Ревякин А.А. Изыскания и проектиров. ж.д. Учеб. пособ. 2017

Разъезды с поперечным расположением приемоотправочных путей размещаются на станционной площадке наименьшей длины и требуют наименьших капиталовложений. Однако на этих разъездах невозможна остановка соединенных поездов для скрещения (или технического обслуживания вагонов) и ухудшаются условия одновременного приема поездов противоположных направлений (до входных стрелок длительное время поезда следуют навстречу один другому по главному пути, что требует большого эмоционального напряжения машинистов локомотивов). Поэтому разъезды поперечного типа проектируют, как правило, лишь на железных дорогах IV категории, а на дорогах I, II и III категорий эти разъезды предусматривают только в трудных топографических и инженерногеологических условиях, а также в районах, где возможны снежные и песчаные заносы, поскольку на более коротких разъездах легче вести борьбу с заносами.

Рассмотренные выше схемы разъездов предусматривают, как правило, двустороннюю специализацию всех приемоотправочных путей. Для обеспечения приема двух пассажирских поездов с противоположных направлений с остановкой на разъезде или в случае односторонней специализации путей вторую пассажирскую платформу располагают с внешней стороны пути 2.

При проектировании на разъезде одного разъездного пути (когда размеры движения в сутки не превышают 12 пар поездов параллельного графика) этот путь, как правило, располагают относительно главного пути со стороны, противоположной пассажирскому зданию, с учетом положения будущего второго главного пути.

Сферы применения промежуточных станций различного типа аналогичны рассмотренным выше применительно к разъездам. Станции поперечного типа применяются, как правило, на линиях с небольшими размерами движения, а на железных дорогах с большим объемом перевозок – лишь в трудных топографических и инженерно-геологических условиях или как первый этап развития промежуточной станции в станцию продольного или полупродольного типа (рис. 4.3).

Грузовые устройства, как правило, располагают со стороны, противоположной пассажирскому зданию. При небольших размерах движения и грузовой работы, а также в зависимости от местных условий (расположение предприятий и автодорог, а также топографические, инженерногеологические условия и др.) грузовые устройства могут быть размещены со стороны пассажирского здания. Грузовые устройства могут быть расположены параллельно приемоотправочным путям, а в случаях большой местной работы и примыкания к станции подъездных путей с большим объемом грузовой работы грузовые устройства могут располагаться под углом к продольной оси станции.

111

Обгонный пункт поперечного типа с последовательным расположением обгонных путей может применяться при значительных размерах пассажирских перевозок, когда применение обгонного пункта поперечного типа (рис. 4.4), нецелесообразно.

Рис. 4.4. Схемы обгонных пунктов

Промежуточные станции на двухпутных линиях проектируют с поперечным, полупродольным и продольным расположением приемоотправочных путей применительно к аналогичным схемам станций однопутных линий.

Длина площадок станций, разъездов и обгонных пунктов. Длина площадок раздельных пунктов Lni, определяемая между крайними входными стрелками, зависит от схемы путевого развития раздельных пунктов, полезной длины приемоотправочных путей на перспективу, числа путей и марки крестовин стрелочных переводов.

Полезная длина приемоотправочных путей устанавливается в соответствии с длиной поездов, намечаемых на проектируемой линии применительно к перспективным условиям ее работы, и с учетом унификации полезной длины путей связанных железнодорожных направлений, что обеспечивает возможность унификации массы составов и пропуска сквозных маршрутов. Согласно Строительно-техническим нормам унифицированные значения полезных длин приемоотправочных путей для грузового движения следует принимать равными 850 м и 1050 м, а для некоторых станционных путей при технико-экономическом обосновании – 1700 и 2100 м.

