Изыскания и проектирование железных дорог 2010

продольные силы по условиям прочности грузовых вагонов в зависимости от режима движения не должны превышать 1…2,5 МН, а по условиям устойчивости против схода вагонов с рельсов – 0,5…0,8 МН. По условиям обеспечения комфортности поездки продольные ускорения в пассажирских поездах должны быть не более 3…5 м/с2.

Безопасность движения в наибольшей мере обеспечивается устройством пересечений в разных уровнях. При этом необходимо учитывать минимальную разность отметок проектной линии новой и существующей дорог. Чем выше значение пересекаемого пути, тем более вероятно расположение новой линии над существующей, что позволяет не нарушать движение при строительстве. Однако если существующая дорога в месте пересечения уложена на высокой насыпи, а новую линию можно запроектировать на более низких проектных отметках или если она проходит место пересечения достаточно глубокой выемкой, а существующая дорога – насыпью или нулевыми отметками, то более целесообразно располагать новую линию под существующей [4].

Если проектируемая линия проходит над существующей железной дорогой (рис. 3.5), то минимальная отметка бровки земляного полотна проектируемой линии

где, Нгр – отметка существующей головки рельса;

hг - габаритная высота (расстояние от поверхности головки рельса до низа пролетного строения путепровода);

c - строительная высота (расстояние от низа пролетного строения до подошвы рельса);

b - расстояние от подошвы рельса до бровки земляного полотна.

Если проектируемая линия проходит под существующей дорогой, то ограничивается максимальная отметка бровки земляного полотна проектируемого пути:

где, hр – высота рельса;

b! - расстояние от головки рельса до бровки земляного полотна проектируемой железной дороги.

Мосты, на которых путь уложен на балласте, а также трубы могут располагаться при любых сочетаниях плана и профиля, допускаемых нормами проектирования, ибо в пределах таких искусственных сооружений возможно устройство вертикальных сопрягающих кривых, возвышение наружного рельса, уширение балластной призмы. Мосты с безбалластной проезжей частью должны располагаться на прямой и, как правило, на площадке либо на уклоне не круче 10 %0. При расположении мостов на уклонах учитывают дополнительные усилия, возникающие в конструкциях сооружения. Если путь

31

на мосту укладывается не на балласте, то устройство вертикальной сопрягающей кривой в пределах такого моста по конструктивным соображениям также крайне затруднительно. Поэтому переломы профиля должны располагаться вне мостов, путь на которых уложен не на балласте, на расстоянии не менее тангенса вертикальной кривой от концов их пролетных строении (рис. 3.6).

а) - проектируемая дорога над существующей; б) - проектируемая дорога под существующей

Рисунок 3.5 - Схема путепроводного пересечения существующей и проектируемой дорог

Проектирование продольного профиля в тоннелях, помимо отмеченной выше необходимости в определениях в условиях смягчения ограничивающих уклонов, должно выполняться с учетом следующих обстоятельств. Продольный профиль горных тоннелей на железных дорогах может быть одно - или двухскатным с подъемом к середине тоннеля.

Рисунок 3.6 - Ограничения положения переломов профиля

Крутизна уклонов профиля в тоннелях по условиям водоотвода не менее 3 %0 и в исключительных случаях – не менее 2 %0. Короткие горизонтальные участки длиной до 400 м допускаются в двухскатных тоннелях лишь как разделительные площадки между двумя обратными уклонами. Расположение

32

тоннелей в плане должно удовлетворять требованиям, предъявляемым к плану открытых участков железной дороги.

В пределах переходной кривой отводится возвышение наружного рельса, и если переходная кривая в плане совпадает с вертикальной кривой в профиле, то образуется сложная пространственная кривая, разбивать и содержать которую в процессе эксплуатации трудно. Поэтому вертикальные и переходные кривые не совмещают. Поскольку переходные кривые в плане, а вертикальные кривые на профиле не показывают, то зону, в которую не должен размещаться перелом, определяют расстояние d между концами круговой кривой и переломами профиля:

Если вертикальная кривая не предусматривается, то переломы профиля располагаются, не зависимо от начертания плана. Практически такими являются переломы, обусловленные смягчением профиля.

