Продольный профиль и план высокоскоростных магистралей

В предыдущих пунктах данной главы рассмотрены требования и соответствующие нормы проектирования железных дорог, на которых максимальные скорости движения пассажирских поездов не превышают 160 км/ч (линии I и II категорий) и 200 км/ч (скоростные магистрали). Согласно Строительнотехническим нормам СТН Ц0195 проектирование магистралей, на которых предусматривается движение пассажирских поездов со скоростями более 200 км/ч (высокоскоростные магистрали — ВСМ) должно выполняться по специальным нормам. В соответствии с государственной научнотехнической программой “Высокоскоростной экологически чистый транспорт” (см. п. 2.7) в России разработаны нормы проектирования высокоскоростных магистралей, предназначенных для движения пассажирских поездов со скоростями до 300—350 км/ч. При разработке этих норм наряду с результатами выполненных теоретических и экспериментальных исследований учитывался опыт проектирования и строительства таких магистралей в ряде зарубежных стран.

Нормы проектирования высокоскоростных магистралей за рубежом. План трассы высокоскоростных зарубежных железных дорог характеризуется радиусами кривых 4000—6000 м и более. На строящейся высокоскоростной магистрали на Тайване, а также в проекте новой железной дороги TGV Est (из Парижа к Реймсу и далее в направлении к Страсбургу и Германии) наименьшие радиусы кривых приняты 6250 м, в исключительных случаях в проекте последней допускается радиус 5556 м (указанные некратные сотням значения радиусов соответствуют целым в миллиметрах значениям стрел при 20метровой хорде: 8 мм при радиусе кривой 6250 м и 9 мм при радиусе 5556 м, что облегчает содержание пути). На строящейся в Испании железной дороге Мадрид Барселона, где предусматривается максимальная в эксплуатации скорость движения поездов 350 км/ч, наименьший радиус кривых — 6615 м.

Длина переходных кривых (клотоиды) достигает 300 м при уклоне прямолинейного отвода возвышения наружного рельса в пределах 0,0005— 0,0006, наибольшая величина возвышения наружного рельса 150—180 мм, длина прямых вставок между кривыми составляет 200—300 м. Расстояние между осями путей равно 4500 мм на TGV Nord и 4800 мм на TGV Mediterranee (линия на юг Франции к Марселю).

Максимальный уклон продольного профиля ВСМ на разных железных дорогах различается в зависимости от топографических условий местности и составляет от 12—15 %о до 21 %о в проекте линии Рим — Неаполь, 35 %о на отдельных участках трассы Париж — Лион и на строящейся линии на Тайване, а также в проекте магистрали TGV Est. Наибольший уклон 40 %с принят на железной дороге Кёльн — ФранкфуртнаМайне в Германии.

Радиусы вертикальных кривых на переломах профиля составляют 25— 40 км.

Нормы проектирования высокоскоростных магистралей в России. Для составления Техникоэкономического обоснования (ТЭО) строительства высокоскоростной магистрали СанктПетербург — Москва, предназначенной для движения поездов со скоростями до 350 км/ч, разработаны нормы проектирования постоянных сооружений этой магистрали, утвержденные МПС России в 1991 г. Ниже приведены нормы проектирования плана и профиля ВСМ СанктПетербург Москва.

План трассы высокоскоростных магистралей. Во ВНИИЖТе МПС были выполнены исследования взаимодействия подвижного состава и пути в прямых участках и кривых различного радиуса при скоростях до 300 км/ч*. Исследования проведены применительно к скоростному восьмиосному локомотиву с экипажной частью из двух четырехосных тележек. Анализ результатов расчета направляющих сил в кривых радиусом 40007000 м, боковых сил и сил трения между колесами и рельсами, а также величины поперечных отжатий головки рельса в кривых определил целесообразность принятия на высокоскоростных магистралях кривых радиусом 7000 м.

На высокоскоростных магистралях, специализированных для пассажирского движения, радиусы кривых в плане и возвышение наружного рельса в кривых должны обеспечивать комфортные условия поездки при установленных максимальных скоростях движения поездов. Как указано в п. 3.2, при скоростях движения свыше 200 км/ч значение непогашенного поперечного ускорения в поездах ограничивается в размере 0,4 м/с , соответственно при расчете возвышения наружного рельса в кривой недостаток возвышения принимается Ah = 65 мм.

Используя зависимость (3.1) можно установить, каким должен быть радиус кривых, чтобы при максимальном возвышении наружного рельса h = = 150 мм и наибольшем допускаемом недостатке возвышения Ah кривые обеспечивали предусмотренную на высокоскоростной магистрали максимальную скорость движения поездов:

С учетом в перспективе максимальной скорости движения поездов на высокоскоростных магистралях на уровне 350 км/ч, а также с учетом взаимодействия экипажа и пути в кривых, нормами проектирования ВСМ установлено значение радиуса кривых равное 7000 м. В трудных условиях при соответствующем техникоэкономическом обосновании предусмотрена возможность уменьшения радиуса кривых, но не менее чем до 4000 м (при этом радиусе vmax = 260 км/ч).