113

Величина с зависит от типа раздельного пункта, а также от категории проектируемой линии (наибольших скоростей движения поездов, определяющих марку крестовин стрелочных переводов). Например, на скоростных, особогрузонапряженных магистралях и железных дорогах I–III категорий для разъездов продольного типа с = 350 м, полупродольного типа с = 750 м, поперечного типа с = 400 м. На линиях IV категории для разъездов поперечного типа с = 250 м. Длины раздельных пунктов на железных дорогах различных категорий при полезной длине приемоотправочных пу-

тей 1050 м.

План и продольный профиль высокоскоростных магистралей

Нормы проектирования высокоскоростных магистралей за рубе-

жом. План трассы высокоскоростных зарубежных железных дорог характеризуется радиусами кривых 4000…6000 м и более. На строящейся высокоскоростной магистрали на Тайване, а также в проекте новой железной дороги TGV Est (из Парижа к Реймсу и далее в направлении к Страсбургу и Германии) наименьшие радиусы кривых приняты 6250 м, в исключительных случаях в проекте последней допускается радиус 5556 м (указанные некратные сотням значения радиусов соответствуют целым в миллиметрах значениям стрел при 20-метровой хорде: 8 мм при радиусе кривой 6250 м и 9 мм при радиусе 5556 м, что облегчает содержание пути). На строящейся в Испании железной дороге Мадрид – Барселона, где предусматривается максимальная в эксплуатации скорость движения поездов 350 км/ч, наименьший радиус кривых 6615 м.

Длина переходных кривых (клотоиды) достигает 300 м при уклоне прямолинейного отвода возвышения наружного рельса в пределах 0,0005…0,0006, наибольшая величина возвышения наружного рельса 150…180 мм, длина прямых вставок между кривыми составляет 200…300 м. Расстояние между осями путей равно 4500 мм на TGV Nord и 4800 мм на TGV Mediterranee (линия на юг Франции к Марселю).

Максимальный уклон продольного профиля высокоскоростной магистрали на разных железных дорогах различается в зависимости от топографических условий местности и составляет от 12…15 ‰ до 21 ‰ в проекте линии Рим – Неаполь, 35 ‰ на отдельных участках трассы Париж – Лион и на строящейся линии на Тайване, а также в проекте магистрали TGV Est. Наибольший уклон 40 ‰ с принят на железной дороге Кёльн – Франкфурт-на-Майне в Германии.

Радиусы вертикальных кривых на переломах профиля составляют

25…40 км.

Нормы проектирования высокоскоростных магистралей в России.

Для составления технико-экономического обоснования (ТЭО) строительства высокоскоростной магистрали Санкт-Петербург – Москва, предназначенной для движения поездов со скоростями до 350 км/ч, разработаны нормы проектирования постоянных сооружений этой магистрали, утвер-

114

жденные МПС России в 1991 г. Ниже приведены нормы проектирования плана и профиля высокоскоростной магистрали Санкт-Петербург – Москва.

План трассы высокоскоростных магистралей. Во ВНИИЖТе МПС были выполнены исследования взаимодействия подвижного состава и пути

впрямых участках и кривых различного радиуса при скоростях до 300 км/ч. Исследования проведены применительно к скоростному восьмиосному локомотиву с экипажной частью из двух четырехосных тележек. На основе анализа результатов расчета направляющих сил в кривых радиусом 4000…7000 м, боковых сил и сил трения между колесами и рельсами, а также величины поперечных отжатий головки рельса в кривых была установлена целесообразность принятия на высокоскоростных магистралях кривых радиусом 7000 м.

На высокоскоростных магистралях, специализированных для пассажирского движения, радиусы кривых в плане и возвышение наружного рельса в кривых должны обеспечивать комфортные условия поездки при установленных максимальных скоростях движения поездов. При скоростях движения свыше 200 км/ч значение непогашенного поперечного ускорения

впоездах ограничивается в размере 0,4 м/с, соответственно при расчете возвышения наружного рельса в кривой недостаток возвышения принимается Ah = 65 мм.

Используя зависимость можно установить, каким должен быть ради-

ус кривых, чтобы при максимальном возвышении наружного рельса h = 150 мм и наибольшем допускаемом недостатке возвышения Ah кривые обеспечивали предусмотренную на высокоскоростной магистрали максимальную скорость движения поездов.

