8.Проектирование плана и продольного профиля железных дорог в пределах искусственных сооружений.Расчет отверстия иссо.

Мосты, на которых путь уложен на балласте, а также трубы могут распола­гаться при любых сочетаниях плана и профиля, допускаемых нормами проекти­рования, ибо в пределах таких искус­ственных сооружений возможно уст­ройство вертикальных сопрягающих кривых, возвышение наружного рельса, уширение балластной призмы.

Мосты с безбалластной проезжей ча­стью должны располагаться на прямой и, как правило, на площадке либо на уклоне не круче 10°/₀₀. При расположе­нии мостов на уклонах учитывают до­полнительные    усилия,     возникающие в конструк-циях сооружения. Если путь на мосту укладывается не на бал­ласте, то устройство вертикальной со­прягающей кривой в пределах такого мо- ста по конструктивным соображениям также крайне затруднительно. Поэтому переломы профиля должны располагать­ся вне мостов, путь на которых уложен не на балласте, на расстоянии не менее тангенса вертикальной кривой от кон­цов их пролетных строений.

Расположение тоннелей в плане должно удовлетворять требованиям, предъявляемым к плану открытых участков железной дороги. Предпочти­тельнее располагать тоннели напрямых, как кривые усложняют проходку тоннелей, ухудшают их вентиляцию и видимость пути.

Величина и местоположение отверстия моста должны обеспечивать минимум строительных и эксплуатационных затрат на мостовой переход с учетом хозяйственных интересов землепользователей и заинтересованных организаций и охраны природной среды. При этом необходимо учитывать: морфологические и ситуационные условия в районе перехода; распределение расчетных расходов воды в русле, протоках, на поймах; тип, интенсивность и направленность руслового процесса; геологическое строение долины в створе перехода; использование реки для хозяйственных нужд и пр.

На реках с выраженным руслом назначают, как правило, одно водопропускное отверстие. При концентрации расчетного расхода воды в двух и более местах живого сечения по створу перехода (наличие проток и рукавов) рассматривают вариант устройства группы водопропускных отверстий или пропуск всего расхода в одно отверстие (через главное русло).

На малых водотоках на пойме, когда отвод их в русло затруднителен, а также для выпуска оставшейся после паводка воды из пониженных участков поймы желательно предусматривать мост с закрепленным руслом или трубу. Эти сооружения следует рассчитывать на скорости протекания, соответствующие перепаду уровней у насыпи в расчетный паводок.

К основным видам малых водопропускных сооружений относятся трубы и малые мосты длиной менее 25м.

Трубы ≈95% от общего кол-ва малых водопропускных сооружений.

«+» труб: могут размещаться на любых участках дороги, при различных сочетаниях элементов плана и продольного профиля дороги, не стесняя проезжей части и обочин, не меняя условий движения а/м. Тип дорожной одежды над трубами сохраняется таким же, как и на смежных участках дороги. Трубы просты по конструкции и имеют большую V течения воды.

Малые мосты устраивают в тех случаях, когда применение труб нецелесообразно или недопустимо по местным условиям.

За расчетный расход при назначении отверстия трубы или малого моста принимают наибольший из двух полученных расходов.

В зависимости от величины расчетного расхода возможны три варианта малого водопропускного сооружения: круглая труба, прямоугольная труба и малый мост.

Гидравлический расчет труб

могут быть Ò или □ сеч, одно, два или три очка. Мин D круглых труб 0,75м (на съездах- 0,5м) при длине трубы до 15 м, 1,0- при длине труб до 20м и 1,25м- при большей длине труб.

Их следует проектировать, как правило, на безнапорный режим работы. Как исключение на автомобильных и особенно городских дорогах допускается полунапорный и напорный режимы протекания воды, позволяющие уменьшить высоту насыпи.

Расчет отверстия трубы рекомендуется выполнить в следующей последовательности

:• выбирают тип трубы (Ò или □), тип оголовков и режим работы трубы;

• по формулам или таблицам подбирают диаметр круглой трубы или размер сечения прямоугольной трубы;

• определяют глубину подпёртой воды перед трубой H и скорость на выходе из трубы  ;

Гидравлический расчёт малых мостов

Гидравлический расчёт малых мостов заключается в определении:

• величины отверстия моста В ;

• подпёртой глубины перед мостом, по которой находят минимально допустимое возвышение бровки земляного полотна;

• максимальной глубины воды под мостом h_вх, по которой назначают минимальное возвышение низа пролётного строения и отметку проезжей части моста.

Расчёт отверстия моста начинают с определения бытовой глубины нестеснённого потока при расчётном расходе, необходимой для определения характера протекания потока под мостом.

Для обеспечения безопасности движения поездов и сохранения устойчивости земляного полотна вода, притекающая к земляному полотну по постоянно или периодически действующим водотокам, должна быть пропущена через полотно железной дороги либо отведена от него.

