Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Особенности реконструкции и проектирования железных дорог под скоростное и высокоскоростное движение. Учебное пособие
.pdf
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Путь и железнодорожное строительство»
Г. Л. Аккерман
С. Г. Аккерман
ОСОБЕННОСТИ РЕКОНСТРУКЦИИ
И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
ПОД СКОРОСТНОЕ
И ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ ДВИЖЕНИЕ
Учебное пособие
для обучающихся по специальности
23.05.06 «Строительство железных дорог,
мостов и транспортных тоннелей»
всех форм обучения
Екатеринбург
УрГУПС
2023
УДК 625.1
ББК 39.211
А39
Аккерман, Г. Л.
А39 Особенности реконструкции и проектирования железных
дорог под скоростное и высокоскоростное движение : учебное пособие / Г. Л. Аккерман, С. Г. Аккерман. – Екатеринбург :
УрГУПС, 2023. – 83, [1] с.
ISBN 978-5-94614-534-3
В учебном пособии освещены этапы развития высокоскоростного
железнодорожного движения, особенности проектирования скоростных и высокоскоростных магистралей в России, требования и условия
проектирования трассы, плана, профиля высокоскоростных линий. Показано, что использование компьютерного моделирования дает возможность проектировать элементы трассы, плана, профиля на основании
анализа сил взаимодействия экипаж – путь, что позволяет принять более рациональные проектные решения.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности
23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» (специализации «Управление техническим состоянием железнодорожного пути», «Строительство магистральных железных дорог»,
«Мосты») всех форм обучения.
УДК 625.1
ББК 39.211
Издано по решению
редакционно-издательского совета университета
Авторы: Г. Л. Аккерман, профессор кафедры «Путь и железнодорожное стро-
ительство», д-р техн. наук, УрГУПС
С. Г. Аккерман, заведующий кафедрой «Путь и железнодорожное
строительство», канд. техн. наук, УрГУПС
Рецензенты: С. В. Шкурников, заведующий кафедрой «Изыскание и проекти-
рование железных дорог», доцент, канд. техн. наук, ПГУПС
В. С. Шварцфельд, профессор кафедры «Изыскание и проектирование железных дорог», д-р техн. наук, ПГУПС
В. М. Сай, профессор кафедры «Путь и железнодорожное строительство», д-р техн. наук, УрГУПС
ISBN 978-5-94614-534-3
© Уральский государственный университет
путей сообщения (УрГУПС), 2023
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ...............................................4
Термины и их значения ....................................8
1. Особенности реконструкции и проектирования
скоростных и высокоскоростных магистралей .................9
1.1. Особенности проектирования скоростных
и высокоскоростных железных дорог . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
1.2. Документы, регламентирующие проектирование
высокоскоростных железных дорог ......................10
2. Геометрия СМ и ВСМ ..................................11
2.1. Трасса СМ и ВСМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
2.2. План СМ и ВСМ ..................................17
2.3. Переходные кривые ................................20
2.4. Продольный профиль СМ и ВСМ ....................28
3. Раздельные пункты ВСМ ...............................36
4. Верхнее строение пути .................................38
5. Стрелочные переводы ..................................39
6. Земляное полотно . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
7. Мониторинг инфраструктуры и управление рисками ВСМ ...41
8. Неопределенность и учет ограничений на ресурсы
при трассировании железных дорог ........................50
8.1. Неопределенность положения трассы и оценка
количества вариантов ..................................50
8.2. Оценка стоимости неоднородности территории ........52
8.3. Трассирование с учетом ограничения на ресурсы .......57
8.4. Неопределенность и ограничение на ресурсы
при реконструкции и проектировании СМ и ВСМ ..........59
8.5. Учет неоднородности при проектировании
и реконструкции участка железнодорожной линии
под скоростное движение ..............................61
8.6. Мониторинг инфраструктуры ВСМ ...................66
9. Эффективность ВСМ ..................................69
Библиографический список ...............................71
Приложение ............................................74
3
Посвящается памяти профессора, доктора
технических наук Геннадия Львовича Аккермана
ВВЕДЕНИЕ
Железные дороги поколебали само
понятие о времени и пространстве:
железные дороги убили пространство.
Гете
Человеческая цивилизация развивалась во многом благодаря
появлению путей сообщения: вначале водных, потом сухопутных и, наконец, воздушных. Стимулом для развития транспорта
были торговля, необходимость управления государством, военные потребности.
