4.3. Обоснование экономической целесообразности сооружения путепроводных развязок

Пересечение в одном уровне требует наименьших затрат на сооружение, но вызывает дополнительные эксплуатационные расходы из-за задержек транспорта, остановок и снижения скорости движения поездов при подходе к пересечению. Поэтому следует определить экономическую целесообразность строительства развязки в разных уровнях (путепровода), когда затраты на строительство путепровода окупятся за счет уменьшения эксплуатационных расходов.

Разница в капитальных вложениях на сооружение пересечения в одном уровне и путепроводной развязки должна вычисляться в сопоставимых границах плана и профиля. При определении эксплуатационных расходов должны учитываться затраты, связанные с задержками поездов на подходах, их разгоном и торможением, преодолением подъемов и спусков, пробегом грузовых и пассажирских поездов (если они отличаются по вариантам); затраты на приобретение подвижного состава.

Затраты, связанные с разгоном и торможением, не учитываются при пересечении маршрутов в горловинах станций, так как задерживаться будут отправляющиеся, а не прибывающие поезда. Однако при этом требуется дополнительные затраты на путевое развитие станции, которые должны учитываться при сравнении. Продолжительность задержек (ч) в год можно в простых случаях определять по формулам:

при равноправных маршрутах

; (4.1)

при неравноправных маршрутах

(4.2)

где N₁, N₂ – число передвижений соответственно по первому и второму маршрутам; t₁, t₂ – время занятия пересечения одним передвижением.

Общее количество задержек на обоих маршрутах в годовом исчислении

. (4.3)

Более точно продолжительность задержек и число остановок поезда, а также дополнительные расходы, связанные с задержками поездов (на дополнительное путевое развитие и др.), определяются методом статистических испытаний.

4.4. Проектирование развязок в плане

План и профиль главных путей в путепроводной развязке проектируют с соблюдением норм проектирования главных путей на перегонах. Для сокращения территории, занимаемой развязкой, а также уменьшения объемов земляных работ и стоимости подготовительных работ (сносы зданий, переносы высоковольтных линий и др.) могут применяться уменьшенные значения радиусов кривых, приведенные в табл. 4.1. Наименьшая длина прямых вставок между начальными точками переходных кривых указана в табл. 4.2. Длины переходных кривых приведены в табл. 4.3.

Алгебраическая разность сопрягаемых уклонов и минимальные длины элементов профиля указаны в табл. 4.4. Минимальная длина элемента профиля в развязках допускается 200 м.

Таблица 4.1

Радиусы кривых в плане

Категории железнодорожной линии, подъездного пути	Радиусы кривых в плане, м
	рекомендуе­мые	допускаемые
		в трудных условиях	в особо труд­ных условиях при технико-экономическом обосновании	по согла­сованию
Скоростные	4000÷3000	2500	1200	300
Особогрузонапряженные	4000÷2000	1500	1000	600
I	4000÷2500	2000	1000	600
II	4000÷2000	1500	800	400
III	4000÷1200	800	600	350
IV – железнодорожные линии	2000÷1000	600	350	200
IV – подъездные пути	2000÷600	500	200	200
IV – соединительные пути	2000÷350	250	200	200

Примечания

1. В случаях, когда на особогрузонапряженных линиях предусматривается максимальная скорость дви­жения пассажирских поездов свыше 120 км/ч, радиусы кривых, рекомендуемые и допускаемые в трудных условиях, на указанных линиях следует принимать по нормам, предусмотренным для линий I категории.

2. При проектировании участков железнодорожных линий на пересечении высотных препятствий, где по ус­ловиям продольного профиля пути реализуются скорости движения пассажирских поездов менее 120 км/ч и грузовых поездов менее 60 км/ч, по согласованию допускается применять кривые радиусами: 300 м – на линиях I и II категории, 250 м – на линиях III категории.

3. При проектировании уширений междупутий допускается применять кривые радиусом более 4000 м.

4. При проектировании развязок в железнодорожных узлах допускается применять кривые радиусом 250 м.

Таблица 4.2

Длины прямых вставок между смежными кривыми

Категория железнодорожной линии	Длина прямой вставки, м
	в нормальных условиях между кривыми, направленными		в трудных условиях между кривыми, направленными
	в разные стороны	в одну сторону	в разные стороны	в одну сторону
Скоростные	150	150	100	100
Особогрузонапряженные	75	100	50	50
I и II	150	150	50	75
III	75	100	50	50
IV	50	50	30	30

Примечания

1. В случаях, когда на особогрузонапряженных линиях предусматривается максимальная скорость движения пассажирских поездов свыше 120 км/ч, прямые вставки на указанных линиях следует принимать по нормам, предусмотренным для линий I категории.

