­сирования, что позволяет получить наименьшую возможную длину линии. При этом трасса должна быть уложена так, чтобы средний уклон местно­сти соответствовал уклону проектной линии (см. рис. 4.6,в).

Приемы развития трассы. Для достижения расчетной длины линии, оп­ределенной по формулам (4.2) или (4.3), применяют различные способы развития трассы. При незначительном развитии линии укладывают не­сколько обратных кривых с углами поворота обычно не более 90° (рис. 4.8). При необходимости большого развития трассы укладывают кри­вые с углами поворота, достигающими 180° и более. Примерами такого развития являются петли и спирали.

В виде петель трасса может развиваться, когда, следуя по долине реки, она заходит в боковую долину, укладывается по одному из ее склонов, за­тем разворачивается углом, достигающим 180° и более, и по другому скло­ну вновь выходит в основную долину (рис. 4.9). В узких боковых долинах при входе и выходе из них, а также развороте трассы могут потребоваться тоннели.

Рис. 4.9. Развитие трассы в виде пе­тель при заходе в боковые долины

При изысканиях Кавказской перевальной железной дороги (Владикавказ — Тбилиси) один из вариантов трассы в районе с. Думацхо проложен петлями по склонам горных рек (рис. 4.10). На протяжении примерно 2,5 км (по кратчайшему направлению) отметки трассы за счет ее развития понижаются на 300 м. Коэффи­циент развития трассы на данном участке превышает 3,5. На км 76-85 запроекти­ровано шесть тоннелей обшей протяженностью около 2,5 км, в том числе тоннель при развороте трассы в узкой боковой долине (на км 84—85).

Рис. 4.10. Участок одного из вариантов трассы Кавказской перевальной железной дороги в районе с. Думацхо (изыскания 1936 г.)

При отсутствии боковых долин петли трассы могут быть уложены на склонах основной долины. В этих случаях, как правило, требует­ся сооружение тоннелей на склонах, а при необходимости перехода трассы на другой склон долины — также и сооружение моста или виадука.

В проекте Кавказской перевальной железной дороги на участке от ст. Казбек до разъезда Циклаури трасса проложена с петлевым тоннелем в склоне ущелья р. Терек (рис. 4.11). На протяжении км 45—50 трасса трижды пересекает реку.

Спиралью называется развитие линии, при котором трасса, разворачива­ясь на угол до 360°, пересекает себя в разных уровнях с устройством тон­неля или путепровода.

На железной дороге Армавир — Туапсе в начале XX столетия в ущелье р. Ин­дюшка между разъездом Индюк и ст. Гойтх путь был сооружен в виде спирали с тремя тоннелями общей протяженностью более 1,5 км (рис. 4.12). На Китайской Восточной железной дороге при спуске с хребта Большой Хинган трасса также проложена спиралью (рис. 4.13). На рис. 4.14 приведен участок сложного развития трассы высокогорной железной дороги, где, наряду с несколькими петлями, имеет­ся тоннельная спираль. '

Рис. 4.13. Трасса Китайской Восточной железной дороги на пересечении хребта Большой Хинган: I — постоянная трасса; 2 — временный обход до сооружения тоннеля

Рис. 4.14. Участок сложного развития трассы на высокогорной узкоколейной же­лезной дороге Септември - Доброниште в Болгарии

Развитие трассы может быть также осуществлено в виде зигзагов (тупи­ковых заездов) (рис. 4.15), когда дорога от точки А поднимается по склону до тупикового разъезда Б, затем — по тому же склону в обратном направ­лении до тупикового разъезда В и т.д. Этот способ развития трассы не тре­бует сооружения тоннелей, глубоких выемок, виадуков, но его крупный

Рис. 4.15. Развитие трассы в виде зигзагов

эксплуатационный недостаток — изменение направления движения поездов, что сущест­венно замедляет продвижение поездопотока, уменьшая пропускную способность линии. Поэтому развитие линии в виде зигзагов мо­жет применяться лишь на временных участках трассы (см штриховые линии на рис. 4.13).

Из истории железнодорожного строительст­ва известен еще один способ развития трас­сы — в виде улитки.

В конце XIX в в Германии в горах Гарц была сооружена узкоколейная железная дорога от курортного местечка Ширке до вершины горы Броккен Эта дорога в качестве "стальной туристской тропы" поднимается в форме улитки по склонам горы на высоту 1100 м (рис 4 16) Рис. 4.16. Развитие трассы улиткои на подъеме к вершине Броккен в горах Гарц (Германия) t

4.3. Трассирование в различных топографических условиях

Трассирование в долинах рек. Долинные ходы трассы, проложенные вдоль рек, создают благоприятные условия для водоснабжения станций и станционных поселков, но характерны большим числом пересекаемых во­дотоков (притоков реки), что увеличивает стоимость искусственных соору­жений. В равнинной местности долины рек малоизвилисты, с широкими террасами. Трасса в этих условиях располагается на одной из надпоймен­ных террас. Такие участки трассы называют долинно-террасовым ходом.

В пересеченной местности долины более извилистые. На участках больших излучин реки наряду с вариантом удлинения линии для обхода излучины необходимо изучить возможность пересечения реки двумя мос­тами либо отвода русла реки (рис. 4.17).

