Файл: Основы проектирования железных дорог.pdf

Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Путь и железнодорожное строительство»
А. И. Скутин
А. Р. Исламов
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
Екатеринбург
Издательство УрГУПС
2019

1 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Важнейшими показателями работы транспорта являются грузооборот и грузонапряженность.
Грузооборот – показатель работы транспорта, равный произведению массы перевозимого груза на соответствующее расстояние. На железнодорожном транспорте принято определять грузооборот за год.
Единицы измерения – тонно-километры или ткм.
Грузонапряженность – показатель интенсивности работы путей сообщения, измеряемый грузооборотом приходящимся на один километр железной дороги. Принято измерять грузонапряженность в ткм/км за год.
Категории железных дорог – определяются в зависимости от назначения железных дорог и размеров грузовых перевозок (табл. 1.1).
Таблица 1.1 – Категории железных дорог
Категория железно- дорожных линий
Назначение железных дорог
Расчетная годовая грузонап- ряженность нетто в грузовом направлении на десятый год эксплуатации, млн. ткм/км
Скоростные
Железнодорожные магистральные линии для движения пассажирских поездов со скоростями свыше 160 до
200 км/ч
-
Особо- грузо- напряженные
Железнодорожные магистральные линии для большого объема грузо- вых перевозок
Свыше 50
I
Железнодорожные магистральные линии
Свыше 30 до 50
II
То же
Свыше 15 до 30
III
То же
Свыше 8 до 15
IV
Железнодорожные линии
До 8
Внутристанционные соединительные* и подъездные пути
Независимо от грузонапряженности
Трасса – пространственная линия, проведенная по оси пути на уровне бровки земляного полотна.
План трассы – проекция трассы на горизонтальную плоскость. План трассы состоит из прямолинейных и криволинейных участков.
Криволинейные участки подразделяются на круговые кривые и переходные кривые.

2
Рис. 1 Параметры круговой кривой:
ВУ – вершина угла поворота; НК – начало кривой; КК – конец кривой;
α- угол поворота кривой; R – радиус кривой; Т – тангенс кривой; К – длина кривой.
Тангенс кривой определяется как расстояние от вершины угла до начала или конца кривой и рассчитывается по формуле:
???? = ???? ∙ ????????
????
2
, м.
Длиной круговой кривой является расстояние от начала до конца круговой кривой и определяется по формуле:
???? = ????
рад
∙ ???? или ???? =
????
град
∙ ????
180
∙ ????,
где
????
рад
– угол поворота кривой, измеряемый в радианах;
????
град
– угол поворота кривой, измеряемый в градусах;
R – Радиус круговой кривой, измеряемый в метрах.
Переходные кривые устраиваются для обеспечения плавного перехода от прямых к круговым кривым и обратно. В пределах переходных кривых осуществляются плавные изменения радиусов переходных кривых, ширины колеи и возвышений наружных рельсов над внутренними. Переходные кривые устраиваются таким образом, что координата середины переходной кривой совпадает с началом (концом) круговой кривой. Длина переходной кривой зависит от категории железной дороги, скоростей движения поездов и радиусов круговых кривых.

3
Рис. 2 – Смещение оси пути от устройства переходной кривой:
НПК – начало переходной кривой; СПК – середина переходной кривой;
КПК – конец переходной кривой;
l
– длина переходной кривой; p – сдвижка кривой.
Сдвижка кривой может быть определена по формуле:
???? ≈
????
2 24????
Зависимыми (смежными) являются кривые, одна из которых оказывает влияние на условия движения поезда по другой. Условия движения экипажа по смежным кривым, направленным в одну или разные стороны (обратные кривые), различаются. При движении по переходной кривой вследствие отвода возвышения наружного рельса происходит вращение экипажа вокруг его продольной оси. В обратных кривых это вращение при входе из одной кривой в другую продолжается в том же направлении. При отсутствии прямой вставки между обратными кривыми указанное вращение не прерывается, что обеспечивает большую плавность движения. В случае когда кривые направлены в одну сторону, направление вращения экипажа при переходе из одной кривой в другую изменяется, и для плавности движения поездов требуется некоторой длины прямая вставка.