2. На подъездных путях, обслуживаемых маневровым порядком, а в трудных условиях при поездном дви­жении со скоростями не более 25 км/ч, а также на вре­менных участках трассы, сооружаемых на период строительства, прямые вставки между переходными кривыми допускается не устраивать. При отсутствии переходных кривых прямые вставки допускается не устраивать, если не предусматривается возвышение наружного рельса.

Если путь развязки примыкает к горловине станции, то для возможности удлинения в будущем парковых путей рекомендуется на протяжении не менее 200 м укладывать его на прямом участке параллельно главным путям и в одном уровне с ними и только после этого участка устраивать отход на развязку.

На постах примыкания и пересечений в развязках применяют стрелочные переводы пологих марок (1/18, 1/22) или симметричные переводы марки 1/11.

Путепроводы в зависимости от материала пролетного строения имеются железобетонные или металлические, а по конструкции – с ездой поверху или понизу. В настоящее время строят главным образом железобетонные путепроводы. Угол пересечения путей в типовых проектах путепроводов принят 30, 45, 60, 90º. При пересечении под углом меньше 60º путепроводы для двух и более путей устраивают косыми со ступенчатым расположением передней грани опор или с косыми опорами и пролетными строениями. Ступенчатые опоры позволяют применять типовые прямые пролетные строения, но требуют некоторого увеличения пролета. При косых опорах длина путепровода сокращается, но требуется применение индивидуальных косых пролетных строений.

Таблица 4.3

Длины переходных кривых

Радиус кривой, м	Длина переходных кривых на железнодорожных линиях и подъездных путях, м
	особогрузонапряженных, I и II категорий			III категории			IV категории
	Зоны скоростей движения
	1	2	3	1	2	3	1	2	3
4000	40	30	20	30	20	20	–	–	–
3000	60÷40	40÷30	20	40÷30	30÷20	20	–	–	–
2500	80÷60	50÷30	20	60÷40	40÷30	20	–	–	–
2000	100÷80	60÷40	30	60÷50	50÷30	20	40÷30	30	20
1300	100÷80	60÷40	40÷30	80÷60	50÷40	30÷20	50÷30	30	20
1500	120÷100	80÷60	50÷40	80÷60	60÷50	40÷30	60÷40	40÷30	30
1200	140÷120	100÷80	60÷50	100÷80	80÷60	40÷30	60÷50	50÷30	30
1000	140÷120	120÷100	70÷50	120÷100	80÷60	50÷40	80÷60	50÷40	30
800	160÷140	140÷100	80÷50	140÷100	100÷80	50÷40	90÷60	60÷50	40÷30
700	160÷140	140÷120	80÷60	160÷120	110÷90	60÷50	120÷80	60÷50	40÷30
600	160÷130	140÷120	100÷60	160÷120	120÷100	60÷50	120÷80	80÷60	50÷40
500	160÷120	140÷120	120÷70	160÷120	130÷100	80÷60	120÷100	90÷70	60÷40
400	160÷120	140÷120	140÷80	140÷100	140÷100	80÷60	120÷100	110÷80	60÷50
350	140÷100	140÷100	140÷80	140÷100	130÷100	100÷60	120÷100	120÷80	80÷50
300	140÷100	140÷100	120÷80	140÷100	120÷100	120÷80	120÷80	120÷80	80÷60
250	120÷90	120÷80	120÷80	120÷80	120÷80	120÷80	120÷80	120÷80	80÷60
200	–	–	–	–	–	–	100÷80	100÷80	80÷60

Примечания

1. В случаях, когда на особогрузонапряженных линиях предусматривается максимальная скорость движения пассажирских поездов свыше 120 км/ч, длины переходных кривых на указанных линиях следует определять как для линий I категории.

2. При двух значениях длин переходных кривых меньшие значения допускается применять в трудных условиях.

