658

–техническая скорость 260 км/ч;

–коэффициент заполнения вагонов пассажирами – 1,0;

–расчетная масса пассажира с багажом – 100 кг.

Таблица В1

Технические показатели электропоезда для ВСМ

	№	Показатель	Значения
			показателей
	1	Конструкционная скорость, км/ч	360
	2	Максимальная скорость в эксплуатации, км/ч	350
	3	Напряжение, род тока	= 3 кВ и ~25 кВ, 50Гц
	4	Длина участка оборота, км	650
	5	Ширина колеи, мм	1520
	6	Высота платформ от головки рельса, мм	1100
	7	Основная составность, число вагонов	10
	8	Число мест для сидения на 1 м длины поезда	не менее 2,1 – 2,3
	9	Варианты составности, число вагонов	8, 12
	10	Максимальная нагрузка на ось, кН	180 +/– 4 %
	11	Диапазон рабочих температур, ºС	–40 … +40

2.7.Расчетное напряжение на токоприемнике электропоезда:

– на постоянном токе:

– в режиме тяги – 3 000 В;

– в режиме рекуперативного торможения – 3500 В;

– на переменном токе – 25000 В.

2.8.Расчетный коэффициент сцепления в режиме тяги:

–при трогании с места – 0,18;

–при скорости 100 км/ч – 0,13;

–при скорости 200 км/ч – 0,07;

–при скорости 250 км/ч – 0,06.

2.9.Расчетный коэффициент сцепления при электрическом торможении – 0,18.

2.10.Расчетный коэффициент сцепления колес с рельсами при торможении дисковым тормозом при скорости движения 250 км/ч составляет 0,09, при 160 км/ч – 0,13, при нулевой скорости может приниматься линейно зависящим от скорости в указанных диапазонах.

2.11.На этапе проектирования для расчетного режима движения должны быть проведены тяговые расчеты по согласованной с Заказчиком методике. Расчетные параметры проверяются натурными испытаниями на поезде основной составности в расчетном режиме движения.

104

2.12. Все оборудование электропоездов должно быть вибропрочным, рассчитанным на обеспечение надежной работы в условиях эксплуатации при воздействии механических факторов внешней среды в части вибрации и ударных нагрузок.

3. Эксплуатационные требования

3.1.Конструкция электропоезда, его узлов, систем и программное обеспечение должны допускать в вынужденных ситуациях возможность формирования поездов без одного или нескольких вагонов. При этом должна сохраняться возможность передвигаться своим ходом с отключением части оборудования и соответствующими ограничениями в движении.

3.2.Конструкция электропоезда должна предусматривать возможность расцепления вагонов и их отдельное передвижение вспомогательным локомотивом.

3.3.Срок службы электропоездов — 30 лет с даты ввода в эксплуатацию, при этом не учитывается время длительного отстоя в законсервированном состоянии. Срок службы электропоездов ограничивается, если общий пробег превысит 15 млн км.

3.4.Расчетный среднегодовой пробег электропоездов составляет

500 тыс. км.

3.5.Электропоезда должны обеспечивать безотказную эксплуа-

тацию в диапазоне температур окружающей среды от –40 до + 40 °С. Оборудование, обеспечивающее безопасность движения, должно нормально функционировать при температуре до – 50 °С, если оно расположено в неотапливаемой зоне поезда.

105

Приложение Г

Расчет глубины промерзания грунтов земляного полотна с использованием программы Freeze-1

Проверку условия недопустимости морозного пучения грунтов земляного полотна ВСМ следует проводить в два этапа. На первом этапе производится предварительный выбор толщины защитного слоя с использованием одномерной модели, позволяющей оценить глубину промерзания земляного полотна по оси пути с минимальными затратами по времени на проведение расчетов.

На втором этапе полученные результаты уточняются в рамках двухмерной модели промерзания земляного полотна, где количество расчетных вариантов ограничено большим временем счета. Необходимость корректировки решений, полученных на первом этапе, обусловлена проверкой глубины промерзания земляного полотна и его основания по всей ширине подбалластной зоны с учетом граничных условий на обочине и боковых поверхностях земляного полотна.

