Изыскания и проектирование железных дорог 2010

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Акашев А.З.

ИЗЫСКАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ

ДОРОГ

Караганда 2010

1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра промышленного транспорта

Акашев А.З.

ИЗЫСКАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ

ДОРОГ

для студентов специальности 5В090100 – «Организация перевозок, движения и эксплуатация транспорта»

Утверждено ученым советом университета в качестве учебного пособия

Караганда 2010

2

УДК 656.2(574) (07) ББК 39.28 (5 каз) я7

А 85

Рекомендовано редакционно-издательским советом

Рецензенты: А.В. Рожков, кандидат технических наук,

Т.К. Балгабеков, кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры промышленного транспорта им. А.Н. Даниярова,

А.Б. Клок, кандидат технических наук, доцент, член редакционно-издательского совета КарГТУ

Акашев А. З.

А 85. Изыскания и проектирование железных дорог/ Акашев А. З.; Карагандинский государственный технический университет. Караганда: Изд-во КарГТУ, 2010. 78 с.

ISBN

Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями учебного плана и программы дисциплины «Изыскания и проектирование железных дорог».

В работе приведены необходимые сведения об эксплуатируемых на современных железных дорогах транспортных средствах, их технические характеристики и классификация, рассмотрено современное состояние железнодорожного транспорта и программа его реформирования, подробно описаны вопросы, связанные с теорией тяги поездов, силы, действующие на поезд во время движения, уравнения движения на различных режимах, последовательность выполнения тяговых расчетов, приведены способы проектирования продольных и поперечных профилей участков железной дороги, приведена методика расчетов бассейнов водотока и выбора водопропускных сооружении, рассмотрены способы организации движении поездов, раздельные пункты, определение пропускной способности и построение графиков движения для этих участков.

Пособие предназначено для студентов специальностей: 5В090100 «Организация перевозок, движения и эксплуатация транспорта».

УДК 656.2(574) (07) ББК 39.28 (5 каз) я7

4

Введение

Одним из основных звеньев транспортной системы Республики Казахстан является транспорт промышленных предприятий, где зарождается и погашается основная масса вагонопотоков. Поэтому четкость и слаженность его работы предопределяют технологический ритм основного производства и создают необходимые предпосылки для устойчивой работы магистрального транспорта и единой транспортной системы Республики Казахстан [1].

Важнейшим требованием к работе железнодорожного транспорта является обеспечение полной безопасности движения поездов, а также безопасности пассажиров и персонала, сохранности перевозимых грузов.

Движение поездов на железных дорогах осуществляется по единому общему сетевому графику и плану формирования поездов. Железнодорожные станции работают на основе технологических требований и норм, которые разрабатываются в виде технологических процессов работы каждой станции.

Железная дорога – основное производственное предприятие железнодорожного транспорта. В ее ведении находятся все основные производственные (путь, здания, сооружения, оборудование, подвижной состав) и оборотные средства (запас материальных ресурсов, топлива и др.)

Одним из важнейших технических средств железнодорожного транспорта является железнодорожный путь. Он состоит из верхнего строения пути и нижнего строения пути [2].

Железнодорожный путь имеет множественное функциональное назначение:

-направлять движение колес подвижного состава (функция верхнего строения пути);

-обеспечивать пространственную (в вертикальной и горизонтальной плоскостях) устойчивость рельсовой колеи (функция верхнего строения пути);

-воспринимать нагрузки от подвижного состава и передавать их на земную поверхность (функция и нижнего и верхнего строения пути);

-выравнивать земную поверхность, обеспечивать необходимый план и профиль рельсовой колеи (функция нижнего строения пути).

От состояния железнодорожного пути зависит непрерывность и безопасность движения поездов, объемы перевозок, а также эффективность использования подвижного состава.

Железнодорожный путь работает в сложных условиях, под значительными динамическими поездными нагрузками и непосредственным воздействием на него непредсказуемо изменяющихся природных факторов (температуры, атмосферных осадков, ветра и пр.) Все это необходимо учитывать при проектировании и расчетах железных дорог.

5

1 Основные положения проектирования железных дорог

Проектирование железных дорог – область транспортной науки, изучающая методы инженерных изысканий для сбора и обработки информации о районе проектирования и разработки на ее основе комплексных научно обоснованных проектов строительства новых и реконструкции действующих железных дорог [3].

