658

ном образовательном стандарте высшего профессионального образования по специальности «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» предусмотрено изучение дисциплины «Проектирование и реконструкция железных дорог и высокоскоростных магистралей (ВСМ) с применением геоинформационных технологий». Это требует подготовки специального методического обеспечения. Первым опытом подготовки такого методического обеспечения был выпуск в МИИТе в 1996 г. пособия для курсового и дипломного проектирования «Проектирование высокоскоростных специализированных железнодорожных магистралей» под редакцией профессора И.И. Кантора [4], а затем учебного пособия [5].

Нормативные требования к проектированию ВСМ, включенные в пособия [4] и [5], соответствовали нормам проектирования ВСМ, утвержденными МПС в 1991 г. [6]. В 2008 году решением Научно-технического совета ОАО «РЖД» были утверждены «Технические требования (нормативы) для проектирования высокоскоростной пассажирской железнодорожной магистрали (ВСМ) «Москва – Санкт-Петербург». В пособии этот документ в дальнейшем будет упоминаться как «Технические требования для ВСМ» [25].

В 2009 г. ОАО «РЖД» утвердило «Специальные технические условия для проектирования, строительства и эксплуатации высокоскоростной пассажирской железнодорожной магистрали «Москва – Санкт-Петербург» (далее – СТУ) [33].

Эти нормативы положены в основу настоящего учебного пособия.

4

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.Общие вопросы

1.1.Высокоскоростное движение пассажирских поездов –

движение пассажирских поездов со скоростями свыше 200 км/ч.

1.2.Высокоскоростная железнодорожная линия – желез-

нодорожная линия, на которой на всей ее длине или на отдельных участках обращаются пассажирские поезда со скоростями свыше

200км/ч.

1.3. Инфраструктура высокоскоростной железнодорожной

линии – технологический комплекс, включающий в себя совокупность объектов железнодорожного пути, железнодорожного электроснабжения, железнодорожной автоматики и телемеханики, железнодорожной электросвязи, станционных сооружений и устройств.

1.4. Соединительные линии – линии, соединяющие станции на ВСМ со станциями действующих железнодорожных линий общего пользования.

2.Верхнее строение пути

2.1.Ширина рельсовой колеи – расстояние между внутренними гранями головок рельсов, измеренное на уровне 13 мм от поверхности катания колеса по рельсу.

3.Стрелочные переводы

3.1.Внешний замыкатель – устройство (часть переводного механизма), фиксирующее заданное взаимное положение рельсовых элементов стрелки и крестовины с непрерывной поверхностью катания, расположенное вне корпуса электропривода.

3.2.Переводной механизм – устройство, обеспечивающее

перемещение подвижных элементов стрелки или крестовины с непрерывной поверхностью катания.

3.3.Стрелочная кривая – криволинейный участок ответвленного пути стрелочного перевода от острия остряков до начала прямой вставки перед крестовиной.

3.4.Уравнительный пролет – пространство между концами

стыкуемых рельсовых плетей.

5

3.5.Уравнительные рельсы – рельсы, заполняющие уравнительный пролет.

3.6.Стык уравнительный – специальное устройство, обес-

печивающее компенсацию взаимных перемещений рельсовых элементов стрелочного перевода и примыкающего бесстыкового пути, возникающих от действия температурных сил и воздействия подвижного состава.

3.7.Съезд – специальное устройство, соединяющее два соседних пути, состоящее из двух стрелочных переводов и соединительных путей или выполненное в виде единой конструкции, обеспечивающее возможность перехода железнодорожного подвижного состава с одного пути на другой.

3.8.Диспетчерский съезд – система из двух стрелочных пе-

реводов и соединительного пути между ними, обеспечивающая перевод движения поездов с одного главного пути на другой при ремонтных работах или аварийных ситуациях.

4.Земляное полотно

4.1.Земляное полотно – инженерное сооружение из грунта, служащее основанием для верхнего строения пути.

4.2.Деформации земляного полотна – изменения во време-

ни первоначальной формы, размеров и литологического строения земляного полотна, обусловленные влиянием природных и техногенных воздействий.