Разработанная в СГУПСе на кафедре «Изыскания проектирование и постройка железных и автомобильных дорог» программа Freeze-1 предназначена для расчета одномерного нестационарного температурного поля земляного полотна железных дорог и, в частности, для получения оценок глубины промерзания основания земляного полотна по оси пути с учетом всех необходимых природных и техногенных факторов:

температуры воздуха в годовом цикле с учетом радиационного баланса;

температуры грунта на глубине нулевых годовых амплитуд;

среднемесячных толщин снежного покрова на балласте железнодорожного пути;

теплофизических характеристик снега, балластного материала, грунтов земляного полотна и используемых теплоизолирующих материалов;

толщины всех конструктивных слоев земляного полотна по оси

пути.

К теплофизическим характеристикам грунта и балластных материалов, задаваемых в программе Freeze-1, относятся:

плотность твердых частиц или скелета грунта;

удельная теплоемкость твердых частиц;

коэффициент пористости;

влажность грунта или балластного слоя;

106

коэффициент теплопроводности грунта или балластного материала в обычном и мерзлом состоянии;

температура замерзания грунта или балластного материала;

температура начала морозного пучения грунта. Теплофизические характеристики теплоизолирующих материа-

лов в программе Freeze-1 задаются следующими параметрами:

плотность материала;

влажность;

удельная теплоемкость в обычном и мерзлом состоянии;

коэффициент теплопроводности материала в обычном и мерзлом состоянии.

Теплофизические характеристики снега на рельсошпальной решетке в программе Freeze-1 задаются тремя парамет-

рами:

средняя за зиму плотность снега;

коэффициент теплопроводности

снега;

удельная теплоемкость снега. Ниже приводится пример проверки

	выполнения условия о недопущении мо-
	розного пучения грунтов основания вы-
	емки высокоскоростной железной дороги
	по программе Freeze-1.
	1. Выбор исходных данных толщины
	балласта и защитных слоев осуществляется
	в соответствии с рекомендациями данного
	пособия: балласт – 0,4 м, 1-й защитный
	слой – 0,7 м; 2-й защитный слой – 1,8 м,
	которые вводятся в программу с помо-
	щью формы, показанной на рис. Г1.
	2. Теплофизические		характеристики	Рис. Г1. Форма задания
	балластного материала,		защитных слоев и
	грунтов	основания земляного полотна		слоев грунта
				и балластного материала
	вводятся	в программу	в соответствии с

таблицей на рис. Г2. Коэффициент пористости, влажность и плотность частиц грунта берутся по результатам геологических изысканий. Величины теплофизических характеристик и температура замерзания грунта, при отсутствии других данных, берутся в соответствии с [27, 28].

107

3. Сезонное распределение толщины снега на балласте задается по данным службы путевого хозяйства (рис. Г3).

Рис. Г2. Форма задания характеристик грунта и балластного материала

Рис. Г3. Форма задания толщины снега на балласте

108

4. Свойства снега определяются путем усреднения среднемесячных значений соответствующих характеристик за зимний период (рис. Г4). В климатической зоне Западной Сибири усредненная за зи-

му по верху балластной призмы плотность снега ñí			варьирует в пре-
делах (250 – 300) кг/м3, а коэффициент теплопроводности, определяе-
мый по формуле Абельса
	ñí	2,85 10 6 2 ,	(Г1)
		ñí

в пределах (0,18 – 0,27) Вт/м/град соответственно.

Удельная теплоемкость снега определяется так же, как и для льда – по формуле Вейнберга

Cñí 2,12 (1 0,0037 Ò C), кДж/кг/град.

