Изыскания и проектирование железных дорог 2010

Для поперечно-водораздельного хода точками положения будущей трассы являются наиболее низкие седла, узкие водоразделы для тоннельных пересечений и места мостовых переходов через водотоки между пресекаемыми трассой водоразделами. Нежелательны спуски с водоразделов к мостовым переходам по неустойчивым косогорам и склонам с курумами, осыпями, оползнями.

При трассировании одновременно решаются задачи, цели которых чаще всего взаимно противоречивы, – проложение трассы по кратчайшему пути, обеспечение минимальных объемов работ при строительстве дороги.

Практически никогда не удается достичь этих целей сразу. Всегда возникает необходимость рассмотрения двух – трех, а иногда и более вариантов на каждой стадии проектирования линии. Так, уже на стадии выбора направления, как это было показание выше, рассматриваются возможные направления трассы, анализируется их сложность для будущего строительства, иногда грубо прикидываются их длина, объемы работ, число крупных сооружений. Когда наиболее подходящие варианты определились, ведут по ним трассирование.

Трассированию по выбранным направлениям предшествует определение участков «вольного» и «напряженного» ходов, поскольку приемы трассирования на них различны. Проверку наличия «напряженных» ходов наиболее наглядно можно представить себе на поперечно-водораздельном варианте трассы: каждый участок спуска с перевального седла в пределах расстояния, где трасса идет по косогору, т.е. до спуска на отметку дна долины проверяют по формуле

где hc- отметка седла, м;

hД- отметка дна долины, м;

hкосх- протяженность хода по косогору, км.

Когда участки напряженных и вольных ходов определены, приступают к укладке трассы. В первую очередь трассу укладывают на напряженных ходах. Делают это всегда с высоких отметок на спуск, задавшись наиболее рациональной глубиной перевальной выемки. При этом надо иметь в виду, что увеличение глубины перевальной выемки не всегда позволяет сократить длину спуска, а только а случае, когда i>>ip. Если же i>>ip, то рациональную глубину выемки можно определить как

hв =hс −hд −iрlкосх.

41

Рисунок 4.6 - Прокладка линии нулевых работ

h1 - h6 - отметки горизонталей; hпл - сечение горизонталей в плане; di-

заложение спуска между соседними горизонталями уклоном трассирования («шаг нулевых работ»)

Трассу на спуске укладывают, стараясь разместить ее как можно ближе к так называемой «линии нулевых работ». Это линия, соединяющая точки на горизонталях, в которые попала бы ось трассы, если можно было бы просто, не обращая внимания на необходимость выдерживать требования плана линии, шагать с горизонтали на горизонталь принятым уклоном. Эту «линию нулевых работ» начинают в плане в горизонталях или на карте «шагая » измерителем с горизонтали на горизонталь, отмечая карандашом те точки, куда попадает игла ножки измерителя. Расстояние между ножками измерителя должно при этом

несколько меньшим (на поправку iэк ), чем руководящий уклон. Поправка iэк к

руководящему уклону необходима для того, чтобы учесть, что трасса будет чуть-чуть короче, чем «линия нулевых работ». Обычно для изрезанных склонов, где «линия нулевых работ» сильно изломана, эту поправку принимают равной iэк =0,7 ÷0,8 %0 на ровных склонах iэк =0,2 ÷0,4 %0 . Эта поправка

учитывает также необходимость смягчения руководящего уклона на кривых – на изрезанных склонах кривых больше и радиусы их меньше, т.е. поправка

42

больше, поэтому смягчение должно быть большим, на ровных склонах кривых меньше и они более пологие, поэтому смягчение меньше и поправка меньше.

Напряженные хода большей протяженности – более чем 10-12 км – приходится укладывать с учетом еще одной особенности – необходимо при их трассировании одновременно вести накопительную ведомость расчетного времени хода пары поездов и при достижении суммарного времени 28-30 мин, выбирать на склоне ровную площадку для размещения раздельного пункта. Если спуск был напряженным на всем протяжении, то эту ведомость проконтролировать несложно – зная единичное время движения поезда с равновесной скоростью на руководящем уклоне, умножить его сразу на все протяжение этого уклона. Если же напряженный ход чередовался с участками вольного хода, то накопительную ведомость надо вести очень тщательно.