4.3.Устойчивость земляного полотна – сопротивляемость грунта сдвиговым усилиям, направленным на его смещение по наклонным поверхностям; определяется отношением реактивных сил сопротивления к активным сдвигающим силам с учетом поездной нагрузки.

4.4.Основная площадка земляного полотна – верхняя по-

верхность земляного полотна, на которой размещается верхнее строение пути.

4.5.Модуль деформации – характеристика деформируемости грунтов земляного полотна под действием нагрузки, определяемая отношением сжимающего напряжения и вызываемой им деформации.

4.6.Слабые грунты – торф и заторфованные грунты, илы,

текучие супеси, суглинки и глины с показателем текучести более 0,25, иольдиевые глины.

6

4.7.Дренирующие грунты – грунты с коэффициентом фильтрации более 0,5 м/сут при максимальной плотности при стандартном уплотнении и содержании частиц мельче 0,1 мм не более

10 %.

4.8.Максимальная плотность при стандартном уплотне-

нии d max – максимальное значение плотности сухого грунта, определенное в ходе стандартных испытаний.

4.9.Песок – несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 % (Ip = 0).

4.10.Однородный песок – песок со степенью неоднородно-

сти не более 3.

4.11. Степень неоднородности гранулометрического со-

става Cu – показатель неоднородности гранулометрического со-

става, равный отношению диаметров частиц, меньше которых в грунте по массе содержится менее 60 % и 10 % соответственно.

4.12. Грунт глинистый – связный минеральный грунт, обла-

дающий числом пластичности Ip 1.

4.13. Грунт крупнообломочный – несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50 %.

4.14. Плотность сухого грунта земляного полотна, d – от-

ношение массы грунта за вычетом массы воды и льда в его порах к его первоначальному объему.

4.15. Коэффициент фильтрации Кф, м/сут – скорость филь-

трации воды при гидравлическом градиенте (градиенте напора), равном единице, при линейном законе фильтрации.

4.16. Граница текучести WL – влажность грунта, при которой грунт находится на границе пластичного и текучего состояний.

4.17. Показатель текучести IL – отношение разности влажностей грунта в естественном состоянии W и на границе пластичности Wр, к числу пластичности Ip.

4.18. Коэффициент уплотнения Ку – отношение фактиче-

ской плотности сухого грунта к максимальной, полученной при стандартном уплотнении образцов.

4.19. Гранулометрический (зерновой) состав – количе-

ственное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах.

7

4.20. Осадка земляного полотна – деформации, происходя-

щие в теле насыпи или основании земляного полотна в результате уплотнения грунта или его упругого сжатия, приводящие к понижению уровня основной площадки.

5.Искусственные сооружения

5.1.Мостовые сооружения – мосты, путепроводы, эстакады, виадуки.

5.2.Мостовое полотно – поверхность пролетного строения

моста, на которую укладывается верхнее строение пути.

5.3.Балластное корыто – пространство, заполненное щебёночным балластом, распределяющим давление от подвижного состава через рельсы и шпалы на главные балки пролётного строения моста.

5.4.Поперечный борт балластного корыта – стенка бал-

ластного корыта пролетного строения, перпендикулярная оси пути.

5.5.Пешеходный мост – мост над железнодорожными путями для прохода пешеходов.

5.6.Путь на подходах к мостам – участки пути, примыкаю-

щие с обеих сторон к мостам длиной по 200 м для малых и средних, и по 500 м – для больших мостов.

5.7.Рельсовый путь на мостах – верхнее строение пути,

включая уравнительные приборы.

5.8.Эксплуатационные обустройства – сооружения и

устройства, предназначенные для обслуживания искусственных сооружений и прокладки коммуникаций, а также устройства, связанные с обеспечением противопожарной безопасности, безопасности движения поездов и судоходства.

6.Подвижной состав

6.1.Дисковый тормоз – тормозная система, в которой тормозная сила создается прижатием тормозных накладок к дискам, установленным на каждой оси тележек моторных и прицепных вагонов.

6.2.Линейный вихретоковый тормоз (ЛВТ) – тормозная

система, в которой тормозная сила создается за счет взаимодействия магнитных полей, возникающих в катушках тормозного

8

башмака и рельсе при отсутствии физического контакта между ними.

