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

Впервом случае практически возникает задача проектирования и строительства новой железной дороги параллельно эксплуатируемой. Реконструкция трассы собственно эксплуатируемой линии может не выполняться.

Необходимость существенного улучшения трассы железной дороги с

ееполным или частичным выносом на новую ось очевидна при введении скоростного и тем более высокоскоростного движения поездов.

Такие проектные решения, предусматривающие организацию движения поездов со скоростями до 300 км/ч и более по новым специализированным высокоскоростным магистралям (ВСМ) с сохранением на эксплуатируемых линиях грузового и местного пассажирского движения, были реализованы на железных дорогах Японии, а затем Франции и других запад- но-европейских стран.

Аналогичные условия могут возникнуть и при создании в районе тяготения эксплуатируемой железной дороги крупного грузообразующего и (или) грузопотребляющего производства. В таких случаях строительство новой, спрямленной между пунктами обязательного захода линии может быть наиболее экономичным решением.

При возможности сохранения основных параметров трассы эксплуатируемой железной дороги работы по ее улучшению ведутся в непосредственной близости от действующей железной дороги. В этих условиях необходимо определить последовательность выполнения строительных работ в увязке с графиком движения поездов.

При проектировании реконструкции трассы эксплуатируемой железной дороги возможны два характерных случая:

– для обеспечения планируемых размеров перевозок уже в данный момент необходимо строительство дополнительного главного пути (например, второго пути);

– переустройство трассы в комплексе с другими реконструктивными мероприятиями обеспечивает наращивание необходимой мощности без строительства дополнительного главного пути (линия остается однопутной).

Впервом случае вначале ведут строительство второго пути (без переустройства существующего пути и без изменения порядка проследования поездов), затем на новый путь полностью или частично переключают движение поездов и лишь после этого переустраивают существующий путь.

Во втором случае работы можно выполнять только в «окна», предоставляемые в графике движения поездов, в связи с чем при проектировании реконструкции трассы приходится стремиться к небольшим объемам работ и, следовательно, к ограниченным улучшениям трассы.

Как правило, работы по реконструкции трассы эксплуатируемых железных дорог, требующие больших капиталовложений, выполняют в процессе строительства дополнительных главных путей, когда на линии развернуты строительные организации.

21

1.2.2 Повышение скоростей движения поездов

Повышение скоростей движения поездов, как пассажирских, так и грузовых, всегда положительно отражается на экономических показателях работы железных дорог.

Рост скоростей движения пассажирских поездов усиливает конкурентоспособность железных дорог в пассажирских перевозках.

Повышение скоростей грузовых поездов сокращает время оборота вагонов и локомотивов, т.е. их потребность для выполнения необходимого объема перевозок с соответствующим снижением потребной мощности устройств технического обслуживания локомотивного и вагонного парков.

При этом имеет место определенное различие в подходе к установлению максимальных скоростей движения в пассажирском и грузовом движении.

Увеличение маршрутных скоростей пассажирских поездов непосредственно связано с повышением максимальных скоростей их движения: легкий пассажирский поезд на всем пути следования движется со скоростью, близкой к максимальной.

Наращивание участковых скоростей грузовых поездов в значительно меньшей степени зависит от максимальной скорости их движения на участке в целом, так как ходовая скорость тяжелого грузового поезда полностью определяется профилем пути.

Таким образом, реализуемые скорости движения пассажирских поездов прямо связаны с уровнем их максимальных скоростей, в то время как реализуемые скорости грузовых поездов зависят от уровня их максимальных скоростей лишь на отдельных участках или не зависят вовсе.

На железных дорогах мира максимальные скорости грузовых поездов находятся на уровне 80…100 км/ч и тенденции к их более или менее существенному росту не наблюдается. Лишь на высокоскоростных магистралях с длинными тоннелями (трансальпийские линии, тоннель под проливом Ла-Манш), где максимальные скорости пассажирских поездов достигают 250 км/ч и более, максимальная скорость специализированных грузовых поездов для перевозки личного автотранспорта и автомобильных фур составляет 160 км/ч.

Максимальная скорость грузовых поездов в России определяется конструкционной скоростью большинства вагонов, конструкцией вагонов и (или) грузовых локомотивов. На железных дорогах России конструкционная скорость грузовых локомотивов 100…110 км/ч.