С учетом в перспективе максимальной скорости движения поездов на высокоскоростных магистралях на уровне 350 км/ч, а также с учетом взаимодействия экипажа и пути в кривых, нормами проектирования высокоскоростных магистралей установлено значение радиуса кривых, равное 7000 м. В трудных условиях при соответствующем технико-экономическом обосновании предусмотрена возможность уменьшения радиуса кривых, но

не менее чем до 4000 м (при этом радиусе vmax = 260 км/ч).

Длины переходных кривых определяют в соответствии с [4]. Значение вертикальной составляющей скорости подъема колеса на возвышение наружного рельса в пределах переходной кривой dh/dt принимают равным

42 мм/с (0,15 км/ч).

При скорости v = 225 км/ч уклон отвода возвышения наружного рельса 0,00067. Такой уклон отвода возвышения принят нормами проектирования в качестве наибольшего на высокоскоростных магистралях, поэтому при максимальной скорости менее 225 км/ч длина переходной кривой максимальна.

Прямые вставки между смежными кривыми на высокоскоростных магистралях устраивают возможно большей длины. При максимальных

115

скоростях длину прямой вставки между начальными точками переходных

кривых принимают не менее 800 м, а при vmax = 200…300 км/ч – не менее 600 м. Только в трудных условиях при соответствующем технико-

экономическом обосновании допускается уменьшение прямой вставки при скоростях 301…350 км/ч до 700 м.

Расстояние между осями главных путей на перегонах и на станциях принято равным 4500 мм.

Продольный профиль высокоскоростных магистралей. При обосно-

вании наибольшего уклона продольного профиля высокоскоростных магистралей было проведено экспериментальное проектирование участка трассы высокоскоростных магистралей Центр – Юг протяженностью около 700 км, при котором варьировалась крутизна наибольшего уклона продольного профиля пути от 12 до 30 ‰. Использование более крутого уклона профиля привело к соответствующему уменьшению объема земляных работ и водопропускных сооружений (мостов и труб), в результате чего строительная стоимость магистрали сократилась, однако увеличение уклона продольного профиля свыше 22…24 ‰ уже не дало ощутимого удешевления строительства. При отсутствии на трассе затяжных ограничивающих уклонов эксплуатационные показатели (время хода поездов, расход электроэнергии на тягу) в вариантах более крутого уклона профиля возросли незначительно (менее чем на 1 %). Поэтому нормами проектирования высокоскоростных магистралей наибольший уклон продольного профиля пути установлен в размере 24 ‰, а в особо трудных условиях при соответствующем технико-экономическом обосновании он может быть увеличен до 35 ‰ (такой уклон может потребоваться лишь при пересечении трассой значительных высотных препятствий).

Для создания комфортабельных условий поездки в высокоскоростном поезде необходимо, наряду с вышеуказанным ограничением непогашенного поперечного ускорения, обеспечить величину продольных ускорений, возникающих при движении поезда по переломам продольного профиля пути, на уровне не более 3…5 м/с2. Этому условию с учетом массы высокоскоростных поездов и максимальной скорости движения 300…350 км/ч соответствуют наибольшие значения алгебраической разности уклонов смежных элементов на переломах профиля, равные 6 ‰ (рекомендуемая норма) и 10 ‰ (допускаемая норма). Как указано, рекомендуемую норму следует применять на участках пути, где возможно регулировочное торможение поездов, а допускаемую норму можно использовать на других участках пути.

С учетом вышеуказанных значений [4] допустимых норм установлено значение наименьшей длины разделительных площадок и элементов переходной крутизны, которая принята равной 350 м. Наименьшая длина элемента принимается 25 м.