На 198—199 километрах трассы железнодорожной линии Новокузнецк — Абакан р. Томь имеет крутую излучину, огибающую узкий и высокий скальный мыс лево­бережного склона долины (рис. 4.18). При проектировании дороги рассмат­ривалось несколько вариантов [53]. Укладка трассы на всем протяжении участка по левому берегу реки приво­дила к пересечению скального мыса тоннелем протяженностью 300 м. В I "" бестоннельном варианте (штриховая линия на рис. 4.18) трасса пересекала

Рис. 4.17. Варианты трассы на участке большой излучины реки: / - обход излучины; 2 - пересечение излучины двумя мостами; 3 - отвод русла реки

Рис. 4.18. Участок трассы железной дороги Новокузнецк — Абакан в долине р. То­ми '
русло р. Томи, на некотором протяжении следовала по правому берегу реки, но затем для подхода к участковой станции Бискамжа вновь переходила на левый бе­рег с устройством мостовых переходов через р. Томь и ее приток Тузуксу. Лучшим оказался вариант трассы, пересекающей выступающий мыс выемкой максимальной глубиной около 19 м и дважды пересекающей русло р. Томи насыпями из скально­го грунта (жирная линия на рис. 4.18). В связи с перекрытием реки осуществлено спрямление ее русла прорытием канала длиной 500 м, шириной по дну 15 м и средней глубиной 1,0—1,2 м. Принятое решение исключило необходимость строи­тельства трех мостовых переходов и, сокращая длину трассы более чем на 300 м по сравнению с правобережным вариантом, значительно снизило стоимость строи­тельства.

В горных районах, где реки текут в ущельях с крутыми склонами (косо­горами) без террас, трасса может быть уложена либо на косогоре выше уровня высоких вод (долинно-косогорный ход) либо у подошвы косогора. В косогор из прочных скальных пород основную площадку земляного полот­на можно врезать в виде полувыемки (рис. 4.19). Учитывая сложность со­оружения второго пути на таких участках в условиях движения поездов, выемки на крутых косогорах и на прижимах рек, как и выемки глубиной более 6 м, располагаемые в скальных породах на железных дорогах И кате­гории и выше, согласно Строительно-техническим нормам СТН Ц-01-95 проектируют под два пути. Для обеспечения безопасности движения поез­дов на участках, где возможен камнепад, между основанием откоса и ос­новной площадкой земляного полотна устраивают улавливающую траншею (см. рис. 4.19).

На крутых косогорах, сложенных слабыми скальными породами или переувлажненными обыкновенными грунтами, укладка трассы, как прави­ло, нецелесообразна, так как для обеспечения устойчивости земляного по­лотна на таких участках необходимы дорогостоящие сооружения: разветв­ленная система дренажей, подпорные стены и др., строительство которых трудно механизировать. Кроме того, такие участки пути требуют больших расходов труда и средств в период эксплуатации.

1-1,25 Рис. 4.19. Полувыемка на скальном косогорном участке БАМа: 1 — шебень с глыбами; 2 — трещиноватые гнейсы и гранитогнеисы; 3 — крепкие нетрещи­новатые гнейсы и гранитогНейсы; 4 — улавливающая траншея

Рис. 4.20. Поперечный профиль насыпи, прислоненной к косогору: / - скальный массив косогора; 2 - делювиальный слой; 3 - улавливающая траншея; 4 - насыпь; 5- защитная берма; 6- упорная берма; 7- река; 8 — речные донные отложения

Опыт строительства железных дорог в горных районах Сибири показал, что вместо укладки трассы на крутых неустойчивых косогорах целесооб­разно размещать земляное полотно у их подошвы, отсыпая насыпи скаль­ным фунтом в русло реки (рис. 4.20). Многолетний опыт успешной экс­плуатации таких участков пути на железных дорогах Новокузнецк — Аба­кан (в долине р. Томи), Абакан - Тайшет (в долине р. Туманшет) и других дал основание применить подобные решения на ряде участков Байкало- Амурской магистрали по долинам рек Олекмы, Нюкжи и др.

Несмотря на большие объемы строительных работ и сложный план ли­ний в узких ущельях, в горных условиях укладка трассы попутными до­линными ходами нередко является единственно возможным решением.

Трассирование на водоразделах. Водораздельные ходы наиболее часто применяются при проектировании железных дорог в равнинных и слабо холмистых районах, где водоразделы широки, имеют благоприятное очер­тание в плане и относительно небольшое колебание отметок. Геологиче­ские и гидрологические условия этих водоразделов обычно благоприятст­вуют сооружению железных дорог. Для водораздельных участков трассы характерны небольшие объемы земляных работ и в отличие от долинных ходов небольшое количество водопропускных сооружений либо полное их отсутствие, если трасса уложена по самой водораздельной линии. Недос­татком водораздельных ходов в сравнении с долинными ходами является сложность и большая стоимость устройств водоснабжения станций и по­селков.