4
Рис. 3 – Смежные кривые: а) обратные кривые; б) кривые, направленные в одну сторону.
Продольный профиль – проекция трассы на вертикальную плоскость, расположенную по оси пути. Элементами продольного профиля являются уклоны и длины элементов. Уклон определяется, как отношение превышения одной точки земной поверхности над другой к длине горизонтального проложения между этими точками. Уклоны измеряются промилями
(тысячными). Один промиль соответствует превышению в один метр между точками, расположенными на расстоянии тысяча метров друг от друга.
Уклоны, направленные вверх считаются положительными, а вниз – отрицательными. Нулевые уклоны принято называть площадками.

5
Рис. 4 – элементы продольного профиля: H
j
– отметка j-той точки; l
j
– расстояние по горизонтали между соседними точками.
Уклоны элементов
????
????
продольного профиля определяются по формуле:
????
????
=
????
????
−????
????−1
????
????
Руководящий уклон – наибольший уклон неограниченной длины, который может преодолеть поезд расчетного веса с расчетной скоростью при данном локомотиве. Значения расчетных скоростей и силы тяги для всех локомотивов приведены в ПТР.
На продольный профиль накладываются следующие ограничения
– каждый элемент продольного профиля не должен превышать (по абсолютному значению) величину руководящего уклона;
– алгебраическая разность смежных элементов продольного профиля не должна превышать (по абсолютной величине) не должна превышать максимально допускаемых норм;
– наименьшая длина элементов продольного профиля должна быть не менее минимально допускаемых норм.
Разделяют рекомендуемые и допускаемые нормы. Рекомендуемые нормы применяются на участках профиля типа «яма», т. е. там, где скорости движения наибольшие. На участках профиля типа «горб» можно применять допускаемые нормы.
Следует иметь в виду, что каждое изменение крутизны уклонов вызывает изменение продольных и поперечных сил в поезде. Поэтому желательно проектировать железные дороги элементами наибольшей длины.
Перегон – участок железной дороги между соседними раздельными пунктами.
Раздельный пункт – это пункт, разделяющий железнодорожную линию на перегоны.
Раздельные пункты классифицируются на:

6
– пункты без дополнительного путевого развития (путевые посты, проходные светофоры при автоблокировке);
– пункты с дополнительным путевым развитием (станции, обгонные пункты и разъезды).
Разъезды – раздельные пункты с дополнительным путевым развитием, располагающиеся на однопутных линиях, имеющие путевое развитие для скрещения и обгона поездов.
Обгонными называются раздельные пункты на двухпутных линиях, имеющие путевое развитие для обгона одних поездов другими и допускающие в необходимых случаях перевод поезда с одного главного пути на другой.
Станция – это раздельный пункт, имеющий путевое развитие и предназначенный для приема, отправления, скрещения и обгона поездов, приема к перевозке, выдачи грузов, обслуживания пассажиров, а также для выполнения технических операций и операций подачи вагонов на железнодорожные пути необщего пользования предприятий. Характерной особенностью станции является наличие маневровой работы.
В зависимости от основного назначения и характера работы железнодорожные станции классифицируются на:
– промежуточные (в том числе обгонные пункты и разъезды);
– участковые;
– сортировочные;
– пассажирские;
– грузовые;
– специальные.
К специальным станциям относятся портовые и промышленные.
Промежуточные станции служат для скрещения и обгона поездов, посадки и высадки пассажиров, погрузки и выгрузки грузов и багажа, маневровых операций по отцепке вагонов от сборных поездов и прицепки к ним, обслуживания железнодорожных путей необщего пользования (при их наличии) и др.
Участковые станции предназначены в основном для смены локомотивов и бригад, технического обслуживания составов поездов, расформирования и формирования сборных и участковых поездов, выполнения пассажирских и грузовых операций (в большем объеме, чем на промежуточных станциях) и др.
Сортировочные станции сооружаются для массового расформирования поездов, формирования сквозных поездов, а также участковых, сборных и вывозных поездов, отправляемых на прилегающие участки, и передаточных поездов на другие станции узла.
Пассажирские станции устраиваются в крупных городах и предназначаются для обслуживания пассажиров, приема и выдачи багажа и почты. Операции по ремонту и экипировке пассажирских составов осуществляют в технических парках этих станций, а при значительном числе