Для пропуска притекающей воды через железнодорожное полотно устраиваются водопропускные искусственные сооружения: мосты, трубы и лотки, а в некоторых случаях эстакады, акведуки, дюкеры и фильтрующие насыпи. Для отвода воды от земляного полотна применяются водоотводные устройства: нагорные и путевые канавы, отводящие воду к ближайшему искусственному сооружению, и специальные водоотводные канавы, отводящие воду в сторону от полотна.

Мосты и трубы являются наиболее распространенными типами водопропускных сооружений, так как в большинстве случаев они являются и экономически целесообразными.

а – круглая с коническим входным звеном и раструбным оголовком;

б – прямоугольная с раструбным оголовком с обратными стенками

Рис. 1 – Типы железобетонных и бетонных труб (фасад и план)

Искусственные сооружения размещаются на пересечениях железной дорогой рек, ручьев, логов, лощин, оврагов, заболоченных низин и вообще всех понижений местности, в которых протекает вода постоянно или периодически. При камеральном трассировании места размещения водопропускных сооружений устанавливается при сопоставлении продольного профиля с подробным планом трассы. На продольном профиле места размещения ИССО определяются понижениями местности, где имеются водотоки.

При размещении ИССО необходимо установить, в каком количестве будут притекать поверхностные воды к отдельным пониженным точкам местности, пересекаемым полотном дороги. Решение этой задачи должно производиться на основании обследования бассейнов водотоков.

Бассейном или водосбором искусственного сооружения называется территория, с которой вода может стекать к данному сооружению.

Каждый бассейн представляет собой понижающуюся к водопропускному сооружению часть местности, расположенную с верховой стороны от трассы и ограниченную по периметру линиями водоразделов и полотном дороги. Линия, соединяющая наиболее пониженные точки бассейна, называется логом бассейна. Боковые поверхности, ограниченные водоразделом и логом, называется склонами бассейна.

Искусственное сооружение размещается обычно в месте пересечения главного лога с полотном дороги.

Геометрические параметры водосбора:

1. Площадь F, км²;

2. Длина главного водотока L, км;

3. Уклон русла водотока J_л, ‰.

Сток бывает ливневый и снеговой. Расчет стока производим для бассейна среднего по площади. Для остальных бассейнов расход воды можно условно принять пропорциональным площади бассейна. Количество воды, притекающей с водосбора к водопропускному сооружению в единицу времени, называется расходом стока Q, м³/с.

Расчет расходов от ливневого стока.

Из приложения И /3./ по карте ливневых районов определяем группу ливневых районов – 5 и группу климатического района – III.

Расход воды Q_ном определяем по номограмме (приложение И рисунок ПИ.2) /3/ Полный расход рассчитываем по формуле:

, (1.15)

где k _л – поправочный коэффициент к расходу стока дождевых поводков. При вероятности превышения расхода 0,33% k _л для глинистых грунтов и суглинистых водосбора принимается равным 1,46 и для расчетного 1,05.

Площадь водосбора:

F1=2 км²

Длина главного водотока:

L1=0,7 км

Уклон русла водотока:

J1=18.57 ‰

Расчет расходов от снегового стока.

Из приложения И /3/ по карте-схеме определяем элементарный модуль снегового стока: С_1% = 1,0.

Расход воды Q_ном определяем по номограмме (приложение И рисунок ПИ.4) /3/. Полный расход от снегового стока равен:

Расход воды от ливневого стока оказался больше чем от снегового стока. Поэтому за расчетный принимаем расход от ливневого стока.

Изначально задаемся условием, что все подбираемые ИССО будут круглыми железобетонными трубами. Отверстия труб подбираем по графикам их водопропускной способности (рисунок ПК.2 приложения К) /3/.

Принятое отверстие должно обеспечивать сохранность водопропускных сооружений и подходных насыпей при расчетном и наибольшем расходах воды. Подбор ИССО сводим в таблицу 1.8.

Площадь водосбора:

F2=1,15 км²

Длина главного водотока:

L2=0,7 км

Уклон русла водотока:

J2=42 ‰

Расчет расходов от снегового стока.

Из приложения И /3/ по карте-схеме определяем элементарный модуль снегового стока: С_1% = 1,0.

Расход воды Q_ном определяем по номограмме (приложение И рисунок ПИ.4) /3/. Полный расход от снегового стока равен:

Расход воды от ливневого стока оказался больше чем от снегового стока. Поэтому за расчетный принимаем расход от ливневого стока.

Площадь водосбора:

F3=1,45 км²

F3=4 км²

Длина главного водотока:

L3=0,25 км

L3=2,125км

Уклон русла водотока:

J3=12 ‰

Расчет расходов от снегового стока.

Из приложения И /3/ по карте-схеме определяем элементарный модуль снегового стока: С_1% = 1,0.

Расход воды Q_ном определяем по номограмме (приложение И рисунок ПИ.4) /3/. Полный расход от снегового стока равен:

Расход воды от ливневого стока оказался больше чем от снегового стока. Поэтому за расчетный принимаем расход от ливневого стока.