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

стояние и увеличивающим мощность железной дороги, относятся:

–применение более совершенных устройств СЦБ;

–удлинение существующих и сооружение новых приемоотправочных путей на раздельных пунктах;

–введение более мощных локомотивов при данном виде тяги или замена тепловозной тяги электрической;

–смягчение уклонов продольного профиля пути или изменение трассы железной дороги на отдельных участках;

–укладка дополнительных (вторых, третьих и т.д.) главных путей на части или на всем протяжении реконструируемой линии.

Схема (стратегия) развития железнодорожной линии (магистрали) должна обеспечивать системное совершенствование всего комплекса ее технического оснащения, учитывать особенности данной линии, ее эксплуатационную работу, план и продольный профиль, состояние отдельных устройств, перспективы развития полигона сети, в который входит линия, и другие факторы.

Применение более совершенных устройств СЦБ (автоблокировки и диспетчерской централизации) позволяет в результате уменьшения станционных интервалов, введения пакетного графика движения поездов (ча- стично-пакетного на однопутных линиях) повысить пропускную способность линии. При организации движения поездов пакетами может потребоваться укладка дополнительных путей на раздельных пунктах.

Удлинение приемоотправочных путей позволяет повысить массу составов, как максимальную, так и среднюю.

Смягчение уклонов продольного профиля на линии в целом или на отдельных ее участках может способствовать повышению массы поезда, улучшению эксплуатационных показателей дороги, снижению себестоимости перевозок.

Реконструкция трассы железнодорожной линии (магистрали) на отдельных участках, например ее спрямление в местах неоправданного развития, уменьшает пробег и время хода поездов, расходы на текущее содержание и ремонт пути.

Пропускная способность железной дороги при электрической тяге в средних условиях рельефа на 10…15 %, а в горных – на 25…40 % выше, чем при тепловозной тяге. Различие связано с тем, что на участках с легким профилем электровозы, как правило, не имеют больших преимуществ

вскорости по сравнению с тепловозами, в то время как на участках с затяжными крутыми подъемами их скорость значительно выше.

В сопоставимых условиях расходы на тягу поездов при электрической тяге ниже, чем при тепловозной. Однако расходы на содержание постоянных устройств (включающих в себя в этом случае контактную сеть, тяговые подстанции и т.п.) при электрической тяге всегда выше, чем при тепловозной (рис. 1.1).

В связи с этим снижение себестоимости перевозок при электрической тяге по сравнению с тепловозной достигается при определенном (до-

11

статочно большом) объеме перевозок, величина которого определяется соотношением стоимости электроэнергии и дизельного топлива.

Рис. 1.1. Соотношение эксплуатационных расходов при электрической и тепловозной тяге

Введение электрической тяги экономически наиболее эффективно:

–на двухпутных магистралях большой грузонапряженности, особенно при интенсивном пассажирском движении;

–на участках с большими размерами пригородного движения;

–на грузонапряженных однопутных линиях со сложным профилем. Россия занимает первое место в мире по протяженности электрифи-

цированных линий – 42,3 тыс. км из 87,2 тыс. км (рис. 1.2), за ней следуют Германия (19,2 тыс. км из 45,5), Китай (16,3 тыс. км из 71,6), Франция

(14,3 тыс. км из 32,7), Индия (14,2 тыс. км из 63,5).

Реконструктивным мероприятием, значительно увеличивающим мощность эксплуатируемой железной дороги, является сооружение дополнительных главных путей.

Строительство второго главного пути на однопутной линии увеличивает пропускную способность железной дороги в 3…4 раза. Одновременно значительно улучшаются эксплуатационные показатели дороги: растет участковая скорость, сокращается время оборота локомотивов и вагонов и соответственно уменьшается потребность в подвижном составе, быстрее доставляются грузы и пассажиры, снижается себестоимость перевозок.

На участках железных дорог с интенсивным пригородным движением, примыкающих к крупным городам, актуальна укладка третьих и четвертых главных путей.

12

случае возможные схемы развития линии представляют собой простые последовательности технических состояний и соответствующих мероприятий.

В общем случае для освоения перевозок может потребоваться одновременное проведение нескольких мероприятий для перевода линии в определенное техническое состояние SH. При этом соответствующие работы должны выполняться в период эксплуатации линии в различных предшествующих состояниях (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Линейная (одномерная) модель схемы развития линии:

t12, t23, …, Т – сроки завершения работы линии в соответствующих состояниях; ∆t12, …, ∆tn-1,n – фиксированные (заранее определяемые) продолжительности мероприятий

Пример на рис. 1.4 показывает, что для перевода линии в состояние S3 необходимо выполнить два принципиально разных комплекса работ m13

и m23.