7 пассажирских составов сооружают специальные пассажирские технические станции.
Грузовые станции, главная задача которых состоит в погрузке–выгрузке грузов и перегрузке их с одного вида транспорта на другой, подразделяются на станции общего пользования, станции, обслуживающие преимущественно предприятия и склады, и специальные грузовые станции (перегрузочные, портовые и нефтеналивные).
По расположению приемо-отправочных путей и парков станции классифицируются на:
продольные, полупродольные и поперечные.
Полная длина железнодорожных путей – расстояние между остряками ведущих на него стрелочных переводов, а тупикового пути – расстояние от остряка стрелки до упора.
Полезная длина железнодорожных путей – часть полной длины, на которой устанавливается подвижной состав, не нарушая безопасности движения и габарита соседнего пути. Полезная длина ограничивается предельными столбиками и маневровыми или выходными сигналами, упорами. Предельные столбики устанавливаются посередине междупутья в том месте, где расстояние между осями сходящихся железнодорожных путей составляет 4100 мм.
На сети железных дорог России установлены для путей приема- отправления грузовых поездов стандартные полезные длины 850, 1050 и 1250 метров.
Рис. 5 – Длины станционных путей

8 2. НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ
НА ПЕРЕГОНАХ
2.1. Продольный профиль пути на перегонах
На новых железнодорожных линиях руководящий уклон в грузовом направлении не должен превышать: 9 ‰ – на особогрузонапряженных линиях, 12 ‰ – на линиях I категории, 15 ‰ – на линиях II категории, 20 ‰
– на линиях III категории, 30 ‰ – на линиях IV категории. В трудных и особо трудных условиях* на подъездных путях IV категории допускается применять руководящий уклон до 40 ‰.
На новых скоростных магистральных линиях руководящий уклон не должен превышать 20 ‰.
Продольный профиль пути следует проектировать элементами возможно большей длины при наименьшей алгебраической разности уклонов смежных элементов. Длина элементов профиля, как правило, не должна быть менее половины полезной длины приемо-отправочных путей, принятой на перспективу.
Алгебраическая разность уклонов смежных элементов не должна превышать значений, указанных в числителе таблицы 2.1, а длина элементов профиля должна быть не менее значений, указанных в знаменателе.
Рис. 6 – Продольные силы, действующие на поезд

