ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО

ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Факультет «Транспортное строительство»

Кафедра «Изыскания и проектирование железных дорог»

Специальность - 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей»

Специализация – «Строительство магистральных железных дорог»

Пояснительная записка к курсовой работе

тема: «Проектирование реконструкции железных дорог с применением геоинформационных технологий»

Форма обучения – очная

Выполнил обучающийся

Курс 5

Группа СЖД-305 _______________________ В.И. Шустрова

подпись, дата И.О.Ф.

Руководитель _______________________ В.А. Голубцов

подпись, дата И.О.Ф.

Санкт-Петербург

2017

Оглавление

Введение

Железнодорожный транспорт выполняет более 80% грузооборота и более 40% пассажирооборота. Железные дороги играют большую роль в перевозке грузов.

Ожидаемые размеры перевозок определяются на стадии экономических изысканий и являются основными данными для установления технических параметров всех устройств и сооружений железной дороги, ее технического оснащения и методов организации всей эксплуатационной работы. Ожидаемые размеры перевозок определяют потребную провозную способность, а количество поездов для одного направления будут определять пропускную способность. В связи с увеличением потребностей народного хозяйства увеличиваются и объемы перевозок. Однако, рост потребных объемов перевозок опережает изменяющиеся объемы перевозок, и определяют необходимость периодического наращивания мощности. Введение мероприятий по наращиванию мощности приводит к увеличению провозной способности.

При проектировании и реконструкции существующей железнодорожной линии обоснована необходимость строительства второго главного пути, но первоначально должны быть решены следующие вопросы:

• очерёдность строительства вторых путей на отдельных перегонах или участках;

• целесообразность изменения руководящего уклона на втором пути;

• сторонность расположения второго пути относительно существующего;

• целесообразность выноса некоторых участков трассы на новое место.

1. Проектирование продольного профиля и плана второго пути

   1. Построение сетки «Утрированного продольного профиля»

Проектирование реконструкции продольного профиля существующей железнодорожной линии производится по утрированному профилю. Утрированный профиль составляется на основании данных полевого обследования существующей линии. Исходные данные для данной курсовой работы сведены в ведомость продольного профиля (таблица 1) и ведомость плана существующей линии (таблица 2). В ней указаны попикетные отметки существующей головки рельса (СГР), отметки земли (ОЗ) и толщина балластного слоя. По плану линии имеются направления и величины углов поворота, радиус и пикетажное значение начала круговой кривой. В ведомости также указываются данные об искусственных сооружениях.

Таблица 1 – Ведомость продольного профиля

Привязка		Отметка		Толщ. сущ. балласта, м
ПК	+	Существующая головка рельса, СГР, м	Отметка земли, ОЗ, м

1	2	3	4	5
27		220,98	219,20	0,36
28		221,36	220,31	0,38
29		221,92	220,50	0,42
30		222,6	218,60	0,49
	22	222,72	218,05	0,47
31		222,83	219,90	0,44
32		223,27	222,30	0,38
33		223,68	223,69	0,36
34		223,89	224,40	0,34
35		223,87	224,70	0,32
36		223,28	223,10	0,31
37		222,84	222,20	0,3
38		221,93	220,90	0,35
39		221,36	220,60	0,6
40		220,62	220,00	0,53
41		219,89	218,90	0,46
42		218,68	214,80	0,41
	77	218,26	213,51	0,43
43		218,13	213,70	0,4
44		217,92	215,50	0,34
45		217,81	215,75	0,37
46		217,57	215,80	0,41
47		217,23	216,60	0,35
48		216,81	218,90	0,32
49		216,46	219,80	0,35
50		216,08	220,10	0,29
51		215,43	219,20	0,33
52		214,54	215,50	0,31
53		213,69	209,10	0,37
54		212,8	205,60	0,38
55		211,77	204,30	0,36
56		210,61	204,70	0,4
57		209,92	204,20	0,37
58		209,64	203,70	0,39
59		209,76	201,60	0,53
	53	209,81	200,86	-
60		209,62	202,50	0,47
61		209,12	204,10	0,44
62		208,77	204,70	0,38
63		208,68	204,80	0,37
64		208,49	206,00	0,32
65		208,53	206,80	0,27
66		208,67	206,90	0,29
67		208,61	207,50	0,3
68		208,79	208,20	0,27
69		208,95	208,30	0,28
70		208,81	208,10	0,33
71		208,94	208,40	0,4
72		208,72	208,20	0,38
73		208,38	207,50	0,35
74		207,83	206,20	0,37
75		207,18	205,40	0,34
	48	207,03	205,20	0,43
76		206,91	204,30	0,36
77		206,57	204,30	0,39

Таблица 2 – Ведомость плана линии

№ п/п	Направление кривой	Угол поворота α˚, град.	Радиус R, м	Начало круговой кривой НКК, ПК…+…
1	Лево	32˚29'	637	29+77,81
2	Лево	12˚08'	920	33+77,95
3	Право	22˚16'	1280	40+72,49
4	Лево	17˚59'	1274	50+00,00

2. Построение линии СГР (существующая головка рельсов) и ОЗ (отметка земли) с заполнением граф сетки профиля

Данные для построения линий СГР и ОЗ приведены в исходных данных, согласно 17 варианту.