Рис. 1.4. Пример последовательно-параллельной схемы развития железнодорожной линии

14

Таким образом, перевод линии в состояние SH может осуществляться посредством завершения нескольких мероприятий по повышению провозной способности линии Мv ={miH|I < v}. В этом случае схема развития железнодорожной линии представляется двухмерной моделью – графом (рис. 1.5), в виде последовательности технических состояний линии и последо- вательно-параллельной системы мероприятий по усилению ее мощности. Формирование схемы усиления мощности линии в виде простой последовательности технических состояний и мероприятий по ее развитию с позиции минимума затрат одного инвестора при постоянной норме дисконта финансовых потоков используется и в настоящее время.

Рис. 1.5. Структурный граф возможных этапов усиления мощности линии

Вобщем случае возможно несколько инвесторов развития линии с различными условиями финансирования данного объекта, а норма дисконта доходов и затрат может быть различной по годам расчетного периода развития линии. Это требует сбалансированного учета различных интересов инвесторов, участвующих в данном проекте.

Всвязи с необходимостью или экономической целесообразностью освоения нарастающих объемов перевозок может потребоваться одновременное («параллельное») выполнение принципиально разных мероприятий для перевода линии в достаточно мощное состояние. В этом случае возможные варианты развития линии могут завершаться различными конечными состояниями и представлять собой последовательно-параллельные системы мероприятий по усилению ее мощности (см. пример на рис. 1.4).

При формировании схемы усиления мощности линии может оказаться экономически целесообразной оптимизация продолжительности некоторых мероприятий по ее переустройству, поскольку наиболее эффективной может стать схема со «сжатыми» сроками переустройства на некоторых этапах работы (с целью максимально раннего перевода линии в более совершенное и экономически выгодное состояние). Выполнение определенных работ в «сжатые» сроки (при этом возможно их удорожание) может потребоваться для освоения нарастающих перевозок.

15

1.2 Реконструкция трассы эксплуатируемых железных дорог

1.2.1 Основы проектирования реконструкции трассы эксплуатируемых железных дорог

Большинство железных дорог (как в нашей стране, так и за рубежом) построена достаточно давно. Предназначались они для освоения намного меньших размеров перевозок, чем приходится выполнять в настоящее время и предстоит в будущем. Масса поездов и скорости их движения предусматривались существенно меньшие, чем сейчас. Совершенно иной была и мощность строительной техники. В силу этого трасса эксплуатируемых железных дорог на многих участках не соответствует современным требованиям, так как проектировалась по разным техническим условиям и в зависимости от времени проведения изысканий и проектирования подчинялась различным требованиям.

При проектировании первых железных дорог параметры элементов трассы не нормировались и принимались по личным соображениям проектировщиков.

Влегких топографических условиях Восточно-Европейской равнины

–района строительства первых железных дорог – все элементы, характеризующие трассу, обеспечивали ее высокие эксплуатационные показатели.

Например, при строительстве линии Санкт-Петербург – Москва применялись большие радиусы круговых кривых – до 3200…7200 м и пологие уклоны продольного профиля 4…6 ‰.

В1870 г. началось строительство дорог в более трудных топографических условиях, и были разработаны первые в стране нормы проектирования железных дорог – «Инструкция по проведению правительственных изысканий» (1873 г.). В этих нормах допускалось применение кривых ра-

диусом Rmin до 425 м и ограничивающих уклонов imax до 12 ‰. В дальнейшем при утверждении проектов ряда дорог в горных районах допуска-

лось применение Rmin = 320 м и даже 250 м, а imax = 15 ‰. Впоследствии нормы многократно пересматривались в основном в

направлении увеличения минимального радиуса круговых кривых.

К недостаткам трассы существующих железных дорог относятся:

–крутые уклоны;

–излишнее развитие линии;

–кривые малых радиусов;

–недостаточность длин переходных кривых и прямых вставок между смежными кривыми.

Крутые уклоны ограничивают возможность увеличения массы поездов при заданной мощности локомотива (рис. 1.6). При следовании поезда на спуск по участкам с крутыми уклонами скорость движения существенно ограничивается допускаемой длиной тормозного пути (рис. 1.7), осложняется эксплуатация подвижного состава и железнодорожного пути.