9
Таблица 2.1 – Нормативные длины и уклоны элементов профиля
Категория железнодоро жной линии, подъездного пути
Наибольшая алгебраическая разность уклонов смежных элементов профиля i
н
, ‰, (числитель)и наименьшая длина разделительных площадок и элементов переходной крутизны I
н
, м, (знаменатель) при полезной длине приемо-отправочных путей, м
850 1050 2·850 = 1700 2·1050 = 2100
Рекомендуемые нормы
Скоростная
6/250 4/300
—
—
Особогрузона пряженная
—
3/250 3/250 3/400
I
6/200 4/250 3/250 3/300
II
8/200 5/250 4/250 3/300
III
13/200 7/200 7/250 4/253
IV
13/200 3/200 3/250
—
Допускаемые нормы
Скоростная
10/250 9/300
—
—
Особогрузона пряженная
—
10/200 5/250 4/300
I
13/200 10/200 5/250 4/300
II
13/200 10/200 6/250 4/250
III
13/200 10/200 8/250 6/250
IV
20/200 10/200 10/200
—
Смежные элементы продольного профиля следует сопрягать в вертикальной плоскости кривыми радиусом R
в
, км:
20 – на скоростных линиях; 15 – на линиях I и II категорий, 10 – на особогрузонапряженных линиях и линиях III категории; 5 – на железных дорогах IV категории. При проектировании. дополнительных главных путей и усиления (реконструкции) существующих железных дорог в трудных условиях, а также подъездных путей допускается уменьшать радиусы вертикальных кривых до, км: 15 – на скоростных линиях; 10 – на линиях I и II категорий; 5 – на особогрузонапряженных линиях и линиях III категории; 3 – на железных дорогах IV категории.
При алгебраической разности уклонов смежных элементов менее 2,0
‰ при R
в
= 20 км; 2,3 ‰ при R
в
= 15 км; 2,8 ‰ при R
в
= 10 км; 4,0 ‰ при R
в
=
5 км и 5,2 ‰при R
в
= 3 км вертикальные кривые допускается не предусматривать.
Вертикальные кривые следует размещать вне переходных кривых, а также вне пролетных строений мостов и путепроводов с безбалластной проезжей частью. При этом наименьшее расстояние Т, м, от переломов продольного профиля до начала или конца переходных кривых и концов пролетных строений следует определять по формуле:
T R
i
=

в
 / ,
2

10 где i — алгебраическая разности уклонов на переломе профиля, ‰.
При проектировании внутристанционных соединительных и подъездных путей IV категории в трудных условиях допускается располагать переломы продольного профиля вне зависимости от размещения переходных кривых.
Продольный профиль в выемках длиной более 400 м и в выемках независимо от их длины, устраиваемых в вечномерзлых грунтах, следует проектировать уклонами одного направления, либо выпуклого очертания. При этом крутизну уклонов следует принимать не менее, соответственно, 2 и 4 ‰.
Продольный профиль железнодорожных линий в метелевых районах следует проектировать преимущественно в виде насыпей; высоту насыпи над уровнем расчетной толщины снежного покрова следует принимать не менее
0,7 м на однопутных и 1,0 м на двухпутных линиях. Продольный профиль пути на участках распространения подвижных песков следует проектировать преимущественно в виде насыпей высотой не менее 0,9 м, по возможности избегая выемок, предусматривая соответствующие меры закрепления песков.
При проектировании железных дорог в районах вечной мерзлоты следует:
– избегать выемок в пылеватых, илистых, переувлажненных и льдонасыщенных грунтах, не прорезать неустойчивые слои делювия на ко- согорах. При неизбежности устройства выемок следует стремиться к минимальной их глубине или расположению основной площадки земляного полотна в коренных породах;
– обеспечить необходимый уклон водоотводных сооружений (канав, кюветов и др.) соответствующим проектированием профиля и плана линии.
Бровка земляного полотна на подходах к водопропускным сооружениям через водотоки в пределах их разлива, при расположении железнодорожных линий вдоль водотоков, озер, водохранилищ, морей и бровка оградительных и водораздельных дамб должны возвышаться над наивысшим расчетным уров- нем воды при пропуске наибольшего паводка с учетом подпора, наката волны на откос, ветрового нагона, приливных и ледовых явлений не менее, чем на 0,5 м, а бровка незатопляемых регуляционных сооружений и берм – не менее, чем на 0,25 м.
Продольный профиль дополнительного главного пути, располагаемого на общем земляном полотне с существующим путем на прямых участках следует проектировать из условия обеспечения одинакового уровня головок рельсов обоих путей после капитального ремонта существующего пути. На участках пути в кривых на одном уровне должны быть головки внутренних рельсов.
Временная разность уровней головок рельсов не должна превышать 10 см, а в отдельных точках – 15 см. В местах, где исключена возможность заноса пути снегом или песком, временную разность уровней головок рельсов допускается в обоснованных случаях увеличивать до 25 см.