Длины переходных кривых определяют в соответствии с зависимостями (3.6) и (3.7) (см. п. 3.3). Значение вертикальной составляющей скорости подъема колеса на возвышение наружного рельса в пределах переходной кривой dh/dt принимают равным 42 мм/с (0,15 км/ч). При этом длины переходных кривых /, м, рассчитывают по формуле

При скорости v = 225 км/ч уклон отвода возвышения наружного рельса [см. формулу (3.7)] / = 0,15/225 = 0,00067 Такой уклон отвода возвышения принят нормами проектирования в качестве наибольшего на высокоскоростных магистралях. Поэтому при максимальной скорости менее 225 км/ч длина переходной кривой [см. формулу (3.6)].

Прямые вставки между смежными кривыми на высокоскоростных магистралях устраивают возможно большей длины. При максимальных 3015350 км/ч длину прямой вставки между начальными точками переходных кривых принимают не менее 800 м, а при vmax = = 200i300 км/ч — не менее 600 м. Только в трудных условиях при соответствующем техникоэкономическом обосновании допускается уменьшение прямой вставки при скоростях 301—350 км/ч до 700 м.

Расстояние между осями главных путей на перегонах и на станциях принято равным 4500 мм.

Продольный профиль высокоскоростных магистралей. При обосновании наибольшего уклона продольного профиля высокоскоростных магистралей было проведено экспериментальное проектирование участка трассы ВСМ Центр — Юг протяженностью около 700 км, при котором варьировалась крутизна наибольшего уклона продольного профиля пути imM от 12 до 30 %о. Использование более крутого уклона профиля привело к соответствующему уменьшению объема земляных работ и водопропускных сооружений (мостов и труб), в результате чего строительная стоимость магистрали К сократилась (рис. 3.33), однако увеличение уклона продольного профиля свыше 22—24 %о уже не дало ощутимого удешевления строительства. В отсутствие на трассе затяжных ограничивающих уклонов эксплуатационные показатели (время хода поездов, расход электроэнергии на тягу) в вариантах более крутого уклона профиля возросли незначительно (менее чем на 1%), что является следствием указанной в п. 2.7 большой удельной мощности тяговых средств. Поэтому нормами проектирования ВСМ наибольший уклон продольного профиля пути установлен в размере 24 %о, а в особо трудных условиях при соответствующем техникоэкономическом обосновании он может быть увеличен до 35 %о (такой уклон может потребоваться лишь при пересечении трассой значительных высотных препятствий).

Для создания комфортабельных условий поездки в высокоскоростном поезде необходимо, наряду с указанным выше ограничением непогашенного поперечного ускорения, обеспечить величину продольных ускорений, возникающих при движении поезда по переломам продольного профиля пути, на уровне не более 3—5 м/с2. Этому условию с учетом массы высокоскоростных поездов и максимальной скорости движения 300—350 км/ч соответствуют наибольшие значения алгебраической разности уклонов смежных элементов на переломах профиля Д/н, равные 6 %о (рекомендуемая норма) и 10 %о (допускаемая норма). Как указано в п. 3.6, рекомендуемую норму следует применять на участках пути, где возможно регулировочное торможение поездов, а допускаемую норму можно использовать на других участках пути.

С учетом указанных значений Д/н установлено значение наименьшей длины разделительных площадок и элементов переходной крутизны /н, которая принята равной 350 м

При разности уклонов смежных элементов менее Ддлина элементов может быть пропорционально уменьшена согласно формуле (3.39). Наименьшая длина элемента принимается 25 м.

Радиусы вертикальных кривых сопрягающих смежные элементы на переломах профиля, установлены, исходя из допускаемого вертикального ускорения адог| = 0,3 м/с2 на выпуклых переломах профиля и адоп = 0,4 м/с2 на вогнутых переломах. Эти значения приняты из анализа влияния вертикальных ускорений на самочувствие пассажира в поезде, причем установлено, что легче воспринимаются ускорения, совпадающие по направлению с гравитацией, т.е. на вогнутых переломах профиля

В соответствии с указанными значениями адоп определены радиусы вертикальных кривых, м, с учетом в перспективе максимальной скорости движения поездов vmax = 350 км/ч'

На выпуклых переломах профиля Лв = 30000 м, а на вогнутых переломах RB = 25000 м. На участках пути, где максимальные скорости движения поездов будут менее 350 км/ч, допускается пропорциональное уменьшение радиусов вертикальных кривых в соответствии с указанной зависимостью, но не менее чем до 15000 м. При алгебраической разности уклонов смежных элементов менее 1,6 %о на выпуклых переломах и менее 1,8 %о на вогнутых переломах профиля вертикальные кривые могут не устраиваться, поскольку в этих случаях биссектриса вертикальной кривой составляет менее 1 см (см. п. 3.6).

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