4. Размещение на продольном профиле искусственных сооружений, выбор их типов и определение отверстий

Земляное полотно дороги является преградой на пути стекания поверхностных вод, существенно меняя режим их работы. Для предохранения дороги от затопления и размывания вода, притекающая к ней, должна быть либо отведена в сторону, либо пропущена через земляное полотно с помощью водопропускного сооружения (трубы или моста).

Размещение водопропускных сооружений

Часть земной поверхности, с которой атмосферные осадки стекают к пониженному месту на трассе железной дороги, где размещено водопропускное сооружение, называют водосбором, или бассейном сооружения. Водосборы расположены с нагорной (верховой) стороны от трассы. Верхняя граница водосбора - это главный или продольный водораздел, нижняя граница - трасса, участки которой в пределах каждого водосбора являются замыкающими створами. Боковые границы водосбора - поперечные водоразделы, каждый из которых определяет границу смежных (соседних) водосборов.

Задачу размещения водопропускных сооружений (установление места их расположения) и определения границ водосборов решают одновременно. На продольном профиле трассы выделяют пониженные точки (1, 2...).

Между соседними пониженными точками выделяют водораздельные точки. От каждой водораздельной точки на трассе по нормалям к горизонталям (по гребням возвышенностей) проводят линии местных или поперечных водоразделов до пересечения с главным продольным водоразделом.

Площадь бассейнов определяем графическим путем с помощью палетки. После нахождения границ бассейнов и выявления главных логов необходимо определить площади бассейнов и соответствующие им уклоны главных логов

по формулам:

(4.1)

где a сторона квадрата в масштабе карты ( км²);

n число квадратов, попавших в пределы измеряемой площади;

, , (4.2)

где отметки лога в истоке и замыкающем створе, м;

длина главного лога, км.

В работе рекомендуется при определении площадей бассейнов применять палетку в виде сетки квадратов со стороной 1 см. Для удобной работы с квадратной палеткой и исключения ошибки при определении площади бассейнов необходимо вычертить палетку на листе кальки размером А4 210297 мм шариковой ручкой.

В данной работе подсчитывают расход воды от ливневого расхода стока Q. Расход стока - это количество воды, притекающей к замыкающему створу водостока в единицу времени Q, м³/с. Значение расхода стока принято регламентировать через вероятность его превышения. Расход может быть превышен в среднем один раз в n лет, т.е. вероятность превышения этого расхода p=1/n. Расчеты труб и мостов при проектировании ж.д. производят по двум расходам воды:

- расчетному, имеющему вероятность превышения на пике паводка в пределах 1%, т. е. раз в 100 лет;

- наибольшему, имеющему вероятность превышения 0,33 % - раз в 300 лет.

Для определения расхода стока водопропускного сооружения

(Ростовская область) рассчитывают следующие данные: площадь бассейна S (км²), уклон I. По этим данным (S и I), а также по номеру дождевого района, определяемому по карте-схеме (дождевой район 5), и одной из пяти групп климатических районов, устанавливаемых по номеру дождевого района (III), пользуясь графиком, определяют расход стока для p=1% для водосборов с глинистыми и суглинистыми почвами.

Расчет первого искусственного сооружения:

Сооружение находится на ПК8, длина Лого , площадь бассейна F₁ = 0,0625 47 = 2,94 км².

Уклон Лога:

Расчет второго искусственного сооружения:

Сооружение находится на ПК83, длина Лого , площадь бассейна F₂ = 0,0625 28 = 1,75 км².

Уклон Лога:

По номограмме определения дождевых расходов на шкале F находим точки, соответствующие площадям водосбора: F₁ = 2,94 км², F₂ = 1,75 км² и через нех проводим вертикаль до пересечения с линией, соответствующей дождевому району 5. Через полученную точку проводим горизонтальную линию до пересечения со шкалой У (точка а). На шкале I находим точку, соответствующую уклону лога и через нее, проводим вертикаль до пересечения с линией, определяющей группу климатического района – III. Из полученной точки проводим горизонталь до пересечения со шкалой Х (точка б). Найденные на шкалах Х и У точки а и б соединяем прямой, и в месте ее пересечения со шкалой Q определяем = 19 м³/с, = 14 м³/с . Этот расход имеет вероятность превышения p=1 и соответствует глинистым и суглинистым почвам.

Для определения расходов иных вероятностей превышения и при наличии почв водосбора, отличных от песчаных и супесчаных, расход, полученный по номограмме, умножают на поправочный коэффициент К_Д, принимаемый по таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Поправочные коэффициенты

Грунты, слагающие водосбор	КД при вероятности p, %
	0,33	1	2
Глинистые и суглинистые Песчаные супесчаные Рыхлые (осыпи)	1,46 1,39 1,32	1,05 1,00 0,96	0,88 0,84 0,80

Максимальный расход воды:

;

Расчетный расход воды:

;

По найденным расходам и высотам насыпей подбирают искусственные сооружения, принимая ближайшее большее по расходу сооружение. В первом случае принимаем бетонную трубу с плоским железобетонным перекрытием, во-втором случае принимаем бетонную трубу с плоским железобетонным перекрытием.