Сокращая время движения, люди стремились приблизить
друг к другу отдельные поселения. Достаточно вспомнить построенную рабами Древнего Рима Аппиеву дорогу (лат. Via
Appiа) в 312 г. до н.э. при цензоре Аппии Клавдии Цеке. Дорога длиной 540 километров, шириной 4 метра (могли разъехаться две колесницы) связывала Рим с Грецией, Египтом и Малой
Азией. Скорость движения колесниц была 20–25 км/ч, у пешехода – 4–6 км/ч.
В развитии транспорта следует отметить четыре периода:
1. Использование для передвижения животных или силы ве-
тра (парусный флот, скорость 27–36 км/ч).
2. Применение паровых машин, механических и электриче-
ских двигателей.
3. Использование самолетов с пропеллерами V ≤ 600 км/ч.
4. Применение ракетных двигателей V > 800 км/ч.
С середины прошлого столетия начало развиваться скоростное и высокоскоростное движение поездов на железных дорогах.
4
По версии Международного союза железных дорог (МСЖД):
– скоростные железные дороги: скорости пассажирских по-
ездов – от 160 до 200 км/ч;
– высокоскоростные магистрали: скорости пассажирских
поездов от 201 до 250–300 км/ч;
– сверхскоростные – более 300 (350) км/ч.
В России на высокоскоростных магистралях (ВСМ) скоро-
сти движения пассажирских поездов 200–400 км/ч.
Увеличение скоростей движения на железных дорогах мира
коротко рассмотрим, начиная с 1830 г., когда на паровой железной дороге Манчестер – Ливерпуль максимальная скорость равнялась 50 км/ч. В 1964 г. в Японии на железнодорожной линии
длиной 515 км скорость движения достигала 200 км/ч. В 2015 г.
в Японии поезд на магнитном подвесе развил скорость более
600 км/ч.
Наибольшими темпами развиваются ВСМ в Китае. К началу
2016 г. сеть ВСМ Китая достигла 19 тыс. км и составила 60 %
мировой сети высокоскоростного железнодорожного транспорта. К концу 2022 года протяженность высокоскоростных железных дорог в КНР составила 42 000 км. К 2025 г. их протяженность должна вырасти до 50 тыс. км (решение Госсовета КНР).
Следует отметить, что железнодорожное строительство
в Китае идет вразрез с мировой тенденцией. Во многих странах мира сеть железных дорог сокращается, например, в США
с 1920 г. она сократилась наполовину.
Российские железные дороги (ОАО «РЖД») выпустили проект «Программа организации скоростного и высокоскоростного
железнодорожного сообщения на перспективу до 2030 года».
Сейчас на территории России эксплуатируется три линии
скоростного движения: Санкт-Петербург – Буславская (далее на
Хельсинки), Москва – Санкт-Петербург, Москва – Нижний Новгород. Скоростное движение по этим направлениям осуществляется по существующей сети.
Программа предусматривает выполнение 20 проектов скоростного и высокоскоростного движения, общей продолжительностью 7000 км. Программа включает три этапа.
5
Первый этап (до 2020 г.):
– ВСМ-2 Москва – Казань;
– ВСМ-3 Москва – Тула (как этап ВСМ Москва – Адлер);
– СМ Тула – Орел – Белгород (СМ – скоростная магистраль);
– ВСМ Екатеринбург – Челябинск;
– СМ Екатеринбург – Нижний Тагил;
– СМ Новосибирск – Барнаул.
Второй этап (2020–2025 гг.) предполагает увеличение про-
тяженности ВСМ:
– ВСМ-2 (участок Казань – Елабуга);
– ВСМ-3 (участок Ростов – Краснодар – Адлер и Тула – Во-
ронеж);
– СМ Новосибирск – Кемерово;
– СМ Юрга – Томск;
– СМ Кемерово – Новокузнецк;
– СМ Екатеринбург – Тюмень;
– СМ Москва – Ярославль;
– СМ Владимир – Иваново.
На этом же этапе запускается – вводится в эксплуатацию
скоростной контейнерный коридор Китай – Европа.
На третьем этапе в 2026–2030 гг. формируются высокоско-
ростные и скоростные коридоры:
– ВСМ-1 Москва – Санкт-Петербург;
– ВСМ-2 ветка Елабуга – Екатеринбург, ветка от ВСМ-2 Че-
боксары – Ульяновск – Самара;
– ВСМ-3 участок Воронеж – Ростов-на-Дону;
– СМ Ставрополь – Невинномысск – Минеральные Воды.
На этом этапе заканчивается создание скоростного контейнерного маршрута Китай – Европа. Общая длина СМ и ВСМ составит около 7000 км. Потребные капиталовложения для реализации программы составят около 5 трлн рублей.