Трассирование поперечно-водораздельными ходами. Одним из основных вопросов, подлежащих решению при укладке трассы поперечно- водораздельным ходом, является выбор места пересечения водораздела. Если проектируется устройство перевальной выемки, то водораздел пере­секают, как правило, в одном из седел. Желательно, чтобы выбранное сед­ло совпадало с кратчайшим направлением трассы и имело наиболее низ­кую отметку, что позволит уменьшить глубину перевальной выемки. Кроме того, преимущество имеет более узкое седло, в котором протяженность вы­емки и соответственно объем земляных работ будет меньше, чем при пере­сечении водораздела на той же проектной отметке, но в более широком седле (рис. 4.21). Преимущество того или иного места пересечения водо­раздела следует оценивать также с учетом различия трассы на подходах к водоразделу. >

Рис. 4.21. Схематический продольный профиль трассы на пересечении водораздела: а — в узком седле; 6 — в широком седле

Рис. 4.22. Варианты трассы БАМа на пересечении Лена-Таюрского водораздела: 1 - Лена-Таюрский; 2 — Васильевский; 3 - Колпашный; 4 - Королевский

Как следует из рис. 4.22 [3], варианты пересечения трассой БАМа Лена- Таюрского водораздела различаются не только положением трассы на значитель­ном протяжении подходов к соответствующему седлу, но определяют также место пересечения р. Лены большим мостовым переходом. В результате технико- экономического сравнения был выбран Колпашный вариант, который по строи­тельно-эксплуатационным показателям оказался также лучше долинного Лена- Таюрского варианта.

Существенное значение при трассировании поперечно-водораздельного хода имеет также выбор отметки пересечения водораздела. Поскольку в большинстве случаев поперечно-водораздельные ходы являются напряжен­ными ходами, то проектная отметка трассы на водоразделе не только фиксирует глубину перевальной выемки, но, как это следует из формул (4.1)—(4.3), определяет протяженность линии на участке спуска с водораздела. С целью сокращения длины этого участка на поперечно- водораздельных ходах могут использоваться уклоны усиленной тяги.

При проектировании железных дорог с большими размерами перевозок более рациональными оказываются варианты с лучшими эксплуатацион­ными показателями, когда трасса пересекает водораздел одиночной тягой по спрямленному направлению при меньшей сумме преодолеваемых вы­сот, т.е. при более низких отметках пересечения водораздела. Такие реше­ния достигаются устройством более глубокой перевальной выемки или со­оружением тоннеля. <

ас <

ю о о.

X

о а

U

< из

я

С-

CQ

Напротив, на линиях с небольшими размерами перевозок необходимо стремиться к уменьшению строительной стоимости линии даже ценой ухудшения эксплуатационных показателей. В этом случае могут оказаться целесообразнее варианты, трасса которых пересекает водораздел уклонами усиленной тяги на более высоких отметках.

При проектировании БАМа на участке пересечения Северо-Муйского хребта в Ангараканском седле рассматривались варианты с перевальным тоннелем различ­ной длины и бестоннельные варианты с усиленной (двойной и тройной) тягой (рис. 4.23) [3]. Преимущество было отдано варианту наименьшей протяженности с перевальным тоннелем, длина которого при разработке технического проекта была принята равной 15,3 км. Бестоннельный вариант (Петлевой) с уклонами двойной тяги длиннее принятого тоннельного варианта на 42 км, пересекает седло выемкой, но на нем имеется пять петлевых тоннелей общей протяженностью 5 км.

4.4. Трасса на пересечении больших водотоков

Типы сооружений на пересечениях железной дорогой водных препятствий.

На пересечениях железной дорогой больших водотоков — рек, каналов, либо таких водных преград как водохранилища или морские проливы и заливы устраивают различные инженерные сооружения. На реках и кана­лах в большинстве случаев сооружают мостовые переходы. Большие реки и морские проливы пересекают как мостовыми так и тоннельными перехо­дами.

При пересечении Главсибом р. Амур у Хабаровска был сооружен мостовой пе­реход, а впоследствии в качестве дублера построили тоннель. Для соединения же­лезнодорожной сети материка и острова Сахалин через пролив Невельского рас­сматриваются варианты мостового перехода и тоннельного пересечения.

Тоннели построены под проливами Ла-Манш (длиной около 50 км) и Цугару (между японскими островами Хонсю и Хокайдо — протяженность около 54 км). Пересечение пролива Эресунн между Швецией и Данией осуществлено на восточ­ной части трассы мостовым переходом протяженностью 8 км, а на западной — тон­нелем длиной 5 км (рис. 4.24).

Рис. 4.24. Транспортные переходы через пролив Эресунн

При пересечении таких водных препятствий, где нет течения (озеро, за­лив) и судоходства, наряду с мостовыми и тоннельными переходами со­оружают дамбы, земляные или фильтрующие.

Земляная дамба возведена через залив Сиваш Азовского моря на направлении Запорожье — Симферополь. При пересечении Кандалакшского залива Белого моря сооружена фильтрующая дамба длиной около 1 км и высотой до 10 м, которая пропускает приливы и отливы с колебанием уровня воды почти 2 м.

Трасса железной дороги в районе гидросооружений может быть проло­жена по плотине или через водохранилище.