Трассирование на вольных ходах проще, чем на напряженных, и сводится к выбору положения трассы, максимально приближающегося к воздушным прямым – кратчайшему направлению между начальной и конечной точками трассы, в обход возможных препятствий в плане и с заходом во все фиксированные точки.

Фиксированные точки – точки, через которые трасса должна пройти обязательно. Они могут быть различного происхождения и значения. Часть из них может быть «зафиксирована» как запрет отклонения трассы, например, на обходе границы различных заповедных зон или границ застройки; часть является обязательной для прохождения трассы именно через данную точку, например существующий мост; часть определяет желательное направление трассы, например, обход прижимного участка, сухая грива между болотами и т.п., т.е. фиксированные точки могут быть и очень жестко определены, и достаточно размыты, т.е. по-существу не точки, а зоны, площади.

43

5 Раздельные пункты и перегоны

На однопутных дорогах, для того чтобы поезда встречных направлений могли разъехаться, устраиваются разъезды. Разъезд имеет путевое развитие: 1 – 2 боковых пути, кроме главного. Момент встречи двух поездов на разъезде называется скрещением. Скрещение, при котором по крайней мере один из поездов на разъезде останавливается, называется остановочным. Поезда разъезжаются и без остановок – безостановочное скрещение. При этом оба поезда проезжают разъезд одновременно, не останавливаясь, один по главному, а другой по боковому пути [4].

Разъезды, на которых поезда разъезжаются без остановок, называются участками безостановочного скрещения (УБС), или двухпутными вставками. Для безостановочного скрещения поезда должны подойти к входным сигналам участка безостановочного скрещения одновременно. Длина УБС в 3 – 5 раз превышает длину разъезда, предназначенного для остановочного скрещения.

На двухпутных линиях для обгона поездов, движущихся с меньшей скоростью, поездами, идущими с большей скоростью, устраиваются обгонные пункты (ОП). При обгоне поезд, идущий впереди с меньшей скоростью, останавливается на боковом пути О, а обгоняющий поезд проходит ОП по главному пути, затем вслед за ним трогается поезд, остановленный для обгона на боковом пути.

Остановочное и безостановочное скрещение и обгон поездов могут происходить также на станциях.

Станции, разъезды, участки безостановочного скрещения и обгонные пункты называются раздельными пунктами.

Станции предназначены для обеспечения необходимой пропускной способностью участков дорог и удовлетворения потребности населения в пассажирских перевозках; на них выполняется местная грузовая, а в необходимых случаях – сортировочная работа (формирование и расформирование поездов); технические операции с поездами: осмотр, экипировка и ремонт подвижного состава (локомотивов и вагонов), смена локомотивов, поездных и локомотивных бригад и др. Существенный признак раздельных пунктов – наличие дополнительных путей, кроме главного. Поэтому они называются раздельными пунктами.

К раздельным пунктам без путевого развития относятся проходные светофоры и путевые посты. Расстояние между светофорами называются блок – участком. Путевые посты устанавливаются на линиях, не оборудованных автоматической блокировкой, служат для разрешения или запрещения входа поездов на ограждаемые ими перегоны и специального путевого развития не имеют; при устройстве автоблокировки для этой цели предусматривается размещение проходных светофоров.

44

Раздельные пункты делят железнодорожную линию на участки – перегоны. Длина перегонов равна расстоянию между осями раздельных пунктов (ось ПЗ), расположенных перпендикулярно главному пути.

Раздельные пункты с путевым развитием – станции, разъезды и обгонные пункты - предназначены для выполнения грузовых и технических операций, скрещения или обгона поездов. Продольный профиль в пределах раздельных пунктов должен удовлетворять условиям производства этих операций.

Длина площадок раздельных пунктов устанавливается в зависимости от полезной длины приемо–отправочных путей на перспективу и применяются схемы расположения приемо–отправочных путей: продольное, полупродольное, поперечное (рис. 5.1, 5.2, 5.3).

