Высокоскоростной железнодорожный транспорт 12 страница
| Окуловка |
| Санкт-Петербург Малая Вишера |
| ГК«: Логовежь |
| Москва |
| 1ельниково |
| природоохранная зона с водоемом |
| л х) природоохранная / зона 'ПХГ/ ГУНЬ «валдайский» V Великий Новгород ^ограниченного (крупный исторический центр)Д0СТупа |
| Ленинградская область |
| Московская область |
|
| Новгородская область |
| Тверская область |
| существующая железная дорога основной вариант проектируемой ВСМ дополнительные рассмотренные варианты ВСМ транспортное сообщение с историческим центром |
|
| Рис. 5.2. Пример возможных вариантов направления ВСМ между заданными конечными пунктами Санкт-Петербургом и Москвой |
сывания в рельеф местности и систему ситуационных ограничений.
В связи с большой стоимостью каждого километра двухпутной электрифицированной линии при проектировании ВСМ следует стремиться к сокращению ее длины. Сокращения протяженности ВСМ, в частности, можно добиться за счет увеличения руководящего уклона. Но это, в свою очередь, может привести к увеличению расходов на движение поездов. Сокращение длины при фиксированном значении ограничивающего уклона, как правило, ведет к увеличению объемов работ (земляные, устройство водопропускных сооружений и др.). Однако при благоприятных топографических условиях (рельеф без затяжных максимальных подъемов) это увеличение объемов может быть сопоставимо со снижением стоимости сооружений, зависящих от длины трассы (верхнего строения пути, СЦБ и связи и ДР-)-
|
|
|
На положение трассы также оказывают влияние: экологические природные требования (расположение особо охраняемых природных территорий, водоохранных зон и прибрежных защитных полос водных объектов и др.); шумовое воздействие от движения поездов, пути миграции редких и ценных животных); благоприятное расположение попутных водоразделов, долин рек и пологих склонов; наличие сложных физико-географических явлений (склоновых процессов, заболоченной местности, наледей, сейсмических воздействий и др.) и ряд дополнительных факторов и условий, специфических для района проектирования. Иногда в процессе проектирования по техническим, природным, экологическим или иным условиям положение предусмотренных ранее промежуточных опорных пунктов приходится корректировать.
|
|
|
Таким образом, при указанном выше многообразии факторов и условий, влияющих на принципиальное направление и положение трассы ВСМ, принимаемые в этой части проектные решения должны быть особенно взвешенными и обоснованными.
Именно от этих решений в значительной степени зависит стоимость и эксплуатационные характеристики проектируемой линии, а также эффективность капитальных вложений в ее сооружение.
5.8. Основные элементы плана линии и условия их проектирования
Параметры и нормы проектирования трассы, так же как и все зависящие от нее сооружения и устройства, должны обеспечивать безопасность движения поездов с максимально допустимыми скоростями. Для получения проекта трассы как пространственной линии, необходимо запроектировать ее план и продольный профиль.
Планом железнодорожной линии называется проекция трассы на горизонтальную плоскость. План линии представляет собой сочетание прямых участков пути различного направления, плавно сопряженных друг с другом круговыми и переходными кривыми.
Прямые участки пути имеют значительные строительные и эксплуатационные преимущества по сравнению с криволинейными участками (более простая и дешевая конструкция пути, меньше износ элементов пути и подвижного состава и др.). В благоприятных топографических условиях, при отсутствии контурных препятствий, следует стремиться к устройству прямых большой протяженности.
|
|
|
Основной целью устройства криволинейных участков является уменьшение стоимости сооружения железных дорог. Наиболее часто кривые проектируются в сложных топографических, инженерно-геологических и иных природных условиях, при трудных ситуационных обстоятельствах (для обхода или наиболее благоприятного пересечения зон жилой застройки, инженерных коммуникаций и т.д.).
Правильное определение проектировщиком необходимого количества кривых на каком-либо участке пути, их местоположения и параметров является сложной инженерной задачей.
Круговые кривые. Основными параметрами (характеристиками) круговой кривой (рис. 5.3) являются направление поворота (вправо или влево), угол поворота а и радиус R. Главными производными характеристиками круговой кривой от угла и радиуса являются тангенс Т = = /?-tg(a/2), длина круговой кривой К = = л/?а/180, биссектриса угла Б= R (sec(a/2) - - 1), а также точки центра кривой О, вершины угла (ВУ), начала круговой кривой (НКК) и конца круговой кривой (ККК).
|
|
|
При выборе величины радиуса круговой кривой следует иметь в виду, что, наряду с преимуществами, кривые, особенно малых радиусов, имеют существенные недостатки. Одним из основных таких недостатков является ограничение скорости движения поездов. Зависимость допускаемой скорости движения поезда от величины радиуса определяется поперечными силами, действующими на подвижной состав в кривой. Основной такой силой является центробежная сила, направленная от центра кривой и стремящаяся опрокинуть подвижной состав:
F mV2
1 3,62/?'