Предметом дисциплины изысканий и проектирования железных дорог является теория и практика разработки и принятия решений при выборе основных технических параметров проекта, проектировании всех постоянных сооружений и устройств новых и реконструкции действующих железных дорог с учетом перспектив роста перевозок. Непреложное требование к проектному решению – гарантия безопасности движения по железной дороге. В проекте необходимо использовать достижения науки и техники, отечественного и зарубежного опыта с тем, чтобы строящаяся или реконструируемая железная дорога к моменту окончания работ соответствовала бы техническому уровню того времени. Проект должен предусматривать прогрессивные методы строительства, высокую степень его механизации и индустриализации и прогрессивные способы эксплуатации железной дороги при больших массах грузовых поездов и высоких скоростях движения грузовых и пассажирских поездов.

1.1 Железная дорога как техническая система

Перед разработчиком проекта железной дороги стоит сложная задача по определению параметров технических объектов, между которыми существуют устойчивые связи различной природы: структурные, функциональные, физические и др. для учета этих связей в процессе проектирования целесообразно представлять железную дорогу в виде сложной технической системы, состоящей из следующих подсистем 1–го порядка [3]:

трасса – продольная ось железнодорожного пути, определяющая пространственное положение системы и взаимное расположение ее подсистем; несущие конструкции – земляное полотно, водопропускные сооружения, тоннели, виадуки, подпорные стены и рельсы, рельсовые скрепления, шпалы,

балласт; путевое развитие - главные и станционные пути и стрелочные переводы;

раздельные пункты - разъезды, обгонные пункты, промежуточные, участковые, сортировочные, грузовые и пассажирские станции и железнодорожные узлы;

подвижной состав – локомотивы, вагоны, моторовагонные поезда; электроснабжение – на электрифицированных линиях устройства тягового

электроснабжения;

6

средства управления процессом перевозок, устройства СЦБ и связи; средства технического обслуживания – путевое, локомотивное, вагонное,

пассажирское, грузовое и другие хозяйства железной дороги; коммуникации – линии связи и электропередачи, устройства водо- и

теплоснабжения, канализации.

1.2 Мощность железной дороги

Качество функционирования железной дороги определяется свойствами, к которым можно отнести: мощность, капиталоемкость, своевременность доставки грузов и пассажиров, надежность технических устройств.

Показателями мощности железной дороги являются пропускная и провозная способность [4].

Пропускная способность – это максимально возможное число поездов, пропускаемое по железной дороге в сутки.

Провозная способность - это максимально возможное количество грузов и пассажиров, перевозимое по железной дороге в год.

Расчетной называется мощность, которая устанавливается заданием на проектирование железной дороги.

Капиталоемкость определяется денежными затратами, которые включают капитальные вложения на строительство железной дороги и ее реконструкцию, а также расходы на приобретение подвижного состава и оборудования. К денежным затратам также относят расходы на эксплуатацию железной дороги.

Своевременность доставки грузов и пассажиров – необходимый показатель, так как грузы, находятся в процессе перевозок и не используются в производстве.

Надежность технических устройств должна обеспечивать бесперебойную работу системы, безопасность движения поездов и обслуживающего персонала не только при нормальном функционировании, но и при отказах подсистем железной дороги.

Основной задачей обеспечения расчетной мощности является выбор такого комплекса и мощности всех сооружений и устройств дорог, при которой наиболее экономично реализовывались бы первоначальные размеры перевозок в перспективе. Чем более мощной и совершенной по техническому уровню проектируется дорога, тем выше ее строительная стоимость, но меньше расходы на передвижение поездов и содержание дороги. При постройке железной дороги создаются резервы мощности, обеспечивающие нормальные условия процесса перевозок на определенный период времени. По признаку сложности переустройства подсистемы и элементы железной дороги делятся на две группы.

Первая группа – труднопереустраиваемые подсистемы и элементы, их называют постоянными сооружениями (земляное полотно, искусственные сооружения). Однажды запроектированные и осуществленные, они служат многие годы, а их переустройство требует больших затрат и значительно осложняет процесс перевозок.

7

Вторая группа – легкопереустраиваемые подсистемы и элементы, их называют переменными устройствами и сооружениями (верхнее строение пути, путевое развитие раздельных пунктов, контактная сеть электрифицированных линий).

1.3 Основы процесса перевозок

Функционирование железной дороги как сложной системы включает ряд процессов: погрузку и выгрузку грузов, формирование и расформирование поездов, посадку и высадку пассажиров, передвижение поездов. Все эти процессы взаимоувязаны во времени и пространстве и выполняются по заранее разработанным и согласованным планам, основой которых является график движения поездов [3].

