Проектирование реконструкции плана существующих линий. План дополнительного главного пути
Основные цели реконструкции и нормы проектирования. При сооружении дополнительного главного пути на общем земляном полотне с существующим положение оси дополнительного пути в плане определяется расстоянием от оси существующего пути (значением междупутья). Поэтому на участках, где план существующего пути не удовлетворяет требованиям Строительно-технических норм, сначала проектируют его реконструкцию, а затем — план дополнительного пути.
Основными целями реконструкции плана существующих железных дорог являются: ликвидация нарушения геометрически правильного очертания плана пути, вызванного воздействием подвижного состава; приведение параметров плана (радиусов кривых, длин переходных кривых и прямых вставок между смежными кривыми) в соответствие с современными нормами проектирования; смещение оси пути в плане, вызванное реконструкцией поперечных профилей (см. п. 7.6). Согласно Строительнотехническим нормам СТН Ц-01-95 целесообразность переустройства существующих кривых, ограничивающих намечаемые скорости движения поездов, должна быть технико-экономически обоснована.
При проектировании плана дополнительного главного пути решаются задачи расчета уширения междупутья в кривых, переключения сторонности дополнительного пути и др.
Реконструкцию плана существующих линий и план дополнительного пути проектируют по нормам новых железных дорог соответствующих категорий, но в трудных условиях для сохранения существующего земляного полотна и искусственных сооружений разрешается применять более льготные нормы. Так, при выправке кривых существующего пути в трудных условиях можно в пределах одной кривой сохранять радиусы различных значений при длине участков одинаковой кривизны не менее 300 м и в исключительных случаях — не менее 200 м (круговые кривые разных радиусов сопрягаются промежуточной переходной кривой).
При реконструкции существующих железных дорог и проектировании дополнительных главных путей допускается при соответствующем технико-экономическом обосновании предусматривать сопряжение смежных кривых, направленных в разные стороны, без прямых вставок между переходными кривыми.
Методики проектирования реконструкции плана линии. Проектирование реконструкции плана существующих железных дорог и проектирование плана дополнительных главных путей осуществляется точным и приближенным методами.
Точный метод основан на применении формул тригонометрии и аналитической геометрии. Расчеты плана этим методом выполняют в прямоугольной системе координат. План существующего пути представляется в виде разомкнутого многоугольника и описывается координатами его вершин х, и у,, план проектируемого пути описывается уравнениями геометрических линий — прямых, дуг окружностей (круговые кривые), радиоидаль- ных спиралей (переходные кривые). Точный метод расчета плана относительно трудоемок и применяется главным образом при автоматизированном проектировании реконструкции плана железных дорог.
Приближенный метод расчета связан с понятием эвольвенты. Графическая модель плана в этом методе может быть представлена в виде угловой диаграммы. Угловой диаграммой называется график зависимости угла поворота ф от длины кривой К (рис. 7.19).
Покажем возможность использования угловой диаграммы для определения сдвигов с целью выправки сбитой кривой.
Второе свойство — площадь, ограниченная угловой диаграммой и осью абсцисс от начала кривой до данной точки, численно равна длине эвольвенты в этой точке. Эвольвентой называется длина дуги аа' (рис. 7.20,я), которую опишет конец нерастяжимой нити, натянутой на окружность Аа и закрепленной в точке А, при выпрямлении нити.
По теории эвольвент длина эвольвенты круговой кривой
На втором свойстве угловых диаграмм основан способ определения сдвигов для выправки сбитых кривых. На рис. 7.21, а показаны существующая кривая 1 и намеченное положение ее при выправке 2, а на рис. 7.21,6 — угловые диаграммы этих кривых. Сдвиги, необходимые для смещения существующей кривой в проектное положение, определяются как разности эвольвент существующей и проектной кривых в ряде точек, отстоящих достаточно близко одна от другой (см. рис. 7.21,а).
Основываясь на свойстве угловых диаграмм, разности эвольвент определяют как разности площадей угловых диаграмм существующей и проектной кривых. Так, сдвиг в точке а (см. рис. 7.21,а) для смещения кривой из точки а' в точку а" равен разности эвольвент а'а существующей кривой и а"а проектной кривой и выражается заштрихованной площадью на угловых диаграммах (см. рис. 7.21,6). В точке 6, где угловые диаграммы пересекаются, сдвиг наибольший, так как справа от точки б разность площадей угловых диаграмм существующей и проектной кривых (вычисленных от начала кривой) становится меньше. В точке в, где площади угловых диаграмм существующей и проектной кривых равны, сдвиг равен нулю.
До точки в плошадь угловой диаграммы существующей кривой сос больше площади угловой диаграммы проектной кривой со,,,, и сдвиги направлены наружу кривой (в направлении от центра кривой), т.е. влево — в сторону, противоположную направлению кривой (на рис. 7.21 изображена кривая с поворотом вправо). Правее точки в площадь сос становится меньше площади а)„р и сдвиги направлены внутрь кривой, т.е. вправо (теперь они совпадают с направлением кривой). Если вычислять сдвиги как разность Д = Шпр — <ос, то положительные сдвиги направлены внутрь, а отрицательные — наружу кривой.