Повышение конкурентоспособности железных дорог в пассажирских перевозках всегда связано с увеличением максимальных скоростей движения поездов. В настоящее время эти скорости на большинстве направлений железных дорог России не превышают 140 км/ч, а техническое состояние пути не отвечает требованиям, необходимым для существенного их повышения.

22

Для увеличения максимальных скоростей пассажирских поездов на существующих железных дорогах должно быть выполнено усиление (реконструкция) продольного профиля и плана пути, земляного полотна, верхнего строения пути, искусственных сооружений и других устройств.

Для введения скоростного движения пассажирских поездов на многих участках должны быть:

–устранены дефекты и деформации земляного полотна;

–поперечные профили земляного полотна приведены в соответствие

стребованиями в отношении их общей и местной устойчивости и размещения балластного слоя с сохранением обочин шириной не менее 0,5 м;

–обеспечен круглогодичный гарантированный отвод поверхностных и фунтовых вод от железнодорожного пути и т.п.

С 2006 г. такие работы проводятся на ряде направлений, в том числе Санкт – Петербург – Москва, Москва – Красное, Москва – Нижний Новгород.

Существенным ограничением максимально допускаемых скоростей как пассажирских, так и грузовых поездов является наличие на линии кривых малых радиусов.

Максимальная скорость пассажирского поезда в кривой зависит от ее радиуса R, возвышения наружного рельса h, мм, и нормируемого допуска на величину непогашенного центробежного ускорения аH:

где g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения; 1600 мм – расстояние между точками отпирания колеса на рельс при колее 1520 мм.

Правилами технической эксплуатации железных дорог РФ максимальная величина возвышения наружного рельса установлена в размере

150 мм.

Однако по условиям рациональной работы железнодорожного пути максимальная величина возвышения наружного рельса ограничивается и скоростью потока грузовых поездов vп(гр), км/ч, при которой отрицательное непогашенное ускорение не должно быть менее 0,3 м/с2:

На рис. 1.10 показана зависимость максимальной скорости движения пассажирских поездов от радиуса кривой при различной величине возвышения наружного рельса. Видно, что при максимальном возвышении наружного рельса (150 мм) скорость пассажирского поезда 200 км/ч может быть реализована на кривых радиусом не менее 2000 м.

На рис. 1.11 представлена зависимость максимальной скорости дви-

23

жения пассажирских поездов в кривой радиусом 2000 м от скорости потока грузовых поездов. Видно, что во всем диапазоне возможных значений по условиям рациональной работы пути скорость пассажирских поездов 200 км/ч в такой кривой реализована быть не может.

Рис. 1.10. Зависимость максимальной скорости пассажирского поезда от радиуса кривой и величины возвышения наружного рельса

(аH = 0,7 м/с2)

1.11. Зависимость максимальной скорости пассажирского поезда в кривой радиусом 2000…3000 м от скорости потока грузовых поездов

Минимальный радиус кривой, действительно обеспечивающий реализацию скорости пассажирского поезда 200 км/ч во всех расчетных случаях, равен 3000 м.

Таким образом, максимальные скорости пассажирских поездов на линиях со смешанным (грузовым и пассажирским) движением существенно зависят от фактических скоростей движения тяжелых грузовых поездов и не могут увеличиваться независимо от них.

24

Существенным резервом повышения скоростей движения поездов на железных дорогах России является ликвидация постоянных ограничений скорости по состоянию земляного полотна, верхнего строения пути, искусственных сооружений и других устройств.

Для повышения скоростей движения пассажирских поездов требуется подъем ограничений скоростей сверху. В России разработана программа поэтапного увеличения максимальных скоростей пассажирских поездов до 160…200 км/ч на существующих линиях со стабильными пассажиропотоками на основе модернизации и реконструкции пути, искусственных сооружений, устройств электроснабжения, СЦБ, связи, других сооружений и устройств.

В процессе повышения скорости движения поездов на действующих линиях железных дорог Китая (CR) пришлось решать сложные технические задачи. Однако разработка и внедрение ряда новых технологий на нескольких направлениях развития разных отраслей железнодорожного хозяйства позволили добиться желаемых результатов.

