1299
.pdf10,1, а) по кратчайшему направлению. Создание такой сети было бы не оправдано экономически и привело бы к бесхозяйственному изъятию больших земельных площадей из сельскохозяйственного производства. Поэтому при проектировании начертания дорожной сети должно быть найдено такое компромиссное решение, в кото ром удовлетворение требований автомобильного транспорта к эф фективности автомобильных перевозок сочеталось бы с экономией затрат на строительство, включая и стоимость земли, отведенной под дорогу.
В соответствии с принятой в настоящее время методикой срав нения вариантов за критерий оптимальности начертания дорожной сети принимают минимум приведенных строительных и эксплуата ционных затрат. Предложен ряд математических методов отбора из ряда возможных вариантов начертания дорожных сетей наивы годнейшего варианта, удовлетворяющего критерию оптимальности. В настоящее время еще нельзя с полной определенностью выска заться о преимуществах какого-либо из них.
Проектирование начертания дорожной сети ведут, не учитывая влияния рельефа и ситуации местности, получая таким образом сеть воздушных линий, которая дает основную ориентировку для выбо-
ф -
|
( (at4® |
^ |
|
|
|
|
( ) |
ш |
---- --------- 'С ч |
/ |
I |
|
J |
0 |
5 Юл !* |
Рис. 10.1. Дорожная сеть района:
л —>схема транспортных связей; б — мини мальная по протяженности сеть дорог, свя зывающая грузообразующие точки; в — сеть дорог, уточненная путем установле ния рациональных мест примыканий и раз
ветвлений
181
ра направления отдельных дорог при изысканиях на местности. Влияние рельефа подлежит учету лишь при наличии непреодоли мых препятствий — горных хребтов, больших озер и заболоченных массивов. Горные перевалы и места обхода являются в этом слу чае точками обязательного транзитного прохода всех грузопото ков. Неизбежные отклонения трассы от найденных воздушных ли ний, вызванных местными топографическими условиями, нередко выдвигаются в качестве аргумента против широкого использования технико-экономических методов обоснования начертания дорожной сети. Однако влияние таких отклонений не следует переоценивать.
Для практических целей удобен метод проф. Я. В. Хомяка, при котором проектирование сети выполняют в несколько этапов:
1) выбор основной схемы связей между корреспондирующими грузообразующими пунктами, которая удовлетворяет требованию наименьшей суммарной протяженности. Это обеспечивает мини-1 мальные затраты на строительство;
2)уточнение первоначально намеченной сети путем введения дополнительных звеньев для удовлетворения критерия минимума приведенных дорожно-транспортных затрат на перевозки;
3)окончательная корректировка намеченной сети путем уточ нения мест примыкания и разветвлений дорог.
Решение задачи начинают с построения кратчайшей связываю щей сети дорог, т. е. такой сети воздушных линий, которые соеди няют все грузообразующие и грузопоглощающие точки при наи меньшей приведенной длине сети. Для отбора звеньев в кратчай шую связывающую сеть используется показатель 1/Q, который, представляет собой длину участка дороги, приходящуюся на 1 т перевозимого груза. Этот показатель назван приведенным расстоя нием. В принципе имеется возможность приближенного учета при проектировании сети особенностей рельефа введением в значение I поправочного коэффициента на удлинение трассы.
Рассмотрим построение сети дорог на примере, заимствованном из работы проф. Я- В. Хомяка.
Расчеты ведутся на основе составляемых по данным технико экономических изысканий таблиц грузовых перевозок. Приведена часть такой таблицы (табл. 10.1).
182
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
10.2 |
|
Xарактеристики |
|
|
|
Грузообразующие точки |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
перевозок |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
24 |
|
в точку 1 |
|
|||||||||
Расстояние от |
точ |
X |
20,4 |
26,3 |
13,0 |
16,8 |
13,2 |
8,2 |
34,1 |
|
ки 7, км |
перевози |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объем |
X |
560 |
700 |
950 |
150 |
80 |
8,5 |
50 |
||
мых грузов Q, тыс. т |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Приведенное |
рас |
X |
0,036 |
0,038 |
0,014 |
0,112 |
0,165 |
0,096 |
0,683 |
|
стояние |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Начиная построение, выбирают на схеме транспортных связей точку, к которой тяготеют наиболее интенсивные грузопотоки. Для случая, представленного на рис. 10.1, а, таковой является точка 1 станции железной дороги, к которой тяготеет большинство других точек. Для них вычисляют приведенные расстояния до всех других точек (табл. 10.2). На первом этапе расчета в рассматриваемом примере получилось, что наиболее близкой к точке 1 является точ ка 4. Поэтому линия 1—4 образует первое звено отыскиваемой кратчайшей связывающей сети (рис. 10.1, б). В дальнейших расче тах точки 1 и 4 больше не рассматриваются и учитываются только грузы, поступающие из них в другие точки.
