Основы выбора направления проектируемой дороги

Геодезическая линия. Одним из основных показателей различных вариантов трассы проектируемой железной дороги является ее длина в сравнении с кратчайшим расстоянием между установленными заданием начальным и конечным пунктами, а в ряде случаев — и промежуточными пунктами захода. Кратчайшее расстояние между двумя точками на земной поверхности называют геодезической линией. Отношение фактической протяженности трассы к длине геодезической линии называется коэффициентом развития трассы.

Геодезическая линия с учетом сферичности земли представляет собой дугу “большого круга”, получаемую в пересечении поверхности земного геоида плоскостью, проходящей через две данные точки и центр земли. Как показали исследования Б.Н. Веденисова , при проектировании дорог широтного направления протяженностью более 150—200 км геодезическую линию следует определять по координатам отдельных ее точек, вычисляемых по формулам сферической тригонометрии. Нанесенная на карту геодезическая линия в виде кривой кажется длиннее прямой, соединяющей две данные точки, хотя в действительности геодезическая линия короче (для дорог меридианного направления при определении геодезической линии влияние сферичности земли сказывается в меньшей мере).

Длина прямой линии на карте от Санкт-Петербурга до Владивостока составляет около 6800 км, а по вычисленному кратчайшему направлению — 6535 км. Прямая на карте в середине линии отходит от кратчайшего направления, нанесенного по координатам и проходящего севернее прямой линии, почти на 140 км (рис. 4.1).

Б.Н. Веденисов, рассматривая проложенную в широтном направлении железную дорогу Саратов (ст. Анисовка) Уральск протяженностью 412 км с веткой от Ершова на север к Пугачевску (94 км) (рис. 4.2), установил, что геодезическая линия, нанесенная по координатам между опорными точками, проходит севернее построенной дороги. Если бы это учли при прокладке дороги, то ветка к Пугачевску была бы на 24 км короче, а сама дорога Анисовка — Уральск могла бы сократиться примерно на 30 км, т. е. общее сокращение строительной длины превысило бы 10%. Факторы, определяющие выбор направления железной дороги. На выбор направления дороги влияют транспортноэкономические, природные и технические факторы. К первым относят: назначение проектируемой железнодорожной линии, т.е. требование обеспечения определенных транспортноэкономических связей, характер и размеры предстоящих перевозок, положение крупных населенных пунктов и экономических центров в районе проектирования; ко вторым — топографические, инженерногеологические, мерзлотные, сейсмические, гидрографические и другие природные условия района проектируемой дороги, а также природоохранные требования; к третьим — технические параметры проектируемой железной дороги.

Экономические условия определяют опорные пункты трассы, т.е. те экономические центры района, через которые должна пройти проектируемая дорога. Если основное ее назначение — обеспечение межрайонных связей и освоение больших размеров транзитных перевозок, то такую дорогу целесообразно проектировать по наиболее спрямленному направлению между начальным и конечным пунктами. Опорными пунктами в этом случае могут быть лишь те экономические центры, заход в которые не требует значительного отклонения трассы от кратчайшего направления между начальным и конечным пунктами.

При проектировании первой в России магистральной железной дороги Петербург — Москва определились два промежуточных опорных пункта' г. Новгород и Вышний Волочек с пристанью Вышневолоцкой водной системы. Второй пункт располагался близко к геодезической линии, соединяющей начальный и конечный пункты дороги, заход же трассы в Новгород требовал существенного удлинения линии. Обосновывая целесообразность прямого направления дороги, минуя Новгород, что давало сокращение длины трассы более чем на 30 км, т.е. на 5% всего протяжения линии, один из авторов проекта П.П. Мельников подчеркивал важное государственное назначение дороги, соединяющей две столицы — центр страны с главным портом. Как известно, в 1851 г. дорога была построена по прямому направлению, ее протяженность составила 645' км, в то время как длина геодезической линии равна 638 км, т.е. коэффициент развития составил всего 1%. Впоследствии к Новгороду была сооружена ветвь от ст. Чудово.

Если же основное назначение проектируемой дороги — обеспечить транспортные нужды местного района, то в этих условиях опорными пунктами проектируемой линии могут быть даже те экономические центры района проектирования, заход в которые требует значительного отклонения линии от кратчайшего направления.

Так, коэффициент развития трассы железной дороги Марабда — Ахалкалаки в южной Грузии, строившейся как линия местного значения, достигал 1,45.

На выбор направления железной дороги влияют и такие транспортноэкономические факторы как близость к трассе автомобильных дорог и водных путей сообщения, которые могут быть использованы для доставки строительных грузов, наличие в районе прохождения дороги месторождений камня, дренирующих грунтов и других строительных материалов, а также трудовых ресурсов. Прокладка дороги в одной полосе с другими коммуникациями, как правило, позволяет уменьшить строительные затраты и будущие расходы по эксплуатации проектируемой линии и одновременно сокращает площадь отчуждаемых земель.