Расчет выправки сбитой кривой. Проектирование выправки кривой методом угловых диаграмм начинается с построения угловой диаграммы существующей кривой. Для построения угловой диаграммы необходимо определить углы фрш, образуемые касательными к точкам кривой (обычно через 20 м) с начальной касательной (см. рис. 7.19). Эти углы вычисляют по данным полевой съемки кривой.
В процессе съемки кривой теодолитом, устанавливаемым через каждые 60—100 м по оси пути (в точках /, II, III и т.д. на рис. 7.22,а), измеряют углы поворота: а, — между начальной касательной и лучом визирования / — II, а2 - между лучами / — II и II — III и т.д. Одновременно тем же теодолитом при помощи горизонтально положенной на рельсы рейки через каждые 20 м (эти точки кривой соединяют так называемыми хордочками- двадцатками) определяют стрелы прогиба f, /2, /3, ... от луча визирования до дуги (рис. 7.23).
При расчете кривых методом угловых диаграмм обработка данных полевых измерений состоит в следующем:
1) определяют углы между лучами визирования и начальной касательной (см. рис. 7.22):
2) вычисляют синусы углов у между хордочками-двадцатками и лучом визирования (см. рис. 7.22,6):
Ввиду малости углов у (не более 4—5°) с достаточной для расчетов точностью можно принять синус угла равным его радианной мере. Тогда
3) вычисляют углы фри между хордочками-двадцатками и начальной касательной как разность между соответствующим углом (3, переведенным в радианную меру, и углом
Полученные углы равны искомым углам между начальной касательной и касательной к кривой в середине каждой двадцатки. По этим данным строится угловая диаграмма существующей кривой.
При построении угловой диаграммы проектной кривой необходимо сохранить неизменным суммарный угол поворота кривой а (см. рис. 7.21) и обеспечить в конце участка съемки кривой (точка Б на рис. 7.21) сдвиг, равный нулю. Для того чтобы сдвиг в точке Б был равен нулю, необходимо, чтобы в этой точке площадь угловой диаграммы проектной кривой П„р была равна площади угловой диаграммы существующей кривой ?\, а для этого, в свою очередь, необходимо, чтобы середина проектной кривой заняла на угловой диаграмме строго фиксированное положение.
Абсциссу Хск точки СК найдем из следующих соображений. Проведем угловую диаграмму проектной кривой (линия ВГ на рис. 7.24,6). Площадь угловой диаграммы проектной кривой от ее начала до точки Б равна площади трапеции ВГДБ. Поскольку площадь трапеции есть произведение средней линии и высоты, а точка СК лежит на уровне средней линии, то, следовательно,
Через точку СК может быть проведено большое количество угловых диаграмм проектных кривых (соответствующих кривым разных радиусов). Необходимо подобрать такую проектную кривую, которая, удовлетворяя указанным условиям, вместе с тем обеспечит либо достижение наименьших сдвигов, хотя и двусторонних (так обычно поступают при реконструкции однопутной линии), либо нулевые сдвиги в отдельных точках кривой (например, в местах размещения искусственных сооружений). При проектировании реконструкции плана в связи с предстоящим строительством дополнительного главного пути следует стремиться к односторонним сдвигам, направленным в сторону проектируемого пути, с тем, чтобы избежать двусторонних присыпок к земляному полотну существующего пути.
Определив сдвиги в контрольных точках, при необходимости изменяют принятый радиус кривой и таким образом последовательно приближаются к наиболее целесообразному значению радиуса проектной кривой. При этом учитывают, что устройство переходной кривой вызывает смещение круговой кривой к центру (рис. 7.25). В пределах сдвинутой круговой кривой, т.е. между концами переходных кривых, это смещение
Так как смещения от переходной кривой всегда направлены внутрь кривой, т.е. положительны, учет переходной кривой приводит к увеличению положительных сдвигов и к уменьшению отрицательных. Некоторые сдвиги могут изменить направление с отрицательного на положительное. Общая формула окончательных сдвигов
В более сложных случаях реконструкции плана линии, в частности, когда необходимо выправить составную кривую (состоящую из нескольких кривых разного радиуса), метод угловых диаграмм оказывается весьма трудоемким, так как требует многократных попыток и не всегда позволяет добиться хорошего результата. В этих случаях может быть применен метод корректирующих парабол (утрированного плана). Этот метод основан на построении графика сдвигов, вычисленных при первой попытке подбора проектного радиуса по угловой диаграмме. Используя график сдвигов, с помощью комплекта лекал сразу подбирают окончательное положение проектной круговой кривой вместе с переходными .
В настоящее время большинство задач реконструкции плана железных дорог решается в процессе автоматизированного проектирования с использованием программных комплексов, разработанных в ряде проектных, научно-исследовательских и учебных институтов .
Расчет изменения междупутья на прямой. На подходах к станциям, большим и средним мостам возникает необходимость увеличения междупутья. Как следует из рассмотрения поперечных профилей земляного полотна, временное уширение междупутья требуется при поперечниках второй и третьей групп.
Изыскания и проектирование железных дорог. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. - 288 с..