а) - продольное; б) - полупродольное; в) - поперечное;

Условные обозначения:

→→←← - безостановочный пропуск поездов; →← - пропуск поездов с остановкой;

-- - - удлинение разъездного пути до длины двухпутной вставки, необходимой для безостановочного скрещения поездов;

-ּ-ּ – удлинение разъездного пути для пропуска соединенных поездов;

-ּּ-ּּ- дополнительные пути на станциях, где сконцентрирована грузовая работа;

ГР – грузовой район; I, Iа – главный путь;

2, 3, 4 – приемно-отправочные пути; 5, …,8 – вытяжные и прочие пути; Lпл – длина станционной площадки.

Рисунок 5.1 - Схемы разъездов с расположением приемо-отправочных путей

45

Наиболее благоприятные условия для выполнения операций на раздельных пунктах обеспечиваются при расположении их на прямых участках пути. Такое расположение раздельных пунктов предусмотрено СНиП 2.05.01. Лишь в трудных условиях местности, когда размещение раздельных пунктов на прямой приводит к значительному увеличению объемов строительных работ или удлинению линии, их можно располагать на кривых радиусом не менее 2000 м

– на скоростных линиях, 1500 м – на линиях I и II категорий, 1200 м – на линиях особо грузонапряженных, III и IV категорий. В особо трудных топографических условиях на линиях особо грузонапряженных и I – IV категорий при соответствующем обосновании допускается уменьшать радиус кривой до 600 м, а в горных условиях – до 500 м.

Расположение раздельных пунктов на нескольких кривых разрешается в том случае, когда кривые направлены в одну сторону. Прямые вставки между этими кривыми проектируют, как на перегонах.

Размещение раздельных пунктов с поперечным расположением приемоотправочных путей на обратных кривых исключило бы возможность наблюдения с головы хвоста поезда.

а) – продольное; б) – полупродольное; в) – поперечное

Рисунок 5.2 - Схемы промежуточных станций однопутных железных дорог с расположением приемо-отправочных путей

46

Поэтому согласно нормам проектирования железных дорог размещение разъездов и обгонных пунктов на обратных кривых допускается лишь в исключительных случаях на линиях III и IV категорий при соответствующем обосновании в проекте. Раздельные пункты с продольным и полупродольным расположением приемо–отправочных путей в трудных условиях можно располагать на обратных кривых, если пути каждого из направлений движения в пределах их полезной длины будут уложены на кривых, обращенных в одну сторону. (рис. 5.4). Стрелочные переводы на главных путях должны располагаться, как правило, на прямых участках пути.

а) – продольное; б) – полупродольное; в) – поперечное; I, II – главные пути;

3,4 – приемо-отправочные пути; Lпл – длина станционной площадки

Рисунок 5.3 - Схемы обгонных пунктов с расположением приемоотправочных путей

Профиль путей на раздельных пунктах. Продольный профиль раздельных пунктов в общем случае должен обеспечивать: 1) трогание поездов с места; 2) возможность беспрепятственной остановки поездов в пределах полезной длины приемо-отправочных путей и возможность удержания поездов расчетной массы вспомогательными тормозами локомотивов; 3) безопасность выполнения маневровых операций.

Первое и второе из указанных требований удовлетворяется для поездов обоих направлений движения наилучшим образом в том случае, если средний уклон icp=0, т.е. когда раздельный пункт расположен на площадке. При этом, однако, не гарантируется в полной мере безопасность маневровых операций,

47

так как возможен самопроизвольный уход подвижного состава за пределы полезной длины станционных путей.

Рисунок 5.4 - Схема разъезда на обратных кривых при расположении путей

Раздельные пункты с продольным расположением путей требует площадок наибольшей длины, а раздельные пункты с поперечным расположением путей – наименьшей. Продольный профиль раздельных пунктов в общем случае должен обеспечивать:

1)трогание поездов с места;

2)возможность беспрепятственной остановки поездов в пределах полезной длины приемо–отправочных путей и возможность удержания поездов расчетной массы вспомогательными тормозами локомотивов;

3)безопасность выполнения маневровых операций. Первое и второе из указанных требований удовлетворяется для поездов обоих направлений движения наилучшим образом в том случае, если средний уклон под поездом равняется нулю, т.е. когда раздельный пункт расположен на площадке. При этом, однако, не гарантируется в полной мере безопасность маневровых операции, так как возможен самопроизвольный уход подвижного состава за пределы полезной длины станционных путей.