Составим ведомость водопропускных сооружений (таблица 4.2).

Таблица 4.2 - Ведомость водопропускных сооружений

Место расположения ПК	Отметка источника, м	Отметка земли, м	Длина лога, м	Уклон лога,	Площадь бассейна, км²	Максимальный расход, м3/с	Расчетный расход, м3/с	Номинальный расход, м3/с	Выбранный тип искусственных сооружений	Отверстие b, м	Допускаемая высота насыпи, м	Стоимость, тыс. руб.
8	340	248	2800	32,86	2,94	27,74	19,95	19	ПЖБТ	2,5	3,9	3355
83	310	237	2650	27,55	1,75	20,44	14,70	14	ПЖБТ	2,0	3,9	1120

5 Определение технико-экономических показателей

В качестве критерия для оценки вариантов используем суммарные затраты (капитальные вложения и эксплуатационные расходы). Для этого определяем приведенные расходы . Приведенные расходы без учета капитальных вложений в подвижной состав определяется по формуле:

тыс.руб., (5.1)

где – нормативный коэффициент сравнительной эффективности, принимаемый равным 0,10;

К – размер капитальных затрат, тыс. руб.;

Э – размеры эксплуатационных расходов, тыс. руб.

5.1 Определение технико-экономических показателей

Капитальные вложения вычисляются по формуле:

тыс.руб., (5.2)

где – стоимость земляных работ, тыс. руб.;

– стоимость искусственных сооружений, тыс. руб.;

а – покилометровая стоимость устройств, пропорциональная длине линии, тыс. руб.;

L – строительная длина варианта, км.;

b – стоимость одного разъезда, тыс. руб.;

– стоимость прочих устройств и сооружений, входящих в рассматриваемый вариант и отсутствующих в других вариантах, тыс. руб.;

p – число разъездов.

Стоимость земляных работ определяется по формуле:

тыс.руб., (5.3)

где S – средневзвешенная стоимость производства одного кубометра земляных работ профильного объема, равная примерно 140…230 руб/м³, принимаем S = 200 руб/м³;

– профильный объем земляных работ по главному пути, м³

– профильный объем земляных работ по путям станций и разъездов (кроме главного пути), м³;

– коэффициент, учитывающий дополнительные земляные работы.

Профильный объем земляных работ по путям станций и разъездов (кроме главного пути) определяется по формуле:

(5.4)

где n – количество приемоотправочных путей;

– длина станции, м;

– средняя рабочая отметка данного массива, м.

Объем земляных работ определяем по массивам (выемка, насыпь), по средним рабочим отметкам выемки или насыпи, используя данные о покилометровых объемах работ.

Средние рабочие отметки массивов (насыпь, выемка) можно считать по формуле приближению:

м (5.5)

где h – рабочая отметка, м;

n – количество рабочих отметок в массиве.

Подсчет объемов земляных работ ведется в таблице 5.1. Профильный объем земляных работ по главному пути вычисляется по формуле:

м³, (5.6)

где - сумма соответственно объемов насыпи и выемки.

= м³, (5.7)

где – покилометровый объем соответственно насыпи и выемки, м³;

l – длина насыпи или выемки, м.

Составим ведомость объемов земляных работ, параллельно рассчитывая

средние рабочие отметки по формуле 5.5 (таблица 5.1).

Таблица 5.1 – Ведомость объемов земляных работ

N	Средняя отм., м		Длина массива, км	Объем работ, м3
	Выемки	Насыпи		Выемка		Насыпь
				1км	Эл-т	1км	Эл-т
1	-	20,1	1,3	-	-	309700	402610
2	0,33	-	0,55	4425,2	2433,86	-	-
3	-	1,33	0,285	-	-	12687,12	3615,83
4	0,925	-	0,25	11973,2	2993,3	-	-
5	-	5,05	1,267	-	-	74319,4	94162,68
6	0,86	-	0,749	11100,64	8314,38	-	-
7	-	1,25	0,809	-	-	11794	9541,35

м³.

м³.

тыс. руб

Стоимость устройств, пропорциональных длине линии а, в основном будет слагаться из стоимости верхнего строения пути а₁, устройства СЦБ и связи а₂, путевых зданий, устройства снеговой защиты и др. При электрической тяге к этому добавляется стоимость контактной сети а₃.

, тыс.руб. (5.8)

Стоимость 1 км верхнего строения пути при рельсах Р65 – 14680 тыс. руб.;

Стоимость устройства СЦБ и связи на 1 км при электрической тяге – 16920 тыс. руб.;

Стоимость контактной сети на 1 км – 16000 тыс. руб.

Таким образом, общая стоимость устройств, пропорциональных длине линии равна:

тыс.руб.

Далее определим капитальные вложения по формуле 5.1:

тыс.руб.