где т и V — соответственно масса, т, и скорость подвижного состава, км/ч; 3,6 — коэффициент приведения размерности км/ч к м/с.
Действие указанной силы неблагоприятно сказывается на комфортабельности езды пассажиров. Эта сила способствует также боковому воздействию на наружную рельсовую нить, что может привести к уширению колеи, боковому износу рельсов и поперечному угону пути.
Для уменьшения влияния центробежной силы на подвижной состав и пассажиров устраивается возвышение Л, мм, наружного рельса над внутренним. В результате устройства возвышения наружного рельса
Рис. 5.3. Характеристики и элементы круговой кривой: К — длина; R — радиус; О — центр; ВУ — вершина угла; НКК и ККК — начало и конец круговой кривой; а — угол поворота
появляется горизонтальная составляющая силы тяжести подвижного состава, направленная, в отличие от центробежной силы, наоборот, к центру круговой кривой:
где g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2; 5 — расстояние между осями рельсов, равное 1600 мм.
Важнейшим из требований ограничения скорости движения поездов является комфортабельность езды пассажиров. Оно вытекает из условия, когда при высоких скоростях Бг> F2 и Fy - F2 = AF:
^Р-ту2 m 9h
3,62R S
После деления всех слагаемых последнего равенства на т получаем
AF _ V2 gh
т 3.62R S '
№
где ~ = 0Н(ПС) — непогашенное поперечное ускорение, м/с2, которое по условиям комфортабельности езды пассажиров нормируется.
Для новых ВСМ на участках реализации максимальной скорости рекомендуется использовать величины ускорений, не превышающие 0,40—0,55 м/с2. Отечественные нормы проектирования новых ВСМ предусматривают непогашенного поперечное ускорение — не более 0,4 м/с2, а в трудных условиях и по согласованию с заказчиком — до 0,7 м/с2.
Таким образом, относительно возвышения наружного рельса при максимальной скорости движения пассажирских поездов комфортабельность езды пассажиров обеспечивается при условии
| 12,5V2 , . > tnax(lic) |
| Га г L H(nc)J |
где aH(ncj — принятая норма непогашенного поперечного ускорения для пассажирских поездов.
Специальными техническими условиями (СТУ) и иными нормативными документами максимальное значение hmax в России установлено равным 150 мм. Максимальное значение Л при проектировании не должно превышать 140 мм. Европейским стандартом предполагается возможность увеличения максимального значения h до 200 мм.
Таким образом, в соответствии с СТУ и (5.1) потребное минимальное значение R составляет:
10 000 м — при Vmax = 400 км/ч,
7500 м — при Утах = 350 км/ч, 5500 м — при Утах = 300 км/ч, 3800 м — при Утах = 250 км/ч.
Для станционных путей, по которым будет осуществляться пропуск высокоскоростного подвижного состава с минимальными скоростями, допускается применять минимальный радиус кривой в плане не менее 200 м.
К недостаткам кривых малых радиусов относятся также усиленный износ рельсов и колес подвижного состава; уменьшение коэффициента сцепления колес подвижного состава с рельсами; увеличение расходов по текущему содержанию и ремонту верхнего строения пути; удлинение трассы, усиление и удорожание конструкции пути; увеличение сопротивления движению подвижного состава.
В кривых участках пути повышенный боковой износ рельсов и колесных пар вызван усиленным прижатием реборды колеса к боковой грани головки рельса, а повышенный вертикальный износ рельсов — проскальзыванием колес, жестко посаженных на ось, но преодолевающих в пределах кривой разные расстояния по наружной и внутренней рельсовым нитям. Кроме повышенного износа, от действия более интенсивных поперечных и продольных сил (в частности, сил сопротивления или торможения), в кривых учащаются случаи одиночного выхода рельсов. Повышенный износ и повреждаемость рельсов в кривых зависит от размеров движения, конструкции пути и подвижного состава, нагрузки на ось колесной пары, скорости движения и величины радиуса кривой. Дополнительный износ и выход рельсов в кривых, поперечный и продольный угон (или смещение) шпал и рельсов, более напряженная работа скреплений приводят к увеличению расходов по текущему содержанию и ремонту верхнего строения пути.
Уменьшение радиуса кривой от до /?2 при неизменном угле поворота (рис. 5.4) приводит к удлинению линии на AL, которое без учета переходных кривых, т.е. ориентировочно, можно определить по формуле:
Д£ = 2 (Tj - Т2) + К2- Kv
где Т] и Т2 — тангенсы кривых соответствующих радиусов, м; и К2 — длины кривых соответствующих радиусов, м.