Графиком движения поездов называется графическое изображение зависимости пути, пройденного каждым поездом, от времени в интервале 0-24 часов. График движения поездов (рис.1.1) составляется в прямоугольной системе координат, по оси абсцисс откладывается время в минутах, а по оси ординат – путь в километрах. Характер процесса перевозок существенно зависит от числа главных путей и путевого развития раздельных пунктов, т.е. числа станционных путей на разъездах и станциях, способов управления движением поездов.

Рисунок 1.1 - Фрагмент графика движения поездов

Главными называют пути перегонов, а также их продолжение в пределах раздельных пунктов.

Станционными называют пути в границах станции: приемо – отправочные, сортировочные, погрузочно – выгрузочные и др.

В зависимости от числа главных путей различают железные дороги:

8

однопутные, когда все перегоны (участки железной дороги между раздельными пунктами) имеют один главный путь, по которому поезда идут попеременно в четном и нечетном направлениях в соответствии с принятым порядком нумерации поездов (рис. 1.2, а);

однопутные с двухпутными вставками, когда в середине однопутного перегона размещен участок с двумя путями (двухпутная вставка) длиной 5-6 км

(рис. 1.2, б);

однопутно-двухпутные, где одно- и двухпутные перегоны чередуются через один или в произвольном порядке (рис. 1.2, в);

двухпутные, когда на всем протяжении дорога имеет два главных пути, специализированных по направлениям движения (рис. 1.2, г);

многопутные: трех-, четырехпутные, когда на всем протяжении дорога имеет более двух главных путей с различной специализацией (рис. 1.2, д – трехпутная линия).

а– однопутная линия; б- однопутная с двухпутными вставками;

в– однопутнодвухпутная; г – двухпутная; д – трехпутная

Рисунок 1.2 - Структура главных путей линии

Скрещение поездов – это событие, заключающееся в проследовании поездов противоположного направления в пределах раздельного пункта один мимо другого, когда один поездов движется по боковому пути. Различают остановочные и безостановочные скрещение поездов.

Остановочные скрещения – происходит на станциях и разъездах однопутной линии. При остановочном скрещении один или оба поезда останавливаются. Безостановочное скрещение происходит в пределах двухпутной вставки, построенной по середине перегона однопутной линии.

Обгон поездов – это событие, заключающееся в том, что поезд, имеющий большую скорость, обгоняет поезд, идущий с меньшей скоростью в том же направлении. При обгоне более медленный поезд принимается на боковой путь

9

раздельного пункта с остановкой и пропускает вперед по главному пути более быстрый поезд. На однопутных линиях для обгона используют разъезды и станции, на двухпутных линиях станции и обгонные пункты.

Графики движения поездов зависят от трех классификационных признаков: -число главных путей; -число поездов одного направления, которые могут находиться на

перегоне; -необходимость остановок поездов при скрещении.

На однопутных линиях главный путь предназначен для движения поездов в обоих направлениях, и при остановочном скрещении поездов на них применяют три различных способа организации движения: непакетный, пакетный и частично–пакетный.

Свое название эти способы получили от слова «пакет», которым принято называть группу поездов, следующих в одном направлении при минимальном их разграничении во времени и пространстве. Это разграничение зависит от способов управления поездами.

При непакетном движении на каждом перегоне одновременно может находиться только один поезд.

При пакетном движении на перегоне одновременно находятся несколько поездов одного направления. Число поездов в пакете обычно не превышает

к = 2 - 3.

Частично–пакетное движение – комбинация непакетного и пакетного движений, когда часть поездов следует в пакетах, часть - одиночно.

На двухпутных линиях, где пути специализированы по направлениям движения, на каждом из путей применяется пачечный и пакетный способы организации движения.

При пачечном движении на каждом перегоне находится только один поезд. Аналогично поезда следуют и на другом главном пути.

На однопутных линиях с двухпутными вставками применяется непакетное движение с безостановочным скрещением поездов. На однопутнодвухпутных линиях применяется пакетное движение с безостановочным скрещением поездов.

Управление движением поездов осуществляется с помощью сигналов, расположенных в кабине локомотива, а также вдоль пути.

При полуавтоматической блокировке сигналы устанавливают на станциях, разъездах или на блокпостах, расположенных между раздельными пунктами с путевым развитием.

При автоматической блокировке движение поездов осуществляется с помощью реагирующих на проходящий поезд проходных светофоров с зеленым (З), желтым (Ж) и красным (К) огнями. Расстояние между светофорами называется блок-участком.

Автоматическая блокировка является наиболее совершенным способом управления движением поездов, особенно в комплексе с диспетчерской централизацией (ДЦ), когда на протяженном участке станционные сигналы и

10