(Г2)

Рис. Г.4. Форма задания характеристик снега

5. Первое граничное условие – температура поверхностного слоя балласта железнодорожного пути или снежного покрова в зимний период. Она определяется температурой воздуха в годовом цикле с учетом поправки на радиационный баланс, определяемой из выражения

	tðàä	QR	,	(Г3)
		720

где QR – радиационный баланс с учетом альбедо, кДж/м2/мес; – коэффициент поверхностного теплообмена, кДж/м2/град/ч.

Коэффициент – величина эмпирическая, зависящая, в частности, от скорости ветра, обдувающего поверхность земли. Для упрощения при невысоких среднемесячных значениях скорости ветра

(3–5 м/с) в расчетах можно принимать 84 кДж/м2/град/ч.

109

Значения температуры воздуха для соответствующего региона или населенного пункта и солнечная радиация задаются по данным, приведенным в [29]. Температура воздуха и поправка на радиационный баланс задается по форме, приведенной на рис. Г5. В программе Freeze-1 начало расчета ведется с 1 октября – начала периода возможного появления среднемесячных отрицательных температур воздуха.

6. Вторым граничным условием в программе является температура грунта на глубине нулевых годовых амплитуд, которая определяется по [30], и вносится в форму, приведенную на рис. Г6. В климатической зоне Западной Сибири это значение варьирует в пределах 4,5–

5,0 С, а глубина нулевых годовых амплитуд колеблется от 15 м до 20 м.

Рис. Г5. Форма задания годовых температур воздуха

В качестве температуры начала морозного пучения для глини-

стых грунтов можно принять значение минус 2 С – это минимальное по абсолютной величине значение температуры мерзлого грунта,

110

начиная с которого проявляются силы морозного пучения, способные вызвать деформации грунта. Введение этого параметра означает, что под «опасным» промерзанием грунта, приводящим к деформациям основной площадки земляного полотна, следует понимать не фазовый переход, когда происходит превращение поровой воды в лед, а про-

мерзание грунта до температуры не менее минус 2 С по абсолютной величине.

Рис. Г6. Форма задания граничных и начальных значений температуры грунта

Количество полных годовых циклов расчета температурного поля грунтового массива от дневной поверхности до глубины нулевых годовых амплитуд (рис. Г.6) выбирается из условия стабилизации температурного поля.

7. На рис. Г7 показан главный экран интерфейса программы Freeze-1 после завершения расчета глубины промерзания грунта в основании выемки по вышеприведенным данным.

Вцентральном окне экрана выводится текущее распределение температуры грунта по глубине в процессе расчета.

Вправом верхнем окне показывается график глубины промерза- ния-оттаивания грунта во времени в рамках одного расчетного цикла.

Вправом нижнем окне можно наблюдать за изменением температуры грунта на любой из трех заданных глубин в течение одного расчетного цикла.

Основным результатом решения поставленной в этом разделе задачи является глубина грунта от верха балластной призмы, ока-

111

завшегося в зоне морозного пучения. Здесь она обозначена как Hï ó÷

(рис. Г8).

Рис. Г7. Главный экран интерфейса программы Freeze-1

T< –2 C

Рис. Г8. График глубины промерзания грунта в годовом цикле

112

В рассматриваемом примере Hï ó÷ = 2,28 м. Чтобы проверить,

находится ли грунт основания выемки в зоне морозного пучения, нужно сопоставить расчетное значение Hï ó÷ с глубиной нижней гра-

ницы защитного слоя Hçàù , которая определяется выражением

Hçàù háàë h1,çàù h2,çàù 0,4 0,7 1,8 2,9 ì ,

где háàë – толщина балластного слоя, м; h1,çàù – толщина 1-го защитного слоя, м; h2,çàù – толщина 2-го защитного слоя, м.

Из полученного решения (Hï ó÷ 2,28 ì ) (Hçàù 2,9 ì ) и, следовательно, условие о недопущении морозного пучения грунтов основания выемки ВСМ выполнено.

Для уточнения результатов расчета, полученных по программе Freeze-1, в случаях, когда влияние боковых поверхностей балластной призмы и земляного полотна может оказаться существенным, следует использовать двухмерную модель, реализованную в программе

Freeze-2.

113