Для точки 4 (табл. 10.3) наименьшим является приведенное расстояние до точки 3. Поэтому линия 3—4 включается в сеть до рог. При подсчете расстояний учитывалось, что грузы, перевозимые в точку 3 из точки 7, после установления первого звена сети 7—4 должны обязательно пройти через точку 4 и, следовательно, на
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
10.3 |
|
Характеристика |
|
|
Грузообразующие точки |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
перевозок |
|
|
2 |
в |
4 |
5 |
6 |
7 |
24 |
|
в точку 4 |
|
• |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расстояние от точки 4, |
13,0 |
12,8 |
15,3 |
X |
16,9 |
19,8 |
17,2 |
22,7 |
||
км |
|
|
950 |
10 |
400 |
|
— |
— |
— |
300 |
Объем перевозимых |
X |
|||||||||
грузов Q, тыс. т |
|
12,8 |
15,3 |
|
16,8 |
13,2 |
8,2 |
22,7 |
||
Кратчайшее |
рас |
X |
X |
|||||||
стояние |
до связую |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
щей сети, км |
|
|
|
|
|
7 |
7 |
7 |
|
|
Точки |
примыкания |
X |
4 |
4 |
X |
4 |
||||
Суммарный |
объем |
X |
570 |
1100 |
X |
150 |
80 |
85 |
350 |
|
перевозимых |
грузов, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тыс. т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приведенные |
рас |
X |
0,022 |
0,014 |
X |
0,112 |
0,165 |
0,096 |
С065 |
|
стояния |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
183
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
10.4 |
||
|
|
|
Груэообразующие точки |
|
|
|
|||
Характеристика перевозок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в точку 3 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
24 |
|
|
|
|
|
|||||||
Расстояние от точки 3, км |
26,3 |
24,9 |
X |
15,3 |
18,4 |
35,7 |
7,8 |
|
|
Объем перевозимых гру |
700 |
80 |
X |
400 |
10 |
— |
120 |
|
|
зов Q, тыс. т |
X |
12,8 |
X |
X |
16,8 |
13,2 |
7,а |
|
|
Кратчайшее расстояние до |
|
||||||||
связующей сети, км |
X |
|
X |
X |
|
|
|
|
|
Точки примыкания |
4 |
1 |
1 |
3 |
|
|
|||
Суммарный объем перево |
X |
650 |
X |
X |
160 |
80 |
470 |
|
|
зимых грузов, тыс. т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приведенное расстояние |
X |
0,020 |
X |
X |
0,150 |
0,165 |
0,017 |
[ |
|
П р и м е ч а н и е . Для упрощения в |
табл. |
10.2 и |
10.3 графы для |
точек |
8—23, |
а |
к |
табл. 10.4 графы для точек 7—23 опущены, так как на первом этапе расчета они не ока зывают влияния на результаты.
участке 4—3 объем грузовых перевозок будет равен сумме перево зок между точками 1—3 и 3—4, т. е. 1100 тыс. т. Аналогично източки 2 в точку 4 поступает 570 тыс. т, в том числе 560 тыс. т, на правляющихся в точку 1. При рассмотрении далее точки 3 (табл. 10.4), связанной направлением 3—4— 1 с точками 1 и 4, к объемам, приходящих в нее грузов необходимо прибавлять грузы, следую щие из рассматриваемых точек и в точки 1 и 4. Поэтому, напри мер, из точки 5 поступает в точку 3 150+10=160 тыс. т. При оп ределении приведенного расстояния из точки 2 до фрагмента сети 3—4— 1 учитывают грузы, поступающие из нее во все эти точки,, т. е. 650 тыс. т. Минимальное приведенное расстояние получается до точки 24, и в сеть включается линия 3—24.
Аналогичные подсчеты, выполненные для точки 24, приводят к выводу, что для нее минимальное приведенное расстояние 0,016 соответствует точке 14. Однако по конфигурации сети очевидно» что вместо нее более рациональная связь 3—14, которая и вводит ся в схему, хотя приведенное расстояние в этом случае получается несколько большим (0,025). Оставшиеся неохваченными точки при вязывают к полученному магистральному ходу повторным рассмот рением точек 1,4 и 3.
Найденная описанным построением схема кратчайшей связы вающей сети дорог (см. рис. 10.1, б) еще не в полной мере удовлет воряет требованию минимума дорожно-транспортных расходов на перевозки.