Переходные кривые. Переходные кривые устраиваются для плавного перехода от круговой кривой радиуса R к прилегающим прямым участкам пути и для плавного сопряжения круговых кривых разных радиусов. Кроме того, в пределах переходной кривой также устраивается плавный отвод возвышения наружного рельса (рис. 5.5).
a, R, Т, К, h, I
Рис. 5.5. Положение и отображение кривых: а — в плане; б — с учетом высотного положения рельсовых нитей; в — круговой на схематическом (или сокращенном) продольном профиле трассы; г — общей кривой (круговой и переходных) на подробном продольном профиле трассы; 1 — положение круговой кривой до ее смещения для устройства переходных кривых; 2 — то же, после ее смещения и устройства переходных кривых; 3 — переходные кривые; 4 — прямые; 5 — уровень головки внутреннего рельса; 6 —уровень головки наружного рельса; НПК, КПК — начало и конец переходной кривой; НКК, ККК — начало и конец участка круговой кривой после устройства переходной кривой при фиксированной ее длине и определенном угле поворота
| (5.2) |
| hV max 3,6/ ' |
| / р-— 24R |
| /4 21120/?4 |
Длина переходных кривых /, м, определяется с учетом допустимых значений уклона отвода возвышения / , мм/м, скорости
подъема колеса по возвышению f, мм/с, и скорости нарастания непогашенного поперечного ускорения Т, м/с3.
На железных дорогах России и многих других стран принят равномерный линейный отвод возвышения наружного рельса. В этих условиях длина переходной кривой определяется из выражения
1000/
Доп
Основным условием, ограничивающим уклон отвода возвышения наружного рельса для новых скоростных и высокоскоростных линий, является допустимая скорость подъема колеса на возвышение наружного рельса/= dh / dt. Взаимосвязь между допустимым уклоном отвода возвышения /доп = = dh / dl и скоростью движения поезда V, м/с, определяется зависимостью:
_dh _ dh dh 1 _ .1
'^on~~di~Vdt~~dtV~ V'
Опыт эксплуатации железных дорог и многочисленные исследования свидетельствуют, что по условиям безопасности движения f не должно превышать 50 мм/с. В России для нормирования длин переходных кривых приняты значения/ мм/с:
41,1 — при скоростях 351—400 км/ч, т.е. / не более 0,37 мм/м;
38,9 — при скоростях 301—350 км/ч, т.е. i не более 0,40 мм/м;
37,5 — при скоростях 251—300 км/ч, т.е. / не более 0,45 мм/м;
34,7 — при скоростях 201—250 км/ч, т.е. /' не более 0,50 мм/м.
Длина переходной кривой в зависимости от/определяется из выражения:
где V измеряется в км/ч, а/— в мм/с.
От длины переходной кривой зависит и скорость нарастания Т непогашенного поперечного ускорения, м/с3:
й . . а < Л н(пс] _ н(пс) max
t 3,61
где t — время движения поезда при непогашенном поперечном ускорении а(|^ПС) с Итах по переходной кривой.
Таким образом, длина переходной кривой, м, должна также удовлетворять условию
а . .V
/ н(пс) max rg
3,6¥
В практике проектирования значение Т, как правило, не превышает 0,4—0,6 м/с3. Скорость нарастания непогашенного ускорения в соответствии с СТУ — не более 0,4 м/с3.
Принятая длина переходной кривой должна удовлетворять всем трем перечисленным условиям 5.2, 5.3 и 5.4.
Стандарт ОАО «РЖД» для Утах до 250 км/ч при определении длин переходных кривых предусматривает предельные значения/= = 34,7 мм/с, /доп = 0,0005 и Т = 0,4 м/с3.
Полученные по расчету длины переходных кривых следует, как правило, округлять до значений, кратных 10 м. При этом длина переходной кривой не должна быть менее 20 м.
Для устройства переходной кривой центр исходной круговой кривой Ок (рис. 5.5) смещают внутрь кривой по направлению биссектрисы в точку О на величину Бр = = p-sec(a/2), где р — сдвижка концов смещенной круговой кривой относительно направлений примыкающих прямых участков пути, определяемая по формуле
,2 ( ,2
1 2
[ 112/?z
С достаточной для практических целей точностью эту сдвижку можно определять какр = /2/24/?.
Из нового центра О тем же радиусом R проводят круговую кривую, начало и конец которой смещаются в стороны от вершины угла на расстояние Тр = p-tg(a/2). Переходные кривые вписывают между подходны-
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Таблица 5.2 Основные параметры для плана линии для скоростного и высокоскоростного движения поездов (Россия) |
Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 440; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!