6.3. Электрический (электродинамический) тормоз – тор-

мозная система, в которой тормозная сила возникает при переключении электродвигателей в генераторный режим. Если вырабатываемая электрическая энергия возвращается в контактную сеть, такое торможение называется рекуперативным, а если она гасится в реостатах, установленных на локомотиве, то торможение называется реостатным.

1. ПРИНЦИПЫ ТРАССИРОВАНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ

Основное назначение высокоскоростных магистралей – сокращение времени хода поездов между опорными пунктами, поэтому трассу ВСМ стремятся укладывать по кратчайшему направлению, даже в обход крупных населенных пунктов. Но население таких пунктов должно иметь возможность пользоваться ВСМ, поэтому на высокоскоростной магистрали должны быть размещены станции, связанные соединительными линиями с соответствующими станциями существующей сети железных дорог. На трассе ВСМ необходимо также предусматривать станции для размещения ремонтной базы путевого хозяйства, энергоснабжения и других элементов инфраструктуры. При технической целесообразности ремонтные базы инфраструктуры могут размещаться также на станциях примыкания.

В связи со сказанным можно сформулировать следующие основные принципы трассирования высокоскоростных магистралей:

1)трасса ВСМ должна укладываться по кратчайшему направлению между конечными пунктами;

2)трасса ВСМ у крупных населенных пунктов должна пересекать существующие железные дороги или приближаться к ним для сокращения длины соединительных ветвей;

3)пересечения с существующими железными дорогами, магистральными автодорогами, пешеходными переходами, скотопрогонами и путями миграции животных должны проектироваться в разных уровнях;

9

4)для пропуска полевых дорог и прогона скота рекомендуется использовать водопропускные сооружения (малые мосты и трубы) с необходимым увеличением их габаритов;

5)открытые участки трассы ВСМ должны проходить на таком расстоянии от жилой застройки, которое обеспечит уровень шума на жилой территории, не превышающий требований санитарных норм; в пределах крупных поселений с большой плотностью населения, на входах в города трасса ВСМ может проектироваться в выемках и даже в тоннелях;

6)в случае расположения трассы ВСМ в тоннеле мелкого заложения по условиям виброзащиты расстояние до ближайших зданий не должно быть менее 40 м;

7)для сокращения площадей отвода земель в районах интенсивного земледелия трассу ВСМ желательно прокладывать параллельно попутным коммуникациям (автодорогам, железным дорогам, линиям электропередач) с применением при техникоэкономическом обосновании эстакадных решений вместо земляного полотна.

8)При выборе оптимального положения трассы ВСМ следует использовать современные программные комплексы – КРЕДО, РОБУР и др.

Вопросы для самопроверки

1.Как следует трассировать ВСМ у крупных населенных пунктов?

2.Как следует проектировать пересечения с существующими железными дорогами, магистральными автодорогами, пешеходными переходами, скотопрогонами и путями миграции животных?

3.Каким требованиям подчиняется расстояние от ВСМ до жилой застройки населенных пунктов?

4.Как следует располагать трассу ВСМ, проходящую в тоннелях малого заложения, с позиций виброзащиты близлежащих зданий?

5.Каких принципов следует придерживаться при трассировании ВСМ а районах интенсивного земледелия?

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАНА ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ

Проектирование плана высокоскоростной магистрали сводится к обоснованию минимально допустимого радиуса кривых

10

для различного диапазона скоростей. При этом необходимо соблюдение следующих условий:

1)непогашенное поперечное ускорение анеп (условие комфортабельности) – не более 0,4 м/с2;

2)скорость нарастания непогашенного ускорения ψ – не более 0,4 м/с3;

3)крутизна отвода возвышения наружного рельса i в зависимости от диапазона скоростей должна быть:

201–250 км/ч – не более 0,50 мм/м (‰); 251–300 км/ч – не более 0,45 мм/м (‰); 301–350 км/ч – не более 0,40 мм/м (‰); 351–400 км/ч – не более 0,37 мм/м (‰).