Природные факторы определяются различными препятствиями по направлению геодезической линии между опорными пунктами. Эти препятствия могут быть естественного характера, а также вызваны хозяйственной деятельностью человека. Различают контурные и высотные препятствия. К контурным препятствиям относятся реки, озера, водохранилища, населенные пункты, заповедники, горные выработки, сельскохозяйственные угодья, занятые особо ценными культурами, а также зоны, неблагоприятные в инженерногеологическом отношении: заболоченные участки, неустойчивые овраги, закарстованные зоны, оползневые участки, лавиноопасные В 1881 г. в связи с заменой Веребьинского деревянного моста был устроен постоянный обход и протяженность магистрали составила 650 км. В настоящее время сооружен спрямляющий участок дороги с целью ликвидации обхода места, конусы выноса селевых потоков и т.п. Высотные препятствия это горные хребты, высокие водоразделы, отдельные возвышенности, ущелья, крутые обрывистые берега рек (прижимы).

Контурные или высотные препятствия вызывают необходимость отклонения проектируемой дороги от геодезической линии с целью обхода этих препятствий, либо для пересечения их в наиболее благоприятном месте.

Точки на местности, определяющие целесообразное прохождение проектируемой железной дороги при обходе или пересечении контурных и высотных препятствий, называют фиксированными точками трассы. Фиксированными точками могут быть седла пересекаемых водоразделов (перевалы в горных условиях), наиболее удобные места пересечений рек, пересечений или обходов других водных препятствий. Фиксированные точки определяют также места обхода населенных пунктов, заповедников, горных выработок.

Варианты направления Кавказской перевальной железной дороги, которая в течение многих лет проектировалась для соединения кратчайшим путем Закавказья с Северным Кавказом , определялись фиксированными точками пересечения Главного Кавказского хребта (перевалами: Архотским, Квенамтским, Магским) (рис. 4.3). На этой линии фиксированные точки определяли и положение начального и конечного опорных пунктов дороги (раз. Долаково вблизи Владикавказа или ст. Алагир на севере и соответственно ст. Мцхета или ст. Цхинвали на юге).

К техническим факторам, которые оказывают определенное влияние на выбор направления железной дороги, относятся намечаемые технические параметры проектируемой линии. Чем больше строительная стоимость каждого километра дороги, тем важнее сократить ее длину. Поэтому двухпутную железную дорогу, у которой велика стоимость верхнего строения пути, а также железную дорогу с электрической тягой, которая характеризуется значительными затратами на устройства тягового электроснабжения, может быть целесообразно проложить по возможно более короткому направлению.

С учетом опорных пунктов и фиксированных точек определяют варианты направления проектируемой линии.

Рассмотрим варианты направления дороги А — Б (рис. 4.4). На основании данных экономических изысканий, кроме начального и конечного пунктов, установлен промежуточный пункт захода В (опорный пункт трассы). На пересечении водораздела определены пониженные места седла а и б, на пересечении реки пункты в и г, а при обходе заповедника пункты д и е (фиксированные точки). Комбинации опорных пунктов и фиксированных точек позволили наметить два варианта направления дороги. Северный — АВавдБ и Южный — АВбгеБ. Если железная дорога А — Б — транзитная линия с большими расчетными размерами перевозок, то целесообразно также рассмотреть подвариант направления АбгеБ с ветвью к пункту В.

Для предварительной оценки намеченных вариантов направления проектируемой железной дороги используются следующие показатели по каждому из вариантов:

Оценку различных вариантов направления проектируемой железной дороги следует производить по совокупности указанных показателей. Так, более короткое направление, но характеризуемое более крутыми уклонами местности, потребует применения более крутого руководящего уклона проектируемой линии, что может привести к увеличению расходов по движению поездов по сравнению с вариантом более длинным, но с более пологими уклонами. Вариант более короткий, но с большей суммой преодолеваемых высот, также может оказаться по эксплуатационным показателям хуже, чем вариант более длинный, но с меньшими преодолеваемыми высотами. В то же время строительная стоимость более коротких вариантов (если они не предусматривают возведение тоннелей или других капиталоемких сооружений) в большинстве случаев оказывается меньше, чем стоимость вариантов большей длины.

Анализ показателей намеченных направлений позволит отклонить заведомо нецелесообразные варианты, например, более длинные и при этом с большей суммой преодолеваемых высот или с более крутыми уклонами местности, а также не имеющие преимуществ по другим показателям. Выявленные конкурентоспособные варианты подлежат трассированию дороги по этим направлениям с целью подробного их сравнения (см. гл. 6).

Изыскания и проектирование железных дорог. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. - 288 с..