Радиусы вертикальных кривых, сопрягающих смежные элементы на переломах профиля, установлены с учетом допускаемого вертикального

116

ускорения адоп = 0,3 м/с2 на выпуклых переломах профиля и адоп = 0,4 м/с2 на вогнутых переломах. Эти значения приняты на основе анализа влияния

вертикальных ускорений на самочувствие пассажира в поезде, причем установлено, что легче воспринимаются ускорения, совпадающие по направлению с гравитацией, т.е. на вогнутых переломах профиля.

В соответствии с указанными значениями адоп определены радиусы вертикальных кривых, м, с учетом в перспективе максимальной скорости

движения поездов vmax = 350 км/ч.

На выпуклых переломах профиля RВ = 30 000 м, а на вогнутых переломах RB = 25 000 м. На участках пути, где максимальные скорости движения поездов будут менее 350 км/ч, допускается пропорциональное уменьшение радиусов вертикальных кривых в соответствии с указанной зависимостью, но не менее чем до 15 000 м. При алгебраической разности уклонов смежных элементов менее 1,6 ‰ на выпуклых переломах и менее 1,8 ‰ на вогнутых переломах профиля вертикальные кривые могут не устраиваться, поскольку в этих случаях биссектриса вертикальной кривой составляет менее 1 см.

План и продольный профиль трассы в пределах искусственных со-

оружений. В Строительно-технических нормах СП 119 указано, что мосты с устройством пути на балласте, так же как и трубы под насыпями, можно располагать на участках дороги с любым планом и профилем, принятым для данной линии. Предусматривается, что в пределах таких искусственных сооружений можно устраивать в плане круговые и переходные кривые, возвышение наружного рельса в кривой, вертикальные кривые, уширять балластную призму.

Однако проекты пролетных строений мостов длиной до 34 м с ездой на балласте ограничивают возможность расположения их в плане на кривых радиусом не менее 300 м. Мосты со стальными коробчатыми пролетными строениями длиной 45 м с биметаллическим балластным корытом можно располагать в кривых радиусом не менее 600 м, а мосты со сталежелезобетонными пролетными строениями длиной 45 м с балластным корытом – в кривых радиусом не менее 800 м. Эти ограничения следует учитывать при проектировании плана трассы и выборе типов мостов.

Мосты с безбалластной проезжей частью (в том числе с ездой по железобетонным плитам) следует располагать на прямых участках пути и, как правило, на площадке либо на уклонах не круче 4 ‰. На уклонах круче 4 ‰, но не более 10 ‰ в такие мосты разрешается располагать только при технико-экономическом обосновании, обязательно учитывая в расчетах дополнительные усилия, возникающие в конструкциях сооружений.

Если путь на мосту укладывают не на балласте, то устроить вертикальную сопрягающую кривую в пределах пролетных строений трудно. Поэтому переломы продольного профиля трассы располагают вне пролетных строений мостов, путь на которых уложен не на балласте, на расстоянии не менее тангенса вертикальной кривой от концов пролетных строений.

117

При проектировании продольного профиля и плана трассы в тоннелях, кроме рассмотренных выше требований относительно смягчения ограничивающих уклонов необходимо соблюдать следующие. Продольный профиль горных тоннелей может быть односкатным или двускатным с подъемом к середине тоннеля. Крутизна уклонов профиля по условиям водоотвода должна быть не менее 3 ‰ и в исключительных случаях – не менее 2 ‰. Горизонтальные участки длиной до 400 м разрешается устраивать в двускатных тоннелях только как разделительные площадки между двумя уклонами, направленными в разные стороны.

Расположение тоннелей в плане должно удовлетворять требованиям, предъявляемым к плану открытых участков линии. Предпочтительнее располагать тоннель на прямых участках, поскольку кривые усложняют проходку тоннелей, ухудшают их вентиляцию и видимость пути.