Так, например, пункты 1 и 2, между которыми происходят зна чительные перевозки, связаны только окружным путем через пункт 4, что будет вызывать перепробег автомобилей. Для улучшения запроектированной сети в нее вводят на основе логических сообра жений дополнительные звенья, если приведенная стоимость пере-
184
Рис. 10.2. Схемы к технико-экономическому обоснованию выбора направления трассы дороги:
л — определение |
точки |
примыкания подъездного пути к дороге более высокой категории; |
||
6 — нахождение |
точки |
соединения дорог, связывающих три пункта; |
в — определение места |
|
разветвления дороги; г — нахождение направления магистрального |
пути, обслуживающего |
|||
|
|
несколько грузообразующих пунктов |
|
|
возок по намеченной сети, учитывающая транспортные |
и строи |
|||
тельные расходы |
(см. ч. 2, п. 24.1) выше, чем в случае |
введения |
дополнительного звена, непосредственно связывающего точки. Эта дополнительная сеть автомобильных дорог показана на рис. 10,1, в пунктиром.
На первых этапах построения дорожной сети ее участки сопря гались в грузообразующих точках, что во многих случаях вызыва ло бы перепробег автомобилей. Поэтому дорожная сеть должна быть уточнена путем нахождения оптимальных мест примыкания и разветвления дорог (см. рис. 10,1, в). В зависимости от назначе ния дорожной сети критериями оптимальности могут быть приве денная стоимость строительства, минимум работы или затрат вре мени на перевозки.
Приходится решать следующие задачи.
1. |
Н а х о ж д е н и е т о ч к и п р и м ы к а н и я п о д ъ е з д н о г о |
п у т и |
к д о р о г е б о л е е в ы с о к о й к а т е г о р и и (рис. 10.2, а). |
Пусть интенсивность движения из пункта А в пункт В равна N B, а в пункт С равна Nc. Определим угол примыкания из условия затрат времени на перевозки. Скорости движения по магистраль ной дороге ом, по подъездному пути ип зависят от типа проезжей части и категории дорог, определяемых интенсивностями движения.
185
Затраты времени на перевозки составят
|
~l/~ /т2 | у2 |
^ п |
^ г |
|
71= |
-----------------vn |
( N B + N.c ) + (L — x — m ) ---------vu |
+ ( т + х ) ------t/M . |
(10.1) |
Значение угла примыкания а, соответствующее минимуму про должительности перевозок, может быть найдено приравниванием нулю первой производной dT/dx, что приводит к выражению
х |
( N B — N c ) |
|
COSO= |
”н(Л Гв+ ^ с) |
(10-2) |
В рассмотренном примере |
(см. рис. 10,1, в) уточнение |
мест |
примыкания дорог привело к появлению дополнительных узловых точек 27, 28, 29, 30, 31, 32. Введение точки 30 позволило ограни читься дорогой 16—30 вместо двух дорог 4—16 и 16—15.
2. Н а х о ж д е н и е т о ч к и с о е д и н е н и я д а р о г, с в я з ы в а ю щ и х т ри пункт а .
При соединении дорогами трех пунктов для сокращения протя женности дорожной сети целесообразно проектировать сеть дорог как подъездные пути от грузообразующих пунктов к некоторой точке внутри треугольника, образованного тремя пунктами (рис. 10.2, б). Такой случай в рассматриваемом примере встретился при нахождении точки 32 в треугольнике 5—18—22.
Для нахождения положения точки соединения дорог немецким инж. Лаунгардтом в 1882 г. был предложен точный математиче ский метод определения углов, образуемых этими дорогами, при которых удовлетворялось бы минимальное значение принятого для оценки критерия. Однако, поскольку речь идет о сети воздушных линий, неизбежно корректируемых при трассировании на местно сти, целесообразнее использовать более простой приближенный метод, заключающийся в том, что из каждого грузообразующего пункта отыскивается направление подъездного пути к дороге, со единяющей два остальных пункта.
Пересекаясь, подъездные пути образуют так называемый «тре угольник погрешностей», в котором при трассировании с учетом местных условий выбирают положение точки соединения дорог.
3. О п р е д е л е н и е ме с т а р а з в е т в л е н и я д о р о г и . Если дороги, соединяющие два пункта, объем перевозок между
которыми мал, с третьим, образуют между собой малый угол, целе сообразно вначале строить объединенную дорогу, разветвляющую ся на некотором расстоянии (рис. 10.2, в). Очевидно, что эту зада чу можно рассматривать как определение такого положения маги стрального участка АО, при котором направления ответвлений з точки В и С удовлетворяют требованиям к углам примыкания, установленным выше. Положение места разветвления дорог на пла не определяют, отложив из какой-либо точки прямой, вычерченной
186
на прозрачной бумаге, линии под углами ai и аг, и находят такое ее положение, чтобы линии прошли через точки Л, Б и С.
