Бройтман_Э.З._Железнодорожные_станции_и_узлы

Э.З. БРОЙТМАН

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЕ СТАНЦИИ И УЗЛЫ

Утверждено Департаментом кадров и учебных заведений МПС России

в качестве учебника для студентов техникумов и колледжей железнодорожного транспорта

Москва

2004

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебник «Железнодорожные станции и узлы» соответствует программе дисциплины «Станции и узлы». В нем подробно изложены конструкции элементов пути: верхнего строения, стрелочных переводов, земляного полот - на, современные требования к конструкциям элементов пути и современ - ные методы их защиты, укладки и содержания.

В учебнике представлены схемы всех раздельных пунктов и технология их работы в соответствии с Правилами и техническими нормами проектирования станций и узлов на железных дорогах колеи 1520 мм, рассмотрены принципы разработки конструкций горловин; указана роль станций в современных условиях работы железнодорожного транспорта; приведены современное техническое оснащение железнодорожных станций и современные методы расчета устройств станции, перспективы развития станций и всего железнодорожного транспорта.

Автор выражает благодарность рецензентам — заместителю начальника Департамента управления перевозками ОАО «РЖД» СЮ. Елисееву, главному специалисту отдела перспективного развития ж.-д. транспорта института Гипротранстэи Б.И. Ефремову и преподавателю Узловского техникума железнодорожного транспорта Н.П. Коротаевой за полезные рекомендации и замечания по рукописи, а также заместителю главного инженера Мосгипротранса Н.В. Маркиной за ценные рекомендации по разделу станций и главному эксперту Управления экспертизы Г.И. Курковой за ценные советы по содержанию п. 1.2. «Земляное полотно» и Т.Я. Бройтману за помощь в подготовке рукописи к печати.

ВВЕДЕНИЕ

Железнодорожный путь и станции являются основными элементами хозяйства железнодорожного транспорта. Железнодорожный путь представляет собой комплекс инженерных сооружений и устройств, предназначенных для бесперебойного и безопасного движения поездов с установленными скоростями в точном соответствии с графиком движения поездов. Основ - ными элементами железнодорожного пути являются: верхнее строение, земляное полотно и искусственные сооружения.

Основные конструктивные формы железнодорожного пути и инженерные решения сохранились до наших дней. Это свидетельствует о высоком профессионализме первых проектировщиков и строителей железных дорог. Нагрузка от колес подвижного состава передается на рельс, затем шпалы, балласт и, наконец, земляное полотно, т.е. площадь, воспринимающая нагрузку, по мере удаления от контакта колеса и рельса все время возрастает. Это позволяет применять различные материалы с различной несущей способностью для сооружения железнодорожного пути (сталь, железобетон, дерево, грунт). Все элементы пути работают в сложных условиях, поэтому необходимо постоянно контролировать состояние пути, выполнять ремонт пути и заменять отдельные элементы верхнего строения пути.

Для обеспечения необходимой пропускной способности и безопасности движения поездов каждая линия делится раздельными пунктами на перегоны. Раздельными пунктами являются путевые посты, разъезды, обгонные пункты, станции, а при автоблокировке и светофоры.

Разъезды — раздельные пункты на однопутной линии, путевое развитие которых предназначено для выполнения скрещения и обгона поездов, а также для выполнения в небольших объемах пассажирских и грузовых операций.

Обгонные пункты — раздельные пункты на двухпутной линии, имеющие путевое развитие для выполнения обгона поездов. Разъезды и обгонные пункты кроме главных путей имеют один или два пути для приема поездов. В небольшом объеме на обгонных пунктах выполняются пассажирские и грузовые операции.

Вся основная работа с поездами, по обслуживанию пассажиров, работа с грузами, принадлежащими предприятиям и организациям, выполняется на станциях. В зависимости от путевого развития, объема и характера выполняемой работы станции разделяются на: промежуточные, участковые, сортировочные, пассажирские и пассажирские технические, грузовые.

Промежуточные станции выполняют прием и отправление поездов, обгон и скрещение поездов, посадку и высадку пассажиров, прием, выдачу и хранение грузов и багажа.

4

Участковые станции обеспечивают смену поездного локомотива и локомотивных бригад, формирование сборных и участковых поездов, техническое обслуживание и коммерческий осмотр поездов, ремонт локомотивов и вагонов, а также выполняют пассажирские и грузовые операции.

Наиболее мощные сортировочные станции, на которых организуется переработка вагонов, формируют все категории поездов; выполняют осмотр

иремонт локомотивов и вагонов; в небольшом объеме выполняют пассажирские и грузовые операции.

Основной работой грузовых станций является: погрузка, выгрузка, хранение грузов, прием грузов от отправителей и выдача грузов получателям, а также оформление документов.