4.3 Обеспечение безопасности, плавности и бесперебойности движения поездов

Важнейшее требование при проектировании продольного профиля и плана железной дороги – обеспечение безопасности и плавности движения поездов. Необходимо предотвратить возникновение в поезде больших продольных сил ударного характера, могущих привести к разрушению конструкций вагонов, а также таких продольных сил, которые могут вызвать сход подвижного состава с рельсов. В пассажирских поездах необходимо обеспечить продольные ускорения на уровне, не нарушающем плавности движения поезда.

При пересечении проектируемых дорог с другими путями сообщения следует обеспечить безопасность движения по новой и существующим дорогам.

На участках железных дорог с крутыми затяжными уклонами должна быть обеспечена безопасность движения поездов по спускам с учетом условий работы тормозных средств поезда.

Большое значение для безопасности движения поездов имеет предотвращение затопления земляного полотна.

Необходимо обеспечить в поездах допускаемые значения продольных сил и ускорений. По условиям обеспечения комфортности поездки продольные ускорения в пассажирских поездах должны быть не более

3…5 м/с2.

Наиболее неблагоприятными по условию возникновения в поезде больших продольных сил и ускорений являются участки пути, профиль. Значения этих сил и ускорений зависят не только от очертания профиля, но и от управляющих воздействий при движении поезда: сброса или набора тяги, приведения в действие или отпуска тормозов. К этим действиям машинист прибегает наиболее часто при движении поезда по пути с резко

118

изменяющимся профилем, тогда налагаются усилия и ускорения поезда, вызванные переломом профиля и управляющими воздействиями.

Как было указано ранее, для уменьшения продольных сил и ускорений в поезде следует на переломах профиля устраивать сопрягающие кривые больших радиусов. Анализ показывает, что наиболее неблагоприятен с точки зрения возникающих в поезде сил и ускорений случай, когда при движении по участку, содержащему перелом профиля, применяется регулировочное торможение, т.е. периодическое включение и отпуск пневматических тормозов состава. В этом случае радиус сопрягающей кривой на переломе профиля должен быть наибольшим. Это так называемые рекомендуемые нормы сопряжения элементов профиля. Если на данном участке пути заведомо исключаются регулировочные торможения, то радиус сопрягающей кривой может иметь меньшие значения. Это допускаемые нормы.

Из формулы, приведенной в [4], следует, что при данном значении радиуса сопрягающей кривой R длина разделительных площадок и элементов переходной крутизны зависит от разности уклонов допустимых норм на переломах профиля. Расчетами установлено, что в большинстве случаев при длине стороны описанного многоугольника, не превышающей 350…400 м, продольные силы в поезде при движении по профилю ломаного очертания практически не будут превышать сил, возникающих в поезде, движущемся по сопрягающей кривой. С учетом этого нормы проектирования железных дорог устанавливают в зависимости от значений радиусов сопрягающих кривых наибольшие алгебраические разности уклонов смежных элементов допустимых норм на переломах профиля и соответствующие им наименьшие длины разделительных площадок и элементов переходной крутизны. Эти нормы находятся в зависимости от категории линии и полезной длины приемоотправочных путей, которая определяет наибольшую длину поездов и, следовательно, их массу.

Если алгебраическая разность уклонов смежных элементов менее, то длина разделительных площадок и элементов переходной крутизны может быть пропорционально уменьшена.

Рекомендуемые нормы сопряжения смежных уклонов применяют при проектировании профиля в углублениях («ямах»), ограниченных хотя бы одним тормозным спуском на уступах, расположенных на тормозных спусках, и на возвышениях («горбах»), расположенных у подошвы тормозного спуска. Допускаемые нормы можно применять при сопряжении уклонов на «горбах», расположенных на расстоянии не менее удвоенной полезной длины приемоотправочных путей (расчетной длины поезда) от подошвы тормозного спуска, а также в «ямах» и на уступах, проходимых поездом без торможения, если использование этих норм позволяет уменьшить объемы строительных работ.

119

5 ТРАССИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

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 вызван 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.

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, чем 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 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 iест = iр, встречается относительно редко, чаще напряженный ход характеризуется неравенством iест > iр.

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

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.

120