3. Расчет существующей высоты конструкции верхнего строения пути и проектной

		-	высота существующего верхнего строения пути, м.
						(1)
где				-	высота существующего рельса вместе со скреплениями и подкладками, м;
				-	высота шпалы существующей, м;
				-	толщина существующего балласта, м.

По заданию в существующем пути уложены рельсы Р43, деревянные шпалы, песчаный балласт.

Например, на ПК 27+00,00:

		-	высота проектного верхнего строения пути, м.
				(2)
где		-	высота проектного рельса вместе со скреплениями и подкладками, м;
		-	высота проектной шпалы, м;
		-	толщина проектного балласта, м.

По заданию в проектном пути уложены рельсы Р50, деревянные шпалы, щебеночный балласт.

Например, на ПК 27+00:

4. Расчет отметок ПБ (подошва балласта) и РГР (расчетная головка рельсов) и построение существующих линий на продольном профиле

При проектировании переустройства продольного профиля необходимо обеспечить потребную толщину балластного слоя. Для этого после нанесения на профиль отметок СГР и ОЗ необходимо нанести две вспомогательные линии:

- подошва балласта (ПБ):

				(3)
где		-	существующая (фактическая) отметка головки рельса, м;
		-	высота существующего верхнего строения пути, м.

Например, на ПК 27+00:

- расчетная головка рельса (РГР):

				(4)
где		-	подошва балласта, м;
		-	высота проектного верхнего строения пути, м.

Например, на ПК30+00:

РГР представляет собой геометрическое место отметок головки рельса, под которой находится расчетная толщина балласта.

5. Нанесение местоположения осей искусственных сооружений

Таблица 3 – Ведомость ИССО

№	ПК…+…	Тип ИССО	Размер, м
1	30+22,00	ЖБМ	2,00
2	42+77,00	КБТ	2,00
3	59+53,00	ММ	12,80
4	75+48,00	ЖБТ	1,50

6. Определение существующих уклонов

Определяем существующие уклоны по СГР на 100 м.

Существующие уклоны определяются как разности СГР последующей и предыдущей отнесенные к расстоянию между ними:

(5)

7. Анализ продольного профиля эксплуатируемой железной дороги. Выводы и рекомендации по реконструкции продольного профиля эксплуатируемой железной дороги

При проектировании переустройства профиля и плана существующего пути необходимо предусмотреть ликвидацию отступлений от действующих строительных норм и правил.

Анализ профиля и плана должен установить места, где имеются отступления от норм. При анализе профиля необходимо выявить:

- участки с превышением руководящего уклона;

- участки с отступлением по длине элементов продольного профиля;

- участки с превышением нормы алгебраической разности сопрягаемых уклонов, как рекомендуемым, так и допустимым в трудных условиях;

- кривые радиусов, не позволяющие развить заданную скорость;

- короткие прямые вставки;

- круговые кривые, на которых необходимо учесть переходные кривые;

- недостаточную ширину земляного полотна;

- толщину балластного слоя на всем участке менее нормы.

Таблица 4 – Анализ отступлений от основных норм проектирования

Наименование параметра	Нормативное значение параметра			Фактические отступления от норм
	рекомендуемое	допустимое	значение параметра		начало участка ПК+м	конец участка ПК+м

1	2	3	4	5	6
Продольный профиль и план пути
Превышение руководящего уклона и участки с уклоном, близким к руководящему, imax, ‰	iрук = 9‰	–	9,1	37+00,00	38+00,00
			12,1	41+00,00	42+00,00
			8,9	51+00,00	52+00,00
			8,9	53+00,00	54+00,00
			10,3	54+00,00	55+00,00
			11,6	55+00,00	56+00,00
Длина элемента продольного профиля, м	200	200	100	Весь участок	–
Сопряжение элементов, продольного профиля, Δ i,‰	8	13	–	–	–
Прямые вставки между кривыми одного направления	150	75	39	33+38,95	33+77,95