Основные исходные данные, необходимые для проектирования профиля, - категория линии, руководящий уклон ip, полезная длина приемо-отправочных путей Lпо. Категория линии устанавливается по СНиП в зависимости от размеров перевозок. Значения ip и Lпо назначаются в задании на проектирование или выбираются на основе технико-экономических расчетов. В зависимости от категории линии и полезной длины приемо-отправочных путей по СНиП определяются нормы проектирования профиля: длины элементов, разности уклонов, радиус вертикальных кривых. Профиль проектируется на чертеже, который тоже называется профилем (рис. 3.7). на профиль – чертеж наносятся линия земли и схематический план линии. Начинающему проектировщику полезно зафиксировать на профиле все ограничения, которые могут быть учтены заранее, до нанесения проектной линии. Ограничения уклонов устанавливают, предварительно вычислив максимальные уклоны в кривых и при R < 500 м, и на подходах к ним. В тоннелях и на подходах к ним в выемках и на мостах ограничения уклонов учитываются в процессе проектирования профиля.

Ограничения положения проектной линии могут быть практически все нанесены предварительно. В местах расположения труб и малых мостов высота насыпи должна быть не менее 2 – 3 м. Поэтому на профиле можно предварительно показать ограничения проектной линии на пересечениях логов и малых русл. На снегозаносимых участках профиля следует нанести ограничения проектной линии по условиям предотвращения снежных заносов. Ограничения проектной линии наносятся на пересечении путей сообщения, на пересечениях судоходных и лесосплавных рек и на их поймах.

Проектирование продольного профиля в тоннелях, помимо отмеченной выше необходимости в определениях в условиях смягчения ограничивающих уклонов должно выполняться с учетом следующих обстоятельств. Продольный профиль горных тоннелей на железных дорогах может быть одно - или двухскатным с подъемом к середине тоннеля. Крутизна уклонов профиля в

33

тоннелях по условиям водоотвода не менее 3 %0 и в исключительных случаях – не менее 2 %0. Короткие горизонтальные участки длиной до 400 м допускаются в двухскатных тоннелях лишь как разделительные площадки между двумя обратными уклонами.

Расположение тоннелей в плане должен удовлетворять требования, предъявляемым к плану открытых участков железной дороги.

Рисунок 3.7 - Схематический продольный профиль

34

4 Трассирование железных дорог

Трассирование – определение местоположения трассы будущей дороги на карте, аэрофотоплане в горизонталях или на местности – в плане и в профиле [5]. Трасса – ось пути (на станциях – главного, на многопутных дорогах – первого) – в проектах дорог определена двумя основными документами –

планом трассы и продольным профилем. В этих документах должно быть указано положение каждой точки трассы в пространстве, а к ним «привязаны» все остальные проектные материалы. Трасса является как бы базисом для всего сложного и многообразного хозяйства будущей дороги. Поэтому процесс трассирования – чрезвычайно ответственный этап составления проекта дороги. Выбирая положение будущей трассы, мы должны решать задачу оптимизации этого положения по нескольким показателям, главные из которых – минимальный объем строительных работ и будущих эксплуатационных расходов. При трассировании надо учитывать ограничения, которые накладываются на план и профиль будущей дороги условиями эксплуатации – движением поездов и с заданными весом и скоростями, т.е. максимальные уклоны (руководящий, кратной тяги, инерционные) и минимальные радиусы кривых. В зависимости от сочетаний этих условий различают два вида трассировочных участков – вольный и напряженный хода.