Пассажирские станции обеспечивают посадку и высадку пассажиров; продажу билетов; прием и отправление пассажирских поездов.

Пассажирские технические станции организуют подготовку пассажирских составов, осмотр, ремонт, уборку пассажирских вагонов, снабжение вагонов топливом и водой.

Железнодорожные узлы располагаются в месте пересечения нескольких железнодорожных линий. В узлах происходит передача поездов, вагонов и грузов с одной линии на другую и пересадка пассажиров. В узле могут размещаться несколько станций: пассажирская, грузовая, сортировочная. В крупных узлах может быть несколько станций — пассажирских, грузовых, сортировочных, а также участковых и промежуточных.

На 1 января 2001 г. протяженность сети железных дорог России составила 85,8 тыс. км, в том числе двухпутных линий — 36,3 тыс км. Электрифицированных линий 41,6 тыс. км, и электрификация железнодорожных линий продолжается. За последние 10 лет, с 1991 г., электрифицировано 3,5 тыс. км. Бесстыкового пути уложено 45 537 км.

Первая железная дорога была построена в России между Петербургом и Царским Селом в 1837 г. протяженностью 26 км. В 1851 г. было открыто железнодорожное сообщение между Петербургом и Москвой. С этого времени началось массовое строительство железных дорог.

Вначале XXI в. хочется вспомнить, как начинались железные дороги и кто стоял у их истоков. В России борьба за железные дороги с самого начала приобрела не только социально-экономический, но и политический характер. В развитии нового вида транспорта видели угрозу крепостному строю.

Новый вид транспорта вызывал упорное сопротивление не только в России, но и в других странах. Когда в Англии был решен вопрос о строительстве железной дороги, в прессе началась компания по срыву строительства. Крестьян убеждали, что «новый вид транспорта вытеснит лошадей, сено и овес не найдут сбыта». Людей, занимающихся извозом, пугали полным ра - зорением. Распространялись слухи, что «огненные машины» сожгут города

исела, ужасный грохот паровозов лишит языка детей, вызовет у взрослого потерю слуха, а у коров — молока.

Не отставали от Европы и в Америке. «Общеизвестный факт, — писал один американский журналист в начале 30-х гг. XIX в., — что пассажи-

ры от быстрого движения в поездах теряют память. Многие деловые люди, по прибытии на место, забывали о цели своей поездки, им приходилось писать домой, чтобы узнать, зачем они поехали».

Важную роль в обосновании необходимости железных дорог играли такие прогрессивные офицеры корпуса инженеров путей сообщения, как П.П. Мельников, Н.О. Крафт, М.С. Волков, Н.И. Липин и другие. Они закладывали основы железнодорожной науки в России, готовили кадры будущих строителей железных дорог, а позднее возглавляли проектирова - ние и строительство железных дорог в России.

Полемика о строительстве железных дорог продолжалась бы дальше, но дело ускорил профессор венского политехнического института профессор Ф.А. Герстнер, который обратился к царю с запиской о строительстве в России сети железных дорог. Предложение было рассмотрено и принято, и в результате начала действовать первая в России железная дорога в 1837 г. между Петербургом и Царским Селом. Герстнер выполнил условие, построив опытную железную дорогу с вокзалом, рестораном и театром. Ширина колеи этой железной дороги была 1829 мм. Чтобы дорогу не заносило зимой снегом, она была построена на насыпи высотой 3 м. Опытная железная дорога доказала возможность ее эксплуатации в России круглый год.

Один из будущих руководителей железнодорожного транспорта П.П. Мельников был энциклопедически образованным человеком. Он свободно владел тремя иностранными языками, обладал глубокими знаниями в области математики и механики. В 1835 г. он издал книгу «О железных дорогах», которая стала первым учебным пособием в Институте Корпуса инженеров путей сообщения, изданным на русском языке. До сих пор мы пользуемся терминами «железная дорога», «стрелка», «разъезд», введенными П.П. Мельниковым.

В1837 г. по указанию императора Николая I П.П. Мельников был направлен в Европу и Америку для изучения опыта строительства железных дорог. Вернувшись из командировки, П.П. Мельников заявил, что железные дороги будто созданы специально для России, с ее огромными терри - ториями и холодным климатом, с длинными, морозными зимами.

Вто время в Европе и в Америке было построено достаточно много же - лезных дорог, но они были короткие и не связанные друг с другом и имели разную ширину колеи. Пользоваться такими железными дорогами было крайне сложно.

На основании изучения иностранного опыта был сделан вывод, что нужно строить сеть железных дорог с единой шириной колеи и по общему плану. Проект сооружения железнодорожной сети в России был разработан в 1852 г.