4. |
Н а х о ж д е н и е |
н а п р а в л е н и я м а г и с т р а л ь н о г о |
п о д ъ е з д н о г о пути, |
о б с л у ж и в а ю щ е г о н е с к о л ь к о |
г р у з о о б р а з у ю щ и х п у н к т о в (рис. 10.2, г).
Если несколько населенных пунктов и промышленных предприя тий тяготеют к одному пункту, например станции железной дороги, пристани или к крупному перерабатывающему промышленному предприятию, а между собой имеют малые транспортные связи, за ведомо нецелесообразно строить из каждого пункта самостоятель ный подъездной путь. Правильнее провести общий магистральный подъездной путь АВ с ответвлениями от него к отдельным пунк там.
Положение магистрального подъездного пути находят графиче ским способом построения силового многоугольника. Интенсивность движения или объем перевозимых грузов между каждой из грузо образующих точек и центром рассматривается как вектор, на правленный по прямой, соединяющей эти точки. Замыкающая си лового многоугольника является равнодействующей, показывающей направление основной магистрали.
Примыкания отдельных подъездных путей к магистральному решаются описанным выше способом.
10.2. Учет местных условий при выборе направления трассы
В задании на проектирование дороги бывают указаны началь ная, конечная и промежуточные точки, через которые должна быть проведена трасса проектируемой дороги. Эти точки, называемые опорными пунктами, могут представлять собой промышленные, политико-административные или культурные центры, транспортные узлы. При попытке трассировать дорогу по прямым, соединяющим опорные пункты, пришлось бы столкнуться с многочисленными препятствиями, преодоление которых технически и экономически менее целесообразно, чем обход с небольшим отклонением от пря мой линии.
Различают контурные и высотные препятствия. К первым отно сятся излучины рек, населенные пункты, озера и болота, места с неблагоприятными почвенными и геологическими условиями, запо ведники; ко вторым — горные хребты, отдельные возвышенности, глубокие и широкие котловины.
Отклонение трассы от воздушной линии вызывается также не обходимостью прохождения дороги через контрольные точки. К их числу относятся согласованные места пересечений с железными и автомобильными дорогами, места пересечения больших водото-
187
8
Рис. 10.3. Варианты воздушной линии между опорными пунктами
ков, удобные для строительства мостов, горные седловины, а так же используемые участки существующих дорог.
Осмотр местности или анализ местных условий по аэрофото снимкам или по карте крупного, масштаба в горизонталях позво ляет наметить ряд точек, через которые может пройти трасса доро ги, обходя препятствия. Соединение этих точек между собой дает ряд вариантов воздушных линий, достаточно хорошо характеризую щих возможные направления трассы дороги.
На рис. 10.3 показано несколько возможных вариантов воздуш ной линии между опорными пунктами. На участке АВ число воз можных вариантов определяется необходимостью обхода озера и использованием седловин а и б. Заслуживает внимания возмож ность отклонения трассы для пересечения железной дороги на уча стке, где она проходит выемкой для устройства путепровода. Фик сированные точки обхода озера в и г вызывают необходимость даль нейшего отклонения северного варианта трассы (сплошная линия на рисунке). Малые водотоки, впадающие в озеро, не создают за труднений в выборе места перехода, так как могут быть пересечены под углом или их русло может быть спрямлено. Пересечение сле дующего крупного препятствия — большой реки — по условиям выбора места мостового перехода возможно в точках д, е и ж. Рас положение этих точек указывает на целесообразность проложения северного варианта трассы в обход промежуточного пункта В с устройством к нему подъездного пути.
У южного варианта (пунктир на рисунке) приток реки и забо лоченные участки в его верховье делают более выгодными прибли жение к пункту В, а от него в точку ж в обход излучины реки. Для дорог высших категорий должен быть рассмотрен также вариант пересечения болота г — з, сокращающий длину дороги. Дальней-
188
шее направление обоих вариантов определяется границами запо ведника (точки и и к), пересечение которого дорогой недопустимо.
Соблюдение технических требований к элементам плана и про филя неизбежно приводит к дальнейшим небольшим отклонениям трассы от воздушной линии. Однако сравнение продольных профи лей, построенных по планам в горизонталях на основе воздушных линий, позволяет оценить варианты по транспортным и строитель ным характеристикам и выбрать из них основной. Наложение сети воздушных линий на геологическую и почвенные карты также дает возможность оценить геологические условия каждого из вариантов.