Вольный ход. Участок трассы, на котором все высотные препятствия могут быть свободно преодолены при устройстве уклонов, меньших или равных руководящему в профиле, а отклонения положения трассы от заданного направления в плане вызываются только необходимостью обхода каких-либо препятствий (города, заповедники, озера, болота и т.п.), называется вольным ходом (рис. 4.1)

– ּ– ּ– Воздушная прямая Варианты трассы обхода города: ––––– короткий

– – – – длинный ○А - Фиксированная точка; ○В - Условно фиксированная точка

Рисунок 4.1 - Обход плановых препятствий на вольном ходу

35

В долине реки при прокладке трассы вольным ходом, кроме фиксированных точек, число плановых, много фиксированных точек, обусловленных гидрологическими и инженерно-геологическими причинами (обходы подтопляемых участков, скальных «прижимов», излучин и староречий, выходы на створы мостовых переходов через притоки основной реки, сдвижки трассы от лавиноопасных бортов долины и т.п. рис. 4.2). Долинные ходы в равнинной и слабохолмистой местностях обычно имеют спокойный профиль и план трассы, но это не означает, что на этих участках обязательно будут небольшие объемы работ. Пересечение трассой притоков основной реки, образующей долину, подъем бровки насыпи над горизонтом высокой воды, защитные и укрепительные работы на подтопляемых участках трассы (бермы, траверсы, каменные наброски и т.п.) – все это иногда делает долинные хода довольно трудными в осуществлении и дорогими. В предгорной местностях, особенно там, где долины представляют собой узкие ущелья с террасами, прерывающимися обрывистыми скальными выступами – прижимами, примыкающими прямо к руслу реки – сложность укладки трассы и объемы работ по ней возрастают.

–ּ– ּ– Воздушная прямая

–––––Вариант трассы, фиксированный

Рисунок 4.2 - Фиксированное положение трассы в плане на вольном ходу

Часто приходится строить такие трудоемкие и дорогие сооружения, как мысовые тоннели, галереи, отводы русла и т.п., а в отдельных случаях для переноса трассы с одной стороны реки на другую (рис. 4.3) – мостовые переходы.

36

Трасса железной дороги Мысовый тоннель Мостовой переход

Рисунок 4.3 - Долинный ход в горной местности

На равнинах и плоских водоразделах вольный ход не имеет препятствий, связанных с инженерно-геологическими и гидрологическими условиями местности, которые вызывали бы необходимость в сложных инженерных сооружениях или представляли трудности при обходе. Сооружения на таких ходах обычно небольшие, трасса располагается на невысоких насыпях, в плане кривые укладываются больших радиусов, в профиле уклоны очень пологие. На узких водоразделах в холмистой и горной местностях приходится трассировать по склонам, все время, прижимаясь к водоразделу и неоднократно пересекая его в седлах, чтобы трасса не «повисла» над косогором. Сооружения на таких ходах обычно некрупные, хотя может возникнуть необходимость в довольно сложных косогорных подпорных стенах, а иногда и в виадуках.

Преимущество вольных ходов перед напряженным – меньшие энергетические затраты на продвижение поездов – делает их всегда более предпочтительными при трассировании линий, если они не приводят к значительному удлинению трассы.

Напряженный ход. Участок трассы, на котором преодолевается какое-либо крупное высотное препятствие и трасса вынужденно следует за рельефом местности, в максимальной степени используя руководящий уклон или уклоны кратной тяги, называется напряженным ходом. Иногда строительство крупных искусственных сооружений в нижней (высокие насыпи, виадуки) или верхней (тоннели, глубокие выемки) части напряженного хода позволяет уменьшить его протяженность и даже сократить общую длину линии (рис. 4.4). Но часто приходится искусственно увеличивать протяженность трассы, так как пересечь

37

препятствие прямой невозможно – линия не успевает набрать необходимую для этого высоту.

Напряженные хода применяются при проложении трассы поперечноводораздельным ходом. В этом случае фиксированная точка трассы расположена на пересечении водораздела – низкое седло, если предполагается на пересечении устраивать выемку, или наиболее узкий участок хребта, если на пересечении будет сооружаться тоннель. От этой фиксированной точки напряженный ход идет обычно ко второй фиксированной точке – месту пересечения реки на дне долины. Аналогично трасса прокладывается и на пересечении следующего водораздела. Чаще всего напряженные хода прокладываются по косогорам, реже – по дну горных долин, если уклон дна долины соответствует руководящему уклону трассы. Поэтому на напряженных ходах вынуждены сооружать сложные конструкции земляного полотна, водоотводов и искусственных сооружений. Это требует очень тщательного варьирования трассы путем измерения глубины перевальной выемки или тоннеля, сравнения ходов по правому и по левому бортам попутной долины, а также сопоставления пресечения хребта в различных седлах и спусках по другим попутным долинам.