48

6Тяговые расчеты при проектировании железных дорог

6.1 Модель поезда и силы, действующие на поезд

При разработке проекта новой или реконструкции существующей железной дороги решают ряд задач: находят наилучшее положение трассы и очертание продольного профиля, выбирают тип локомотива и массу грузового поезда, назначают пути увеличения провозной способности железной дороги. Для того чтобы правильно решить эти и другие задачи проектирования железных дорог, надо располагать алгоритмическими методами, позволяющими определять: массу поезда, расход электрической энергии при электрической тяге. Такие методы объединяются общим названием – тяговые расчеты, которые базируются на общих положениях науки о тяге поездов. Важную роль играют тяговые расчеты при реконструкции существующих линий с целью введения скоростного движения пассажирских (до 140 км/ч) и грузовых (до 120 км/ч) поездов, а также при проектировании специализированных высокоскоростных пассажирских железных дорог со скоростью более 200 км/ч. [5].

В тяговых расчетах, выполняемых при проектировании железных дорог, применяют наиболее простую модель поезда, рассматривая его как материальную точку, расположенную в середине поезда.

Рисунок 6.1 - Графическое изображение зависимости скорости движения поезда υ(S) и времени хода t(S) от пройденного пути S

49

Сила тяги локомотивов образуется при взаимодействии колес локомотивов с рельсами, приложена в точке касания колеса и рельса и называется касательной силой тяги – Fk.

Рассмотрим силы, действующие на поезд только вдоль линии его движения. Для сил, приложенных к поезду, приняты следующие правила знаков: направленные в сторону движения поезда – положительные, а в противоположную сторону – отрицательные. На поезд действуют:

Сила тяги F. Источник силы тяги – локомотив. Это – управляемая сила, направлена в сторону движения поезда; в зависимости от необходимости ее включают или выключают;

Сила торможения В. Источник силы торможения – тормозные устройства вагонов и локомотивов. Это управляемая сила, направлена в противоположную сторону движения поезда;

Силы сопротивления W. Эти силы возникают в результате взаимодействия поезда с окружающей средой. Они всегда приложены к поезду и направлены в сторону, противоположную его движению. Силы сопротивления движению поезда состоят из основных и дополнительных;

Продольная составляющая веса поезда I. Это сила параллельна оси пути;

при движении поезда на подъем направлена в сторону, противоположную движению, а на спуск – в сторону спуска; на горизонтальных участках I=0 .

Основное сопротивление движению поезда возникает на горизонтальных участках пути. Оно обуславливается трением шеек оси, трением качения, трением скольжения колеса по рельсу, ударами в стыках, сопротивлением воздушной среды.

Дополнительное сопротивление (сверх основного) возникает при движении на уклоне и в кривых участках пути.

Для инженерного расчета создается модель системы, которая, обеспечивая удобство вычислений, с достаточной для поставленной задачи полнотой отображает свойства подлинника и позволяет получить достоверные результаты. Поезд представляет собой систему масс (локомотив – один или несколько – и вагоны), соединенных упругими связями (автосцепка). Если для тяговых расчетов, выполняемых при проектировании железных дорог, принять модель, прямо имитирующую реальный поезд, то вычисления получаются неоправданно сложными, и возникает желание упростить модель. В тяговых расчетах различают два способа задания сил. Силы F,B, W и I, приложенные к поезду в целом или к локомотиву, группе вагонов, отдельному вагону и т.д., называют полными, измеряются в Ньютонах и обозначаются большими буквами. Силы, отнесенные к единице веса поезда, локомотива, вагона, называют удельными. Вес поезда, локомотива и т.д. удобно измерять в килоньютонах (при условии, что масса измеряется в тоннах). Тогда удельные силы измеряются в ньютонах на килоньютоны и обозначаются малыми буквами:

Силы тяги:

50