3. Деление участков на зоны скоростей движения поездов следует производить в зависимости от конфигурации продольного профиля:

1-я зона скоростей – углубления продольного профиля и примыкающие к ним участки, а также другие участки, проходимые грузовыми поездами в обоих направлениях с максимальными или близкими к ним скоростями;

2-я зона скоростей – горизонтальные площадки и уклоны, на которых величина средневзвешенной квадратической скорости близка к средним значениям скоростей движения грузовых поездов;

3-я зона скоростей – возвышения продольного профиля и примыкающие к ним участки затяжных подъемов, проходимые грузовыми поездами в обоих направлениях со скоростями, близкими к расчетной скорости на руководящем подъеме.

Таблица 4.4

Наибольшая алгебраическая разность сопрягаемых уклонов и минимальные длины элементов продольного профиля

Категория железнодорожной линии, подъездного пути	Наибольшая алгебраическая разность уклонов смежных элементов профиля iн, ‰, (числитель) и наименьшая длина разделительных площадок и элементов переходной крутизны lн, м, (знаменатель) при полезной длине приемо-отправочных путей, м
	850	1050	2·850 = 1700	2·1050 = 2100
Рекомендуемые нормы
Скоростная	6/250	4/300	–	–
Особогрузонапря­женная	–	3/250	3/250	3/400
I	6/200	4/250	3/250	3/300
II	8/200	5/250	4/250	3/300
III	13/200	7/200	7/250	4/253
IV	13/200	3/200	3/250	–
Допускаемые нормы
Скоростная	10/250	9/300	–	–
Особогрузонапря-женная	–	10/200	5/250	4/300
I	13/200	10/200	5/250	4/300
II	13/200	10/200	6/250	4/250
III	13/200	10/200	8/250	6/250
IV	20/200	10/200	10/200	–

Примечания

1. Временные участки трассы проектируются по нормам железных дорог IV категории при полезной длине приемо-отправочных путей 850 м.

2. При проектировании подъездных путей и временных участков в трудных условиях допускается увеличи­вать алгебраическую разность уклонов i_н до 30 ‰ при длине элементов профиля l_н не менее 150 м.

Путепроводы устраивают так, чтобы верхний путь был по возможности на прямом горизонтальном участке, но при железобетонных путепроводах с непрерывным балластным слоем этот путь можно располагать на уклоне и на вертикальной кривой. Необходимая разность отметок головок рельсов верхнего и нижнего путей определяется по формуле

Hп = hг + hс + hр,

(4.4)

где h_г – габаритное расстояние от головки рельса до низа конструкции пролетного строения путепровода, принимается h_г = 6,50 м;

h_с – конструктивная высота пролетного строения, исчисляемая от низа пролетного строения до подошвы рельса (ПР) верхнего пути и зависящая от величины пролета и конструкции пролетного строения, в курсовом проекте можно принять h_с = 0,8÷1,2 м;

h_р – высота рельса верхнего пути, для Р65 h_р = 0,18 м.

Разность отметок головок рельсов в предварительных расчетах можно принимать от 7,5 (при путепроводе над одним путем и угле пересечения 60º и более) до 8,5 м (при пересечении большими пролетами двух-трех путей под острым углом).

Чтобы уменьшить объем земляных работ, во многих случаях снижают разность отметок головок рельсов верхнего и нижнего путей, применяя типовые пролетные строения из преднапряженного железобетона с пониженной строительной высотой (h_с = 0,83 м). Схема путепровода с таким пролетным строением приведена на рис. 4.17.

Для пересечений под острыми углами иногда разрабатывают индивидуальные проекты путепроводов со сборными косыми пролетными строениями высотой 0,9÷1,0 м.

Новые путепроводы чаще всего сооружают над существующими главными путями, что особенно целесообразно, если существующие пути проходят в выемке. Если же существующие пути проходят на высокой насыпи, путепровод для пропуска нового пути сооружают под ними (путепроводы тоннельного типа). При этом в поисках экономичного решения иногда приходится изменять профиль существующих путей в месте путепровода, чтобы несколько повысить отметки этих путей. Во всех случаях пропуска новых главных путей под существующими проверяется возможность отвода поверхностных вод от главных путей в пониженные места.

Рис. 4.17. Путепровод через два железнодорожных пути при пересечении линий под углом 45º

Длина путепровода согласно расчетной схеме (рис. 4.17) определяется по формуле

,

(4.5)

где a – длина устоя путепровода;

ш – половина ширины устоя путепровода;

H_п – высота путепровода (разность отметок верхнего и нижнего путей);

m – величина, характеризующая отношение заложения откоса к его высоте, обратная крутизне откоса;

 – угол пересечения путей, проходящих поверху и понизу путепровода;

e – сумма междупутий путей, проходящих понизу путепровода;

g – габаритное расстояние от оси крайнего пути до промежуточного устоя.