С того времени (1 апреля 1997 г.), когда Министерство железнодорожного транспорта Китая обнародовало программу повышения скоростей движения поездов, максимальная скорость пассажирских поездов на основных магистральных линиях страны, ранее не превышавшая 110 км/ч, достигла 160 км/ч, а на некоторых линиях – и 200 км/ч. Уже в 2002 г. длина участков, на которых поезда стали обращаться с повышенной скоростью, составила более 13,8 тыс. км, или 70 % общей длины основных железнодорожных магистралей.

Работы по повышению скорости движения пассажирских поездов были сосредоточены в регионах крупнейших городов Китая (Пекин, Шанхай и Гуанчжоу). Удалось обеспечить пассажирам возможность совершать поездки туда и обратно на расстояние до 500 км от указанных городов в течение одного дня. Кроме того, стало возможным, отправившись из одного из этих городов вечером, прибыть в пункт назначения, находящийся на расстоянии до 1500 км, на следующее утро, или совершить поездку на расстояние 2000…2500 км в течение одних суток.

Для достижения таких результатов понадобилось ввести в эксплуатацию 1290 локомотивов и 3740 пассажирских вагонов с увеличенной конструкционной скоростью, уложить примерно 6,1 млн новых усиленных шпал, 5450 км бесстыкового пути и 8455 рассчитанных на повышенную скорость проследования стрелочных переводов, реконструировать 1485 мостов и путепроводов, обустроить около 4000 км линий четырехзначной автоблокировкой, смонтировать более 6800 комплектов аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации, ликвидировать более 1900 переездов, частично заменив их развязками в разных уровнях, и установить защитные ограждения общей длиной более 5130 км. Примененные при этом инновационные технические решения позволили не только повысить скорость движения поездов, но также улучшить ситуацию с безопасностью движения и ускорить общее развитие железнодорожного транспорта и смежных отраслей промышленности.

25

Повышение скорости движения поездов на действующих линиях железных дорог Китая осложняется рядом обстоятельств, важнейшими из которых являются следующие.

Все строившиеся ранее линии CR проектировались исходя из максимальной скорости движения поездов не более 120 км/ч. Для основных магистралей характерно смешанное движение пассажирских и грузовых поездов, причем эти поезда принадлежат к разным скоростным категориям. Повышение максимальной скорости движения поездов до 140…160 км/ч было связано с огромным объемом работ по реконструкции инфраструктуры, смягчению имеющихся крутых уклонов и кривых малого радиуса, по замене стрелочных переводов на новые, допускающие более высокую скорость следования поездов, что увеличению несущей способности мостов и путепроводов. Такое повышение влечет за собой возрастание разницы в скорости поездов разных категорий, что затрудняет прокладку оптимального графика и может привести к снижению пропускной способности. В условиях недостатка перевозочной мощности основных магистральных линий CR это неприемлемо.

Повышение скорости движения пассажирских поездов до 160 км/ч (при том, что на этих же линиях обращаются грузовые поезда массой 5000 т и более) с сохранением прежней пропускной способности интенсивно эксплуатируемых линий порождает проблемы беспрецедентной для мирового опыта сложности.

1.2.3 Повышение массы грузовых поездов

Повышение массы грузовых поездов положительно влияет практически на все эксплуатационные и экономические показатели работы железной дороги. Экономический эффект от эксплуатации поездов повышенной массы и длины возникает вследствие экономии на тяге поездов, снижения общих затрат на энергоресурсы и прочих эксплуатационных расходов, включая затраты на оплату труда локомотивных бригад.

Втяжеловесном движении (с поездами массой более 10 тыс. т) осваивается до 2/3 общего объема грузовых перевозок на железных дорогах США, Канады, ЮАР и Австралии, в этом же направлении развиваются железные дороги России и Китая.

Вто же время на железных дорогах стран – членов ЕС обращается мало тяжеловесных поездов. Масса грузовых поездов здесь редко превышает 2000 т (средняя масса около 1000 т). Исключением являются лишь железные дороги Швеции, где в течение нескольких десятилетий на специализированной линии для перевозки железной руды масса поездов в регулярной эксплуатации достигает 5000 т, а с 2001 г. – 8000 т.

Повышение средней массы грузовых поездов обеспечивает повышение мощности железной дороги, что позволяет осваивать растущий объем перевозок (в среднем 3 % в год на дорогах России) при существующем

26

техническом оснащении, отдаляя на более или менее значительный срок необходимость ее усиления (реконструкции) в случае дальнейшего роста потребного объема перевозок.