Радиусы кривых в плане следует определять, учитывая в совокупности требования к величинам непогашенного поперечного ускорения и возвышения наружного рельса, длинам круговых и переходных кривых. При этом нормативы проектирования ВСМ требуют устанавливать определенный разрыв между нормой проектирования и эксплуатационным значением этой нормы, учитывающий запас на деформации в процессе строительства и эксплуатации.

Величину минимального радиуса кривых в плане следует определять по формуле

	Rmin	12,5V 2	,	(1)
		max

h aí åï 163

где h – возвышение наружного рельса, мм; Vmax – наибольшая скорость движения поезда по кривой, км/ч; aнеп – непогашенное ускорение, равное 0,4 м/с2.

При максимально допустимом (расчетном) на железных дорогах России возвышении наружного рельса hр = 150 мм и величине непогашенного ускорения aнеп = 0,4 м/с2 минимально допустимые радиусы кривых для граничных значений скоростей движения будут равны:

для скорости 350 км/ч – 7200 м; для скорости 400 км/ч – 9400 м.

В табл. 1 приведены рассчитанные по формуле (1) значения минимальных радиусов круговых кривых в плане в зависимости от возвышения наружного рельса при величине непогашенного

11

ускорения aнеп	= 0,4 м/с2 для скоростей движения 350 км/ч и
400 км/ч.
При учете	эксплуатационных требований величину мини-

мально допустимого радиуса следует принимать по табл. 1 при величине возвышения наружного рельса, уменьшенной на 10 мм. Например, при расчетной величине возвышения наружного рельса 130 мм радиусы кривых следует принимать как для возвышения наружного рельса 120 мм:

для скорости 350 км/ч – 8400 м; для скорости 400 км/ч – 10900 м.

Таблица 1

Минимально допустимые радиусы кривых в плане (без учета эксплуатационных требований)

	Значения Rmin (м) при величине непогашенного ускорения
h, мм	aнеп = 0,4 м/с2 и скоростях Vmax
	350 км/ч	400 км/ч
100	9400	12000
110	8800	11500
120	8400	10900
130	7850	10400
140	7500	9900
150	7200	9400

Максимальная величина радиуса кривой в плане ограничивается возможностью измерения стрел изгиба рельсовой нити при текущем содержании пути и рекомендуется не более 35000 м.

Градацию величин радиусов рекомендуется принимать равной 100 м. Радиус должен иметь постоянное значение на всем протяжении круговой кривой.

Минимальная длина круговой кривой не должна быть менее 200 м при скорости 350 км/ч и 250 м – при скорости 400 км/ч. Длина прямой вставки между начальными точками переходных кривых должна быть не менее 400 м.

Из формулы (1) можно вывести зависимость для минимального возвышения наружного рельса в кривых

12

h 12,5	V 2	a	163,	(2)
	max
min	R	í åï

где hmin – минимальное необходимое возвышение наружного рельса в кривых, мм; Vmax – максимальная установленная скорость движения поездов, км/ч; R – радиус кривой в плане, м;

анеп – принятый максимальный уровень непогашенного ускорения, м/с2.

Выше уже было указано, что следует различать нормативное требование по величине возвышения наружного рельса и эксплуатационное. Максимальное возвышение наружного рельса при проектировании не должно превышать 140 мм. При эксплуатации это возвышение не должно быть больше 150 мм.

При установленной величине непогашенного ускорения анеп = 0,4 м/с2 минимальное значение возвышения наружного рельса можно определить по формуле

h	12,5V 2
	max	65.	(3)
min	R

Сопряжение прямых участков пути и круговых кривых следует выполнять с помощью переходных кривых, в пределах которых осуществляется отвод возвышения наружного рельса. В качестве переходной кривой используется радиоидальная спираль (клотоида), основным свойством которой является линейное изменение кривизны.

Длина переходной кривой определяется на основе учета трех требований:

1) крутизна отвода возвышения наружного рельса не должна превышать нормативное значение, установленное для данного диапазона скоростей.

В табл. 2 приведены установленные значения крутизны отвода возвышения наружного рельса для различных диапазонов скоростей.

Таблица 2

Нормативные уклоны отвода возвышения наружного рельса

	V, км/ч	Уклон отвода возвышения наружного рельса i, мм/м (‰)
		нормальное значение	предельно допустимое значение

13