16

На перевальных участках с ростом грузооборота резко возрастает экономическая целесообразность замены перевальных выемок или коротких тоннелей тоннельными пересечениями большей длины с соответствующим уменьшением уклона, суммы преодолеваемых высот, сокращением длины линии.

При проектировании в 1939–1940 гг. восточного звена БАМа – железнодорожной линии Комсомольск-на-Амуре – Советская Гавань – пересечение хребта Сихотэ-Алинь предусматривалось двумя тоннелями: перевальным длиной 1890 м и бортовым длиной 390 м. Трасса на участке пересечения хребта проектировалась уклоном двойной тяги 17,5 ‰ (руководящий уклон на линии, как и на всем протяжении БАМа, 9 ‰).

Железная дорога строилась в трудные военные годы (1943–1944 гг.). В целях сокращения объемов строительных работ, удешевления строительства и ускорения ввода линии в эксплуатацию был разработан вариант обхода тоннелей, по которому она и была построена с уклоном тройной тяги 25 ‰ на пересечении хребта, с минимальным радиусом кривых 200 м. Трасса обхода примерно на 8 км длиннее исходного варианта.

Долговременный обход Сихотэ-Алинских тоннелей продолжает эксплуатироваться по настоящее время.

В связи с увеличением объемов перевозок к тихоокеанским портам начато строительство спрямляющего участка с тоннелем длиной 3890 м (Кузнецовский тоннель). Будет понижена величина ограничивающего уклона, увеличены радиусы кривых и уменьшено их число.

При пересечении узких и глубоких долин в тех же целях могут быть сооружены высокие виадуки, мосты.

Действующими нормами проектирования допускается сохранение на реконструируемых линиях ограниченных по протяжению участков, на которых величина уклона превышает руководящий уклон. Такие участки преодолеваются поездами за счет кинетической энергии, накопленной на подходах. Однако сохранение участков инерционного подъема снижает надежность перевозочного процесса, так как при уменьшении скорости поезда на подходе к такому подъему и тем более при вынужденной его остановке дальнейшее движение будет затруднено.

Переустройство трассы на участках смягчения инерционных подъемов носит локальный характер. Однако целесообразность такого улучшения трассы и определение длины переустраиваемого участка, которая может быть распространена на весь инерционный подъем или на его часть, должна основываться на детальном анализе эксплуатационной надежности проследования поездов на подъем.

Значительным недостатком существующей трассы на отдельных участках является неоправданное (с современных позиций) развитие линии, приводящее к увеличению пробега и времени хода поездов, а также расходов на текущее содержание и ремонт пути.

Такие участки есть на отдельных линиях старой постройки, они являются следствием стремления к снижению стоимости и сокращению сро-

18

ков строительства. В современных условиях, когда размеры движения могут в десятки раз превышать учтенные первоначально в проекте, а уровень строительной техники и технологии принципиально повысился, спрямление трассы на участках ее излишнего развития является эффективной мерой повышения эксплуатационных показателей реконструируемой линии. При этом, как правило, существенно улучшается и ее план.

На одном из участков Октябрьской железной дороги, построенном на извилистом берегу реки с большим числом кривых радиусом 200…250 м с короткими переходными кривыми и прямыми вставками недостаточной длины, скорости поездов были 60…70 км/ч при высоком уровне эксплуатационных расходов. Вариант новой трассы позволил сократить длину участка на 1,4 км, в два раза увеличить минимальный радиус кривых и более чем вдвое сократить их протяженность, повысить скорости движения поездов до 120 км/ч (рис. 1.8).

Кривые малого радиуса ограничивают скорости движения поездов, в их пределах возрастает износ и одиночный выход рельсов, износ подвижного состава, увеличиваются затраты на текущее содержание пути. В кривых малого радиуса повышается стоимость верхнего строения пути – приходится укладывать большее число шпал, устраивать уширение балластной призмы, земляного полотна, увеличивать число опор контактной сети и т.д.

Рис. 1.8. Улучшение трассы существующей линии: 1 – существующая трасса; 2 – проектная трасса

Растут также и эксплуатационные расходы в связи с необходимостью торможения на подходе к кривой и последующего разгона поезда (рис. 1.9).

Кривые малого радиуса могут располагаться на линии изолированно и отделяться от соседних кривых прямыми вставками значительного протяжения либо входить в состав групп кривых, разделенных короткими прямыми вставками, что более характерно. В первом случае улучшение трассы локализуется в пределах каждой отдельной кривой за счет увеличения ее радиуса, во втором рассматривают варианты переустройства трассы на более или менее значительном протяжении, определенном необходимостью группировки последовательно расположенных кривых.

19