Средняя масса состава грузового поезда зависит от максимальной массы состава (весовой нормы), принятой на линии, структуры грузопотока и полезной длины приемоотправочных путей

Увеличение нормы массы в настоящее время само по себе не является сложной технической задачей.

Соединенные поезда (с постановкой локомотивов в голове и середине состава) можно формировать массой до 12 000 т. Такой же массы и длины поезда могут формироваться при постановке локомотивов в голове и хвосте состава, а при постановке локомотивов в голове и последней трети состава (что уменьшает продольные силы при движении поезда) масса поездов может достигать 16 000 т.

Однако применение соединенных поездов в качестве отдельного этапа усиления мощности железной дороги требует определенной подготовки и немалых капитальных вложений. Необходимо удлинить станционные пути хотя бы на части промежуточных станций для обгона соединенных поездов пассажирскими, удлинить определенное число путей в парках приема и отправления сортировочных и участковых станций, а при невозможности – построить вставки дополнительных главных путей перед этими станциями на длину соединенного или одинарного поезда.

Постоянное обращение соединенных поездов на неподготовленном для этого участке не увеличивает его провозную способность, приводит к росту затрат на соединение и разъединение поездов.

Структура грузопотока определяется рынком транспортных услуг и поддается управлению лишь в том смысле, что при достаточной густоте сети железных дорог часть линий можно специализировать на перевозках определенной категории грузов.

Кроме того, структура грузопотока железной дороги является отражением экономических взаимосвязей, сложившихся между регионами страны, предприятиями – крупными поставщиками и потребителями грузов. Такие связи являются, как правило, стабильными и долгосрочными, поэтому среднее значение поездной погонной нагрузки для конкретной железной дороги можно рассматривать в качестве постоянной величины.

Таким образом, определяющим фактором для обоснования максимальной массы состава («весовой нормы») является полезная длина приемоотправочных путей.

С увеличением массы состава растет и его длина. Если она превысит полезную длину приемоотправочных путей, остановка и стоянка поезда на раздельных пунктах окажутся невозможны. Такой поезд может быть пропущен по специальному графику при наличии достаточной длины приемоотправочных путей хотя бы на части раздельных пунктов, однако в этом случае ввод таких поездов в регулярную эксплуатацию чрезвычайно осложняет работу дороги.

27

На основных направлениях железных дорог РФ полезная длина приемоотправочных путей унифицирована и составляет 850 и 1050 м (свыше

30 %).

При полезной длине приемоотправочных путей 850 м можно эксплуатировать поезда массой до 4800 т (57 условных вагонов), при полезной длине 1050 м – до 6000 т (71 условный вагон).

ОАО «РЖД» переходит на новый стандарт массы грузового поезда: для повышения эффективности грузоперевозок за счет увеличения длины

имассы поездов оптимальным соотношением признаны длина поезда 71 условный вагон и масса 6000 т (в перспективе 9000 т). Сейчас для основных перевозок служат грузовые поезда массой 4800 т и длиной 57 условных вагонов. Компания приступает к подготовке путевой инфраструктуры

илокомотивного хозяйства Октябрьской, Московской, Западно-Сибирской

идругих железных дорог, где тяжеловесное движение может быть организовано с максимальной эффективностью.

Выделены 13 направлений, где можно использовать тяжеловесные поезда для перевозки прежде всего сырьевых грузов. Это полигон длиной свыше 28 тыс. км. Одновременно компания готовится к переходу на ис-

пользование четырехосных полувагонов укороченного габарита Тпр с осевыми нагрузками 25…27 т. Тяжеловесные поезда будут обслуживать в первую очередь угольные направления: Кузбасс – Северо-Запад и Кузбасс – Находка.

Для перехода на перевозку массовых грузов поездами повышенной массы и длины необходимо решить несколько проблем:

–завершить реконструкцию станций, поскольку только 79 % из них (на выделенном полигоне) имеют пути, способные принять состав из 71 вагона. Путевая инфраструктура требует серьезной доработки, а в ряде мест – полной реконструкции;

–принять окончательное решение о формировании тягового состава для тяжеловесов и сформулировать соответствующее задание локомотивостроительным предприятиям;

–завершить сертификацию систем обеспечения безопасности движения поездов повышенной массы.