Таблица 5 – Ведомость существующих кривых

№	Характеристика элемента плана линии	Направление кривой	Начало элемента плана линии, ПК	Конец элемента плана линии, ПК	Угол поворота α˚, град.	Радиус R, м	Длина кривой K, м	Длина прямой d, м
	Прямая		27+00,00	29+77,81				277,81
1	Кривая	Лево	29+77,81	33+38,95	32,483	637	361,14
	Прямая		33+38,95	33+77,95				39
2	Кривая	Лево	33+77,95	35+72,78	12,133	920	194,83
	Прямая		35+72,78	40+72,49				499,71
3	Кривая	Право	40+72,49	45+69,93	22,267	1280	497,44
	Прямая		45+69,93	50+00,00				430,07
4	Кривая	Лево	50+00,00	54+00,00	17,983	1274	400

8. Определение длин переходных кривых по условиям равномерного износа и комфортабельности езды, при реализуемых скоростях движения по двум направлениям всех категорий поездов

В данном курсовом проекте принято решение, что длины переходных кривых равны 20 м. Для кривой №4 в связи с расчетами длина переходной кривой равна 150 м.

9. Нанесение линии ПГР линейными элементами. Способы сопряжения элементов продольного профиля

Проектирование реконструкции продольного профиля производится путем нанесения на утрированный продольный профиль линии проектной головки рельса (ПГР), при этом необходимо соблюдать необходимые нормы и требования, а также ликвидировать отмеченные отступления.

Требования, предъявляемые к проектной линии:

1. Соблюдение норм проектирования:

- руководящий уклон ;

- длина приемоотправочных путей ;

- минимальная длина элементов профиля ;

- алгебраическая разность сопрягаемых уклонов

- вписывание кривых в вертикальной плоскости при

2. Смягчение руководящего уклона в кривой:

				(6)
где		-	руководящий уклон, ‰;
		-	эквивалентный уклон, ‰.

Если

(7)

Если , то

(8)

3. Взаимное расположение кривых в плане и профиле:

- необходимо исключить совпадение кривых в плане и профиле.

10. Проектирование ГР криволинейного очертания

Элементы переходной крутизны проектируются в тех случаях, когда необходимо обеспечить минимальные объемы работ по выправке продольного профиля. При проектировании продольного профиля элементом переходной крутизны является участок, разность уклонов и длина элемента на котором величины постоянные на протяжении ( – нормативная длина элемента продольного профиля, принимаемая в зависимости от категории железной дороги (при II категории )). Длина отдельного элемента принимается обычно не менее 50 метров. В трудных условиях, ее можно уменьшить до 25 метров.

При проектировании продольного профиля переходной крутизны (или криволинейного очертания) не требуется устройство вертикальных кривых при сопряжении с прямолинейными элементами.

Проектирование продольного профиля криволинейного очертания осуществляется следующим образом: сопряжение смежных элементов продольного профиля проектируется путем плавного перехода от одного уклона к другому короткими элементами постепенно изменяющейся крутизны, допускающей устройство переломов без вертикальных сопрягающих кривых.

Число элементов криволинейного сопряжения определяется формулой:

, (9)

где		–	разность уклонов сопрягаемых элементов, которые необходимо соединить профилем криволинейного очертания, ‰;
		–	разность уклонов смежных элементов профиля криволинейного очертания, ‰.

Разность отметок по концам участка профиля криволинейного очертания может быть рассчитана по формуле:

, (10)

где		–	длина элемента профиля криволинейного очертания (не менее 25м), км;
		–	уклоны элемента профиля криволинейного очертания, ‰.

Рассчитав указанные величины, можно подобрать положение точек начала и конца профиля криволинейного очертания.

Проектные отметки криволинейного профиля определяются последовательным счетом от начала сопряжения.

При оформлении чертежа продольного профиля от переломов профиля в пределах участка криволинейного очертания опускаются ординаты (вертикальные линии) до верха сетки.

В данной курсовой работе отсутствуют криволинейные очертания.

11. Определение отметок ПГР

Определение отметок ПГР производится графоаналитическим способом и уточняется пересчетом через уклоны.

12. Положение линии ПГР в пределах искусственных сооружений

На больших и средних мостах без балластного слоя должно обеспечиваться условие ПГР = СГР+△h_(р+ск).

На малых мостах с ездой по балласту можно допустить небольшие подъемки (до 10-15 см) за счет увеличения толщины балласта. Большие досыпки уже не желательны, так как потребуется поднятие пролетного строения с некоторой реконструкцией устоев. Над трубами могут быть допущены любые досыпки.

13. Определение величин подъемок и подрезок

Величина досыпки и подрезки подсчитывается на всех пикетах и плюсах как разность отметок проектной и существующей головки рельса, исходя из условий:

если ПГР≥РГР> СГР-досыпка;

если ПГР <РГР-подрезка (понижение)

при досыпке: ∆h=ПГР-СГР, м

при подрезке: ∆h=РГР-ПГР, м

14. Расчет кривых в вертикальной плоскости

В том случае, если разность сопрягаемых уклонов получается больше 2,3 ‰, необходимо устраивать кривые в вертикальной плоскости. Радиус кривых принимается равным 15000 м. При этом наименьшее расстояние Т, м, от переломов продольного профиля до начала или конца переходных кривых и концов пролетных строений определяют по формуле:

				(11)
где		-	алгебраическая разность уклонов на переломе профиля, ‰;
		-	тангенс вертикальной кривой, м;
		-	радиус вертикальной кривой, м.