Составление проекта первой магистральной железной дороги в России Москва — Петербург было поручено инженерам П.П. Мельникову и Н.О. Крафту.

1 февраля 1842 г. был издан указ о сооружении железной дороги Санкт- Петербург—Москва, подписанный Николаем I. Понимая, что строительство железных дорог в России имеет большое будущее, был поднят вопрос об унификации ширины колеи. Была создана специальная комиссия, которая рассмотрела два варианта ширины колеи — 1524 и 1829 мм. По подсче-

там профессора Н.О. Крафта на магистрали Петербург—Москва применение ширины колеи 1524 мм давало экономию в земляных работах около 1750 тыс. руб. серебром. Комиссия рекомендовала в связи с этим установить ширину колеи в 1524 мм. С тех пор эта колея и была принята как нормальная для всех железных дорог России.

При проектировании и строительстве этой железной дороги были вы - полнены исследования для определения максимальной величины уклона, был определен и вес поезда и определена схема размещения раздельных пунктов, определена пропускная и провозная способность в зависимости от уклона. Эти исследования послужили основанием для определения пологих уклонов первой русской железнодорожной магистрали. Была разработана методика подсчета эксплуатационных расходов для этой линии, которая используется и в настоящее время.

По предложению П.П. Мельникова было принято прямое направление дороги без захода в Новгород, это предложение поддержал император Николай I. Было принято решение вести дорогу по возможно прямому направлению. Насколько прямая первая наша железная дорога, можно судить по тому, что астрономическое расстояние между Москвой и Санкт-Петербур- гом составляет 598 верст, а протяженность построенной линии оказалась 604 версты, на этой линии было построено 34 станции. Так как железная дорога проходила по кратчайшему расстоянию, она пересекала множество рек и оврагов, на ней возвели 278 искусственных сооружений, в том числе 154 моста, 69 труб и 19 путепроводов. Все большие и средние мосты имели деревянные решетчатые фермы системы Гау-Журавского. Основоположник мостостроения Д.И. Журавский за теорию расчета мостовых ферм получил полную Демидовскую премию. Мосты, построенные под его руководством, оказались необычайно прочными и простояли до замены их металлическими более 35 лет.

Первые рельсы были железными, весом 27,8 кг погонный метр и были изготовлены в Англии. В 1870-е гг. были испытаны рельсы со стальными головками и с начала 1880-х гг. стали изготавливать рельсы из стального проката. В настоящее время укладываются термически обработанные рельсы, весом 65 и 75 кг погонный метр.

Строительством самой длинной железной дороги в мире руководили выдающиеся русские инженеры путей сообщения П.П. Мельников, Н.О. Крафт, Д.И. Журавский, Н.И. Липин и другие. Работы по сооружению дороги были начаты в 1843 г. и закончены в 1851г. С вводом железной дороги время поездки из Санкт-Петербурга в Москву сократилось втрое (по сравнению со временем движения по шоссе). Уже в первый год было перевезено по железной дороге 780 тыс. пассажиров и более 163 800 т (10 млн пудов) грузов.

Вскоре после сооружения магистрали Петербург—Москва была построена дорога Петербург—Варшава. После отмены крепостного права в результате реформы 1861 г. строительство железных дорог стало продвигаться быстрыми темпами. В эти годы были построены: железная дорога Поти— Тифлис (1866—1872 гг.) (с пересечением отрогов Кавказского хребта), в Средней Азии

Впериод Великой Отечественной войны развивались станции в связи со строительством важнейших для страны железнодорожных линий: Печорской, Карталы—Акмолинск, Казань—Ульяновск—Сызрань—Саратов—Иловля и др. В эти годы увеличились объемы перевозок железных дорог в районах Поволжья, Урала, Западной Сибири. Чтобы обеспечить перевозки, развиваются узлы Новосибирский, Челябинский, Пензенский, Вологодский и др.

Во время войны было разрушено 65 тыс. км железнодорожных линий, многие крупные железнодорожные узлы, 4100 станций, 2573 вокзала, 13 тыс. мостов и др. устройства. Уже во время войны были выполнены работы по восстановлению железных дорог, но особенно темп восстановительных работ увеличился после окончания войны. Продолжилось и развитие сети.

Впоследующие годы строятся новые линии с сооружением новых станций и развиваются станции в местах примыкания новых линий к существующим. Построены линии Магнитогорск—Белорецк, Тайшет—Абакан, Тю- мень—Тобольск и многие др. Построена Байкало-Амурская магистраль протяженностью 3100 км от Лены до Комсомольска-на-Амуре.