При выборе места проложения дороги следует избегать исполь зования ценных сельскохозяйственных угодий. Принятый в СССР
в1968 г. Закон «Основы земельного законодательства Союза ССР
исоюзных республик» указывает, что для всех видов строительст ва, в том числе постройки железных и автомобильных дорог, необ ходимо использовать земли несельскохозяйственного назначениям
или непригодные для сельского хозяйства, либо сельскохозяйствен ные угодья худшего качества, преимущественно не покрытые ле сом, либо площади, занятые кустарниками или малоценными на саждениями. Не следует прокладывать дороги по территориям заповедников, в лесопарках, в непосредственной близости к памят никам архитектуры и истории, в берегозащитных полосах, через отдельные рощи в безлесных степных районах и т. д.
Потери сельскохозяйственного производства и землепользова телей, связанные с изъятием ценных земель, подлежат возмещению’ строительной организацией, что необходимо учитывать при техни ко-экономическом обосновании выбора трассы.
Выбор трассы дороги предопределяет ее протяженность, распо ложение всех капитальных дорожных сооружений, стоимость вы полнения строительных работ и, самое главное, показатели работы автомобильного транспорта в течение последующей многолетней эксплуатации дороги. Не отклоняясь существенно от намеченного по технико-экономическим соображениям направления дороги, сле дует располагать ее на местности таким образом, чтобы воздейст вие на дороги природных условий наименее осложняло строитель ство и последующую ее эксплуатацию.
При этом, рассматривая влияние на дорогу топографических,., геологических, гидрологических и метеорологических условий, не обходимо учитывать и все те изменения, которые могут возникнуть в результате созидательной деятельности человека в прилегающей к дороге местности — постройка водохранилищ, осушение болот,, проведение ирригационных работ, лесонасаждения и т. д.
Современные методы механизированного ведения земляных ра бот позволяют строить устойчивое земляное полотно в самых раз нообразных грунтовых условиях, но высокая стоимость этих работ заставляет в большинстве случаев отдавать предпочтение вариан там обхода участков с неблагоприятными гидрогеологическими ус
18»
ловиями, если это не связано с чрезмерным удлинением трассы дороги.
Из метеорологических условий при выборе трассы следует учи тывать направление господствующих ветров, от которого зависит заносимость дороги снегом, а в песчаных пустынях — песком. Всег да предпочтительнее проложить трассу так, чтобы бассейны, с ко торых приносится на дорогу снег во время поземок, имели бы меньшие площади и были покрыты задерживающей снег расти тельностью.
Гидрологический режим пересекаемых водотоков влияет на вы бор места их пересечения и необходимые размеры мостов, а в неко торых случаях определяет возможность трассирования дороги по долинам рек. Большие расходы воды на пересекаемых водотоках, вызывающие необходимость постройки крупных дорогостоящих ис кусственных сооружений, часто делают целесообразным смещение трассы ближе к водоразделу.
Большое значение для работы дороги имеет ее расположение по отношению к странам света. Количество солнечного тепла, погло щаемое склонами разной экспозиции, меняется в очень большой степени. Южные склоны раньше очищаются от снега и быстрее просыхают, чем северные. На них интенсивнее протекают процес сы выветривания и эрозии. По подсчетам проф. Б. Н. Веденисова, южный откос выемки при высоте солнца над горизонтом 30° акку мулирует в 14 раз больше тепловой солнечной энергии, чем север ный. Часто правильный выбор| склона долины может существен но улучшить работу строящейс^ дороги. В лесисто-болотистой мест ности для лучшего осушения земляного полотна дороги целесооб разно приближать к северной стороне просеки, устраивая полосу ютвода несимметричной.
10.3. Учет снегозаносимости при проложении трассы
Половина территории СССР более чем на 5 месяцев в году по крывается снегом. При ветрах со скоростью более 3—5 м/с снеговой покров начинает сдуваться и переносится в приземном слое возду ха (поземка). При этом до 90% снега перемещается непосредст венно у поверхности снеговых отложений в пределах нижних 10 см. Если перенос происходит при снегопаде, возникает низовая метель.
Если на пути воздушного потока, переносящего снег (снеговет рового потока), встречается возвышающееся препятствие, напри мер дорожная насыпь, условия движения воздушных струй меня ются. На некоторой высоте над поверхностью земли изменение рель ефа не отражается на скорости ветра. В нижних слоях поток воз духа должен, обтекая препятствие на своем пути, пройти через меньшее сечение. При этом скорость снеговетрового потока возрас тает, но в непосредственной близости от препятствия образуются зоны затишья — аэродинамическая тень, в которой откладывается
190