Увеличение массы состава при существующей длине приемоотправочных путей возможно при использовании вагонов с повышенной осевой и/или погонной нагрузкой. При длине путей 850 м состав из 8-осных вагонов может иметь массу до 6400 т, а при длине 1050 м – до 9000 т. Однако в этом случае в связи со значительным увеличением нагрузки на путь существенно возрастают и расходы на его текущее содержание. Снижение этих расходов связано с крупными инвестициями в усиление мощности путевой инфраструктуры.

В 2008 г. на сети железных дорог ОАО «РЖД» было сформировано 5247 грузовых поездов массой более 8000 т, что в три раза больше, чем в 2007 г., и проведено 7834 соединенных поезда (рост в 4,6 раза).

28

В2008 г. средняя масса грузового поезда возросла на 37 т по отношению к 2007 г.

Ранее движение тяжеловесных поездов организовывалось в рамках отдельных магистралей. В начале 2009 г. были завершены подготовительные работы по реализации вождения поездов-тяжеловесов на полигоне нескольких дорог, что позволяет снизить потребность в использовании локомотивов и увеличить пропускную способность сети.

В2009 – 2010 гг. на северо-западном направлении планируется внедрить вождение девяти тысячников в порт Усть-Луга и на станцию Санкт- Петербург-сортировочный через Свердловскую и Северную железные дороги.

1.3 Основные задачи проектирования вторых главных путей

1.3.1 Обоснование целесообразности сооружения вторых путей

На начальном этапе формирования транспортных сетей для массовой перевозки грузов и пассажиров железные дороги строились (и строятся) однопутными, вполне удовлетворяя транспортные потребности своего времени. И теперь многие из них продолжают оставаться однопутными, на железных дорогах России таких около 50 %.

Провозная способность двухпутной железной дороги в 3…4 раза выше, чем у однопутной и может составлять 100 и более млн т грузов в год. Для формирования потребности в таких объемах перевозок необходимы время, развитие производства, рост населения, формирование транзитных потоков.

По мере роста перевозок на однопутной линии заметно возрастает их себестоимость: уплотнение графика движения приводит к увеличению числа остановок и продолжительности стоянок поездов на раздельных пунктах, к снижению участковых скоростей, увеличению времени оборота локомотивов и вагонов – росту их удельной потребности.

На двухпутной линии в связи с разделением движения поездов каждого направления на отдельном пути отсутствует необходимость их остановок на раздельных пунктах для скрещения. При этом повышаются скорости движения поездов всех категорий, а часть раздельных пунктов может быть закрыта.

Наличие второго пути приводит к увеличению эксплуатационных расходов на содержание постоянных устройств, однако в сопоставимых условиях себестоимость перевозок снижается. Тем не менее, если учесть высокую стоимость сооружения второго главного пути (60…70 % от стоимости строительства новой дороги), однопутная железная дорога обычно работает без увеличения числа главных путей до полного исчерпания своей мощности.

29

Если на строящейся однопутной железной дороге планируется интенсивный рост перевозок уже в начальный период эксплуатации (обычно это транзит) и сооружение второго пути предрешено в ближайшие 10…15 лет, часть сооружений дороги, наиболее сложно реконструируемых в процессе эксплуатации (земляное полотно, опоры мостов), может сооружаться сразу под два пути.

1.3.2 Выбор параметров проектирования вторых путей

При проектировании вторых путей необходимо установить:

–очередность строительства вторых путей на отдельных участках и перегонах железной дороги;

–целесообразность изменения или сохранения величины существующего ограничивающего уклона для эксплуатируемого и проектируемого пути;

–сторонность расположения второго пути по отношению к существующему;

–целесообразность выноса некоторых участков линии на новую

трассу.

Очередность строительства второго пути определяют при формировании схем этапного наращивания мощности реконструируемой линии с учетом технологии производства работ строительными организациями.

Применение разных уклонов для первого и второго путей приводит к их расположению на раздельном земляном полотне или на общем земляном полотне на разных уровнях (рис. 1.12).

Рис. 1.12. Расположение путей на разном уровне:

1 – снежный занос; 2 – лоток; I и II – положение осей первого и второго путей

30