Развиваются станции с целью повышения пропускной и перерабатывающей способности — Челябинск, Кинель, Дема, Ярославль Главный. Развиваются узлы Московский, Свердловский, Саратовский. Удлиняются пути до 850—1050 м, сооружаются самые крупные станции на сети железных дорог — Орехово и Бекасово, выполняется реконструкция локомотивного хозяйства, выполняется автоматизация сортировочных горок.

С70-х гг. XX в. начинается автоматизация железнодорожного транспорта. Создаются автоматизированные системы управления, в первую очередь, в работе сортировочных станций.

Втрудные 90-е гг. работы по развитию и реконструкции транспорта не проводились. В настоящее время выполняются работы по развитию ж. -д. транспорта, в частности, Санкт-Петербургского узла: удлиняются пути до 1050 и 1500 м, развивается станция Санкт-Петербург-Сортировочный-Мос- ковский, строится пассажирская станция Ладожская и новый пассажирский вокзал Ладожский. Укладываются вторые пути на участке станции Ладожс- кая—Горы. Выполняется электрификация линии Мга—Гатчина—Веймарн— Ивангород с развитием станций.

Строятся новые (Усть-Луга) и реконструируются существующие морские порты (Туапсе, Новороссийск, Автово), новые пограничные станции (Чернышевская) и выполняется реконструкция пограничных станций (Светогорск, Ивангород).

Начинается программа комплексной реконструкции сортировочных станций, включающей и удлинение путей и автоматизацию работы станции (Инская, Бекасово).

Вводятся новые системы контроля технического состояния вагонов, ко - торые позволят удлинить участки проследования вагонов без осмотра.

Для лучшего управления, контроля и оперативного вмешательства в работу железных дорог создана система ЦУП (Центр управления перевозками), которая работает в реальном масштабе времени. Информация о погру-

женном или выгруженном вагоне, о передаче вагонов по стыкам, о движе - нии пассажирских поездов тут же поступает в систему.

На специальном табло отображается перевозочный процесс и показате - ли работы сети.

Также в реальном масштабе времени в ЦУПе отображается функционирование важнейших сортировочных станций сети: Санкт-Петербург-Сорти- ровочный-Московский, Ховрино, Люблино, Орехово-Зуево, Бекасово и др.

Работает система контроля погрузки и продвижения наливных грузов. Первый поезд от Петербурга до Москвы находился в пути 21 ч 45 мин.

Максимальный вес товарных поездов составлял 288 т (18 тыс. пудов). Средние технические скорости первых поездов: пассажирских — 30 км/ч, товарных — 15 км/ч.

В настоящее время «Красная стрела» в пути находится 7 ч 55 мин, скоростные поезда проходят расстояние до Санкт-Петербурга за 4 ч 30 мин. Вес грузового поезда достигает 6500 т.

Глава 1 ПУТЬ И ПУТЕВОЕ ХОЗЯЙСТВО

1.1. Трасса, план и профиль пути

План местности в горизонталях. Для того чтобы разместить наиболее рационально вновь строящиеся сооружения или устройства (мосты, здания, станции и т.д.), необходимо иметь изображение местности на чертеже. Для этого делают на местности измерения и составляют ее план со всеми необходимыми данными.

Рельеф местности на планах изображают особыми линиями, которые называют горизонталями. Горизонтали — это контуры фигур, получаемых от воображаемого пересечения местности горизонтальными плоскостями, отстоящими друг от друга на одинаковом расстоянии (1 м, 5 м, 10 м). Для построения горизонталей соединяют точки с одинаковыми отметками.

Отметкой называется расстояние по высоте от какого-либо уровня до точки местности. Отметки различают абсолютные и относительные. Абсолютные — измеренные от уровня Балтийского моря, который считают неизменным. На практике часто пользуются относительными отметками. Относительные отметки — это расстояния по высоте, измеренные от условного уровня до точек местности. Условный уровень фиксируется неизменными точками — реперами (металлическими марками на фундаментах зданий, опорах мостов и др.).

План местности в горизонталях дает полное представление о рельефе местности и позволяет выбрать наиболее рациональное расположение железнодорожной линии, станции, путепроводной развязки. Планы в гори -

зонталях составляют в масштабе 1:10 000, 1:5000, 1:2000, 1:1000.

По плану местности в горизонталях можно:

-составить профиль местности в заданном направлении;

-провести линию заданного уклона;

-провести водораздельные и водосливные линии.

Составление профиля местности в заданном направлении. Например, тре-

буется по плану местности в горизонталях (рис. 1.1) построить профиль по направлению М—Н. Для этого на произвольно взятой прямой КЛ от начальной точки а в принятом горизонтальном масштабе откладывают расстояния до точек б', в' г\ д', е\ ж', равные расстояниям до точек а, б, в, г, д, ж на плане в горизонталях. Из точек а' б', в', г', д', е\ ж'восстанавливают перпендикуля-

11