Второе слагаемое определяет длину крайних пролетов путепровода, последнее слагаемое – длину среднего пролета путепровода.

В простейших случаях, когда разность уровней главных путей в месте путепровода легко набирается, длина развязки может быть определена теоретически в зависимости от принимаемого угла пересечения  (рис. 4.18), радиуса кривой R, длины прямой вставки d₀ между концами переходных кривых и принимаемых длин переходных кривых С₁, С₂. Полная вставка d между концами круговых кривых равна d₀ + C₁.

Рис. 4.18. Расчетная схема для определения длины путепровода

Рис. 4.19. Расчетная схема для определения длины путепроводной развязки

Вначале определяются расстояния, обозначенные на рисунке буквами a и u.

,

(4.6)

где b – расстояние от оси путепровода до начала переходной кривой, м;

C₂ – длина переходной кривой, м;

R – радиус круговой кривой, м;

Т₂ – тангенс чистой круговой кривой в плане;

 – угол пересечения путей, проходящих поверху и понизу путепровода;

e – ширина междупутья между I и II путями на перегоне, e = 4,10 м;

e₁ – ширина междупутья между I и III путями на перегоне, согласно СТН Ц–01–95 e₁ = 8,00 м;

Величина b равна половине длины площадки в профиле для размещения путепровода

.

(4.7)

Длина площадки для размещения путепровода принимается равной минимальной длине элементов профиля (200, 250, 300 м), но не менее

,

(4.8)

где L_пут – длина путепровода, м;

Т_в, Т'_в – длины тангенсов вертикальных кривых со стороны подъема и спуска с путепровода (рис. 4.18, а), м.

Тангенсы вертикальных кривых рассчитываются по формулам

,

(4.9)

где i – алгебраическая разность сопрягаемых кривых, ‰;

R_в – радиус вертикальной кривой, м.

Согласно СТН Ц–01–95 радиусы вертикальных кривых принимают 20000 м – на скоростных линиях; 15000 м – на лини­ях I и II категорий, 10000 м – на особогрузонапряженных линиях и линиях III категории; 5000 м – на железных дорогах IV категории. При проектировании дополнительных главных путей и усиления (реконструкции) существующих железных дорог в трудных условиях, а также подъездных путей допускается уменьшать радиусы вертикальных кривых: до 15000 м – на скоростных линиях; до 10000 м – на линиях I и II категорий; до 5000 м – на особогрузонапряженных линиях и лини­ях III категории; до 3000 м – на железных дорогах IV категории.

Для определения угла  проецируем на вертикальную ось отрезок O₁O₂ (рис. 4.19) и получаем уравнение

.

(4.10)

Вспомогательный угол  определяется из выражения tg = d/2R.

Отрезок O₁O₂ = 2R/cos

Из уравнения (4.10) получим

.

(4.11)

Длина развязки в плане определяется по формуле

.

(4.12)

Длины круговых кривых определяются по формулам

(4.13)

Длина путепроводной развязки в плане должна быть не менее развязки в профиле. Длина развязки в профиле зависит от характера подходов. Типичны три случая: один путь на уровне условного горизонта, второй на насыпи (рис. 4.20, а); один путь в выемке, второй на уровне условного горизонта (рис. 4.20, б); один путь на насыпи, второй путь в выемке (рис. 4.20, в); в редких случаях встречаются другие решения (рис. 4.20, г, д).

а)

б)

в)

г)

д)

Рис. 4.20. Расположение путей в профиле при подходе к путепроводу

Минимальная длина развязки в профиле

,

(4.14)

где L_под – длина подъемной части развязки, м;

L_пл – длина площадки для размещения путепровода в профиле, м;

H_п – высота путепровода (разность отметок верхнего и нижнего путей), м;

i_р – руководящий уклон на примыкающем направлении, ‰;

i_эк – эквивалентный уклон от кривых, ‰, определяется как .

При устройстве развязки вблизи горловины станции необходимо предусматривать возможность удлинения станционных путей в перспективе. Для этого главные пути развязки на протяжении не менее 200 м от горловины рекомендуется укладывать на прямом участке в одном уровне.

Иногда план развязки проектируют с учетом обхода существующих устройств (локомотивного хозяйства, технических зданий, складов и др.). В таких случаях находить положение путепровода по формуле (4.12) не требуется.