Напряженный ход в эксплуатационном отношении значительно хуже вольного: большие энергетические затраты на движение поездов; необходимость торможения на спуске при движении поездов. Это заставляет всегда стремиться к сокращению его протяженности, иногда даже засчет удлинения трассы.

Рисунок 4.4 - Варианты напряженного хода на крупномасштабном ходе

38

4.1 Выбор направления и трассирования

Выбор направления начинается с прокладки воздушной прямой между начальной и конечной точками трассы [5]. Воздушную прямую прочерчивают на карте по линейке, при этом кривизну земли для масштабов крупнее М 1:500 000 не учитывают.

Основное назначения воздушной прямой:

Оценка сложности рельефа на кратчайшем направлении и рядом – в полосе варьирования;

Установление местоположения попутных долин и водоразделов; Взаимная оценка точек пересечения высотных препятствий по удалению

их от воздушной прямой, т.е. по удлинению будущих вариантов трасс, проходящих через эти точки.

Определение удлинения трассы вариантов – одного из важных качественных показателей, непосредственно влияющих на эксплуатационные расходы.

Вторым действием при выборе направления трассы является анализ рельефа по направлениям возможных вариантов и назначение вариантов трассы.

Такая «подъемка» рельефа позволяет более свободно ориентироваться в высотных препятствиях по трассе. Для такой же свободной ориентировки в плане на карте «поднимают» зеленым или черным цветом границы заповедных территорий, городов, рудных полей и месторождений угля, разрабатываемых шахтным и открытым способом, границы ценных угодий, будущих водохранилищ, т.е. те территории, через которые прокладка железной дороги нежелательна или недопустима. Иногда эти территории заштриховывают.

Когда «подъемка» карты завершена, приступают к ее анализу вдоль воздушной прямой, стараясь как можно ближе к ней выявить следующие элементы рельефа: попутные долины рек; попутные водоразделы; наиболее низкие седла на водоразделах, если водоразделы для пересечения их тоннелями; наиболее удобные места мостовых переходов на реках, если реки тоже текут не вдоль будущей линии, а поперек; фиксированные места обхода препятствий а плане.

Результаты анализа подразделяют наметить более реальные, чем воздушная прямая варианты размещения трассы в плане и в профиле.

Во время этих операций никаких документов не составляют – все делают на карте цветными карандашами.

Пример анализа рельефа вдоль воздушной прямой с предварительным назначением возможных вариантов – долинного, водораздельного и поперечноводораздельных ходов. Предварительное назначения возможных вариантов производится с одновременным анализом места их возможного трассирования. Каждый из видов возможных ходов имеет свои характерные особенности, которые надо учитывать.

39

1 – воздушная прямая; 2 – водораздельный ход; 3 – поперечно – водораздельный ход (с тоннелями); 4 – долинный ход; 5 – поперечноводораздельный ход; 6 – мостовые переходы; 7 – тоннельные пересечения; 8 – перевальные выемки

Рисунок 4.5 - Выбор направления трассы

Для долинного хода важно выбирать наиболее удобный склон долины, помня, однако, что переход трассы с одного склона на другой связан с необходимостью выбора места мостового перехода и постройки моста. Поэтому частые переходы трассы с одного склона на другой нежелательны. Нежелательно также назначение трассы в пределах подтопляемых пойм, крутых косогоров и прижимов, оползневых склонов, вблизи от размываемого берега при меандрирующем русле реки.

Для водораздельного хода важно наметить седла, по которым должны пройти трассы, и склоны водоразделов с наиболее благоприятными геологическими условиями. Нежелательно назначение трассы на пересечении водораздельных болот, на склонах с курумами, скальными обвалами и осыпями, бассейнами лавинсбора.

40