Проектирование железнодорожных линий

Строительству железных дорог предшествуют их изыскания и проектирование. Цель изысканий - изучение условий строительства и эксплуатации будущей железной дороги. Изыскания подразделяются на экономические (обоснование роли проектируемой линии в составе сети существующих железных дорог и определение эффективности ее строительства) и технические - обследование местности с целью выбора наиболее удачного расположения трассы будущей линии. В ходе технических изысканий осуществляют геодезические, геологические, гидрологические работы на местности и обследование существующих сооружений.

Изыскания железных дорог начинаются с масштабной съемки местности в полосе предполагаемой трассы. Такая масштабная съемка называется планом местности. При его построении для изображения неровностей земной поверхности (рельефа) используют горизонтали.

Горизонтали - это контуры фигур, получаемых от воображаемого пересечения местности горизонтальными плоскостями, проведенными через равные по высоте промежутки (в зависимости от масштаба плана через 1, 5, 10 или более метров). Для построения горизонталей соединяют точки с одинаковыми отметками. Отсчеты высоты до воображаемой плоскости сечения могут производиться как от среднего уровня Балтийского моря (абсолютные отметки), так и от условного горизонта, зафиксированного на карте специальными знаками - репéрами (относительные отметки). Чем дальше друг от друга располагаются горизонтали, тем более пологой является местность. В гористой местности горизонтали, расположенные близко друг к другу, говорят о наличии крутых склонов.

Таким образом, план местности в горизонталях дает полное представление о рельефе местности и позволяет выбрать наиболее рациональное расположение будущей железнодорожной линии.

По плану местности в горизонталях намечают трассу линии. Трасса - положение оси железнодорожной линии в пространстве. Вертикальный разрез по трассе, развернутый на плоскость, представляет собой продольный профиль.

Полоса земли вдоль трассы, отведенная для размещения железнодорожного пути и других устройств железной дороги, а также железнодорожных построек и лесонасаждений, носит название полосы отвода.

Процесс прокладки трассы линии называется трассированием. Положение трассы определяется экономическими и физическими факторами. Трасса дороги должна проходить как можно ближе к населенным пунктам. При этом выбирают наиболее удобные места пересечения водоемов и легкие рельефы местности, что вызывает неизбежные отклонения трассы от кратчайшего направления. Идеальной была бы трасса, представляющая собой прямую в плане и пологие спуски в профиле. Однако это не всегда возможно из-за необходимости подхода к населенным пунктам, обхода естественных препятствий (горы, озера, болота и т.п.), наличия неровностей земной поверхности и стремления удешевить строительство линии. Поэтому план железнодорожной линии проектируют в виде сочетания прямолинейных участков и кривых, а продольный профиль в виде горизонтальных участков, называемых площадками, и наклонных, именуемых уклонами.

Трассу железнодорожной линии, изображенную на плане местности в определенном масштабе с указанием километров, пикетов, начала и конца кривых, положения искусственных сооружений и ситуации прилегающей местности, называют планом железнодорожной линии.

При благоприятных условиях железнодорожная линия в плане состоит из длинных прямых участков и небольших кривых. В гористой, густонаселенной или пересеченной местности линия состоит в основном из кривых и небольших прямых участков.

Круговая кривая — дуга круга, служащая для плавного сопряжения в горизонтальной плоскости двух смежных прямых участков железнодорожного пути. Чем меньше радиус круговой кривой, тем она легче вписывается в местность. Но при небольших радиусах уменьшается скорость движения поездов, увеличиваются сопротивление движению и износ колесных пар, ухудшаются условия безопасности движения. Поэтому по возможности стараются укладывыать кривые бóльших радиусов. Но в то же время кривые слишком больших радиусов сложно и дорого содержать.

Круговая кривая характеризуется углом поворота, радиусом и положением вершины угла. Строительные нормы и правила предусматривают следующие стандартные радиусы круговых кривых (м): 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 1000, 1500, 1800, 2000, 2500, 3000, 4000. На практике для определения элементов круговой кривой и её разбивки применяют специальные таблицы.

Для лучшего вписывания подвижного состава в кривые между прямыми участками и круговыми кривыми укладывают переходные кривые. Радиус переходной кривой не имеет постоянной величины. На подходе к круговой кривой от прямолинейного участка он плавно увеличивается до значения радиуса круговой кривой. А при выходе с круговой кривой он плавно уменьшается, переходя в прямолинейный участок.

Неровности земной поверхности при прокладке железной дороги выравнивают срезкой или подсыпкой земли. Поэтому продольный профиль линии состоит из горизонтальных и наклонных участков. В зависимости от направления движения один и тот же участок может быть подъемом и спуском. Общее название наклонных участков - уклоны.

Крутизна уклона i определяется отношением высоты наивысшей точки уклона h к длине основания l:

i = h/l

За основание l берется расстояние 1000 м; высота h измеряется также в метрах, поэтому крутизну уклона принято измерять не градусами угла наклона, а тысячными. Так, если h = 5 м, то i = 5 м/1000 м = 0,005. Тысячные можно обозначать как десятичной дробью, так и целым числом с добавлением к этому числу знака ‰ (промилле). Так, для данного примера i = 0,005 или 5‰.

Наибольший подъем (на прямом участке пути), при движении по которому поезд расчетной массы достигает расчетной скорости, называется руководящим уклоном. Руководящий уклон — один из основных параметров прокладываемой железнодорожной линии, представляющий собой наибольший затяжной подъём, по значению которого устанавливается норма массы поезда при одиночной тяге и расчётной минимальной скорости движения. Руководящий уклон зависит от топографических условий, категории линии и устанавливается технико-экономическими расчётами.

Продольный профиль проектируемой железнодорожной линии состоит из элементов разной длины и разной крутизны. Чтобы переход подвижного состава с одного элемента на другой происходил плавно, без толчков и ударов, элементы продольного профиля сопрягают между собой кривыми в вертикальной плоскости - вертикальными кривыми. Применяют стандартные радиусы вертикальных кривых для различных категорий железнодорожных линий:

При проектировании, строительстве и эксплуатации железнодорожных линий используют понятия строительной, эксплуатационной и развернутой длины.

Строительная длина - это длина земляного полотна, сооружаемого под главные пути железнодорожной линии от ее начального пункта до конечного. Строительная длина необходима при определении потребности в рельсах и шпалах для сооружения путей раздельных пунктов и перегонов.

Эксплуатационная длина - это сумма расстояний между осями раздельных пунктов, независимо от числа путей на перегонах. Используется для определения дальности перевозок и при тарифных расчетах.

Развернутая длина - это сумма длин всех путей на перегонах, а также главных и станционных путей. Используется для определения расходов на содержание и ремонт пути, при расчетах пропускной способности железнодорожной линии и определения интенсивности использования путей.