Расчеты сводим в таблицу 6.

Таблица 6-Расчет кривых в вертикальной плоскости.

Кривая	Положение	, м	,	м
1	ПК 34+36,00	15000	7	52,50
2	ПК 37+56,00	15000	4,4	33,00
3	ПК 43+06,00	15000	6,5	48,75
4	ПК 49+92,00	15000	5,8	43,50
5	ПК 56+10,00	15000	3	22,5
6	ПК 58+16,00	15000	5,8	43,50
7	ПК 60+16,00	15000	5	37,5
8	ПК 62+16,00	15000	4,4	33,00
9	ПК 72+96,00	15000	3,6	27,00

Утрированный продольный профиль представлен в приложении А.

15. Определение объемов работ

При реконструкции железнодорожного пути применяются современные комплексы путевых машин, которые позволяют выполнить спроектированные подъемки и подрезки, обеспечив при этом нормативную толщину чистого щебня.

Таблица 7 – Подсчет объемов щебеночного балласта

Пикетаж			Существующая толщина балласта, м		Проектная толщина балласта, м		Объем существующего балласта, м3		Объем проектного балласта, м3
27+00	28+00	0,37		0,48		138,94		219,89
28+00	29+00	0,40		0,56		152,00		263,19
29+00	30+00	0,46		0,49		176,65		222,54
30+00	30+22	0,48		0,39		41,40		38,16
30+22	31+00	0,46		0,47		137,79		167,40
31+00	32+00	0,41		0,54		156,42		249,45
32+00	33+00	0,37		0,46		138,94		206,75
33+00	34+00	0,35		0,45		130,38		201,55
34+00	35+00	0,33		0,41		121,94		181,04
35+00	36+00	0,32		0,42		115,68		188,67
36+00	37+00	0,31		0,53		111,55		244,01
37+00	38+00	0,33		0,73		119,84		358,57
38+00	39+00	0,48		0,90		185,84		468,66
39+00	40+00	0,57		0,81		228,68		407,76
40+00	41+00	0,50		0,63		195,15		302,66
41+00	42+00	0,44		0,70		167,58		343,60
42+00	42+77	0,42		0,76		123,86		290,13
42+77	43+00	0,42		0,61		36,49		66,33
43+00	44+00	0,37		0,52		138,94		241,30
44+00	45+00	0,36		0,46		132,50		206,75
45+00	46+00	0,39		0,47		147,62		214,61
46+00	47+00	0,38		0,50		143,26		230,54
47+00	48+00	0,34		0,54		124,03		249,45
48+00	49+00	0,34		0,62		124,03		296,93
49+00	50+00	0,32		0,65		117,76		311,31
50+00	51+00	0,31		0,54		113,62		249,45
51+00	52+00	0,32		0,44		117,76		196,37
52+00	53+00	0,34		0,45		126,14		201,55
53+00	54+00	0,38		0,51		141,09		233,22
54+00	55+00	0,37		0,58		138,94		274,32
55+00	56+00	0,38		0,77		143,26		386,00
56+00	57+00	0,39		0,96		145,43		505,15
57+00	58+00	0,38		0,69		143,26		337,36
58+00	59+00	0,46		0,52		178,94		238,33
59+00	59+53	0,53		0,63		112,22		160,41
59+53	60+00	-		-		-		-
60+00	61+00	0,46		0,74		176,65		364,61
61+00	62+00	0,41		0,66		156,42		317,11
62+00	63+00	0,38		0,53		141,09		244,01
63+00	64+00	0,35		0,54		128,25		252,19
64+00	65+00	0,30		0,53		107,45		246,73
65+00	66+00	0,28		0,48		101,36		217,25
66+00	67+00	0,30		0,56		107,45		263,19
67+00	68+00	0,29		0,53		103,38		243,74
68+00	69+00	0,28		0,45		99,34		203,89
69+00	70+00	0,31		0,58		111,55		271,53
70+00	71+00	0,37		0,60		136,78		282,74
71+00	72+00	0,39		0,52		147,62		241,30
72+00	73+00	0,37		0,53		136,78		246,73
73+00	74+00	0,36		0,55		134,64		254,93
74+00	75+00	0,36		0,54		132,50		252,19
75+00	75+48	0,39		0,58		69,81		131,67
75+48	76+00	0,40		0,54		77,90		129,72
76+00	77+00	0,38		0,46		141,09		206,75
						ΔQ		8439,06