За пределами 2030 г. – создание замкнутого периметра СМ
и ВСМ:
– ветки от ВСМ – на Пермь и Уфу;
– СМ Уфа – Самара – Волгоград – Каменск-Шахтинский
(станция ВСМ-3);
6
– СМ Омск – Новосибирск;
– СМ Минеральные воды – Махачкала и ВСМ-3 – Невин-
номысск;
– СМ Барнаул – Бийск;
– СМ Краснодар – Юровка с ветками на Анапу и Новорос-
сийск и далее в Крым;
– Ярославль – Рыбинск;
– Ярославль – Кострома;
– Москва – Брянск;
– Саранск – Самара;
– Пенза – Сызрань.
Реализация программы зависит от экономической ситуации
в РФ, поэтому в программу могут быть внесены коррективы.
7
ТЕРМИНЫ ИИХ ЗНАЧЕНИЯ
ВСМ (высокоскоростная магистраль) – железнодорожная
линия со скоростями движения пассажирских поездов 201–
400 км/ч.
СМ – скоростная магистраль, скорости движения 160–
200 км/ч.
Инфраструктура ВСМ – совокупность линейных объектов
железнодорожного пути и его устройств, электроснабжения, автоматики и телемеханики, связи, станционных сооружений высокоскоростной магистрали.
Криволинейные участки железнодорожного пути – участки
пути, на которых R ≠ ∞, где R – радиус кривой.
Непогашенное ускорение – поперечное ускорение, действующее на движущийся по криволинейному участку железнодорожный экипаж, которое «не гасится» возвышением наружного
рельса.
СТУ ВСМ – специальные технические условия при проектировании ВСМ.
Коэффициент развития линии – коэффициент, равный отношению длины железной дороги к геодезической линии – кратчайшему расстоянию между конечными точками трассы.
Опорные пункты – фиксированные точки, через которые или
около которых трасса ВСМ должна пройти.
8
1. ОСОБЕННОСТИ РЕКОНСТРУКЦИИ
ИПРОЕКТИРОВАНИЯ СКОРОСТНЫХ
ИВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ
1.1. Особенности проектирования скоростных
ивысокоскоростных железных дорог
1. ВСМ проектируется и строится как обособленная железная дорога с минимальным использованием существующей
сети. Например, в проекте ВСМ Москва – Казань (далее на
Екатеринбург) на участке Москва – Владимир из общей длины
195 км существующей сети (выход из Москвы) используется
23 км, или 11,8 %.
2. Так как основная цель строительства ВСМ – сокращение
времени в пути, то любое решение, приводящее к удлинению
линии, должно иметь серьезное обоснование. Отсюда более
смелое использование эстакад, тоннелей, спрямлений линии,
даже за счет обоснованного сноса строений. Коэффициент развития линии не больше 1,05–1,07.
3. Для пассажирского движения на ВСМ обычно используется моторвагонный подвижной состав.
4. СМ и ВСМ в России предназначены не только для движения скоростных и высокоскоростных пассажирских поездов, но
и для пропуска скоростных грузовых, в основном контейнерных,
и рабочих поездов, необходимых для поддержания СМ и ВСМ
в требуемом эксплуатационном состоянии. Следует отметить,
что за рубежом эксплуатация скоростных грузовых поездов (их
называли почтовыми) была реализована только во Франции –
ВСМ «Юго-Восток».
5. На СМ, и особенно на ВСМ, часто может использоваться подвижной состав с принудительным наклоном кузова, что
позволяет проходить криволинейные участки пути с меньшим радиусом и допустимой величиной непогашенного ускорения.
9
6. Особое внимание требует проектирование полосы отвода, так как ВСМ, как правило, располагается на отдельной трассе. Попытки расположить ВСМ внутри существующего транспортного коридора (для сокращения занятых земель) не всегда
продуктивны, так как скорости движения на существующих
железнодорожных и автомагистралях значительно отличаются
от ВСМ, а значит, и план этих линий будет резко отличаться от
плана высокоскоростной железнодорожной магистрали.
1.2. Документы, регламентирующие проектирование
высокоскоростных железных дорог
В странах Европейского Союза основой для разработки
норм проектирования и эксплуатации ВСМ стала Директива (закон) «Об эксплуатационной совместимости трансъевропейских
высокоскоростных железнодорожных систем» от 23.07.1996
[1, с. 93], а также последующие ее дополнения и изменения.
В странах, не входящих в ЕС (Китай, Япония, США, Южная
Корея, Тайвань), разработаны свои нормативные базы.
В России основной документ – «Технический регламент
о безопасности высокоскоростного железнодорожного транспорта», утвержденный Правительством РФ от 15.07.2010 № 533.
Для проектирования ВСМ Москва – Казань были созданы
«Специальные технические условия» – СТУ [2].
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]