Проектирование участка новой железнодорожной линии с анализом овладения перевозками

1. Исходные данные

2. Описание области проектирования

3. Анализ геодезической линии

4. Проектирование плана трассы

5. Проектирование продольного профиля

6. Проектирование малых водопропускных сооружений

7. Определение капитальных вложений и эксплуатационных расходов

7.1. Капитальные вложения

7.2. Эксплуатационные расходы

8. Анализ овладения перевозками

Заключение

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Для обеспечения наилучших условий эксплуатации железных дорог проектирование должно опираться на достижения теории и практики в области организации движения поездов.

Проект новой железнодорожной линии - это комплекс экономических и технических документов, включающих описание, расчёты, чертежи и обоснование принятых решений по всем железнодорожным сооружени­ям и устройствам.

Железные дороги являются важным элементом единой транспортной системы страны. Они выполняют громадный объем перевозочной работы, обеспечивая надежные и экономичные транспортные связи между главными экономическими районами и центрами страны. На долю железных дорог приходится более половины общего грузооборота и более трети пассажирских перевозок. Поэтому их развитию придается большое значение.

Изыскания и проектирование железных дорог – область транспортной науки, изучающая методы инженерных изысканий для сбора и обработки информации о районе проектирования и разработки на ее основе комплексных научно обоснованных проектов строительства новых и реконструкции действующих железных дорог.

Предметом дисциплины изысканий и проектирования железных дорог является теория и практика разработки и принятия решений при выборе основных технических параметров проекта, проектировании всех постоянных сооружений и устройств новых и реконструкции действующих железных дорог с учетом перспектив роста перевозок.

Непреложное требование к проектному решению – гарантия безопасности движения по железной дороге. В проекте необходимо использовать достижения науки и техники, российского и зарубежного опыта с тем, чтобы строящаяся или реконструируемая железная дорога к моменту окончания работ соответствовала бы техническому уровню того времени. Проект должен предусматривать прогрессивные методы строительства, высокую степень его механизации и индустриализации и прогрессивные способы эксплуатации железной дороги при больших массах грузовых поездов и высоких скоростях движения грузовых и пассажирских поездов.

Главная цель данной курсовой работы – получить сведения о железной дороге как о сложной технической системе, познакомиться с ее функционированием, с развитием и современным состоянием теории и практики проектирования новых и реконструкции действующих железных дорог, изучить состав проекта и стадии его разработки, а также предъявляемые к проекту технические, экономические и экологические требования.

Разнообразие природных, экономических, технических и других факторов приводит к появлению вариантов, т.е. разных решений одной и той же задачи, удовлетворяющих поставленным требованиям, но различающихся размерами строительных и эксплуатационных затрат, сложностью и сроками строительства. В результате тщательного анализа вариантных решений должно быть найдено наилучшее, по которому и будет осуществлено строительство.

Проект должен обеспечивать высокие показатели процесса перевозок при их минимальной себестоимости, а также высокое качество сооружений и возможность завершения строительства в сжатые сроки при наименьших затратах. Особое внимание должно уделяться вопросам надежности, безопасности движения поездов и охраны окружающей среды. Нельзя забывать также и о том, что все устройства и сооружения будущей железной дороги будут находиться под открытым небом, и необходимо оградить их от неблагоприятных воздействий природных факторов.

Для обеспечения наилучших условий эксплуатации железной дороги проектирование должно опираться на достижения теории и практики в области организации движения поездов.

Составление проекта новой железнодорожной линии – сложное дело, требующее больших знаний, опыта, времени, усилий целого проектного коллектива. Поэтому выполнение задания требует не только знаний по отдельным разделам специального курса, но и необходимость творческого подхода к решению поставленных задач.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Проект участка новой линии предусматривает трассирование с целью отыскания такого положения линии, которое создаст наилучшие условия ее будущей эксплуатации. В данном случае трассирование выполняется по индивидуальной топографической карте местности, где обозначена станция А, от которой следует проектировать железнодорожную линию до станции В. Показан также район примерного расположения станции В. Карта выполнена в масштабе 1:50000, сечение горизонталей – 10м. Задана область проектирования – Амурская. Так как  участок проектируется под тепловозную тягу, то задан также тип тепловоза – 2ТЭ116. Заданный руководящий уклон равен 12. Тип почвы – супеси.

Трассирование участка железнодорожной линии предполагает предварительное изучение норм и технических условий проектирования новых железных дорог, а также определенных приемов трассирования по планам в горизонталях. Требования, которым должен удовлетворять план линии и продольный профиль, изложены в строительно-технических нормах – СТН Ц 01-95.

2. ОПИСАНИЕ ОБЛАСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Проектирование участка новой железнодорожной линии производится в Амурской области. Ее площадь составляет 363,7 тыс. км². Население 796 тыс. человек. Средняя плотность – 2,2 человека на км², в южной части около 6 человек на 1 км². Городское население составляет 63 %.

Большая часть территории гориста. Равнины, расположенные главным образом на юге области, занимают около 40 % всей территории. Между реками Амуром, Зеей, Селемджой и хребтом Турана лежит обширная Зейско-Буреинская равнина, севернее располагается Амурско-Зейское плато. На севере в горном районе расположена Верхнезейская равнина.

Горный район начинается цепью гольцовых хребтов: Янкан, Тукурингра, Соктахан, Джагды (высотой до 1400-1600 м). На севере по границе области протягивается Становой хребет; на востоке области хребты Джугдыр, Селемджинский, Ям-Алинь, Эзоп, Турана. На северо-западе области хребты: южный и северный Дырындинский, Чельбаус, Чернышёва, Джелтулинский Становик (высотой до 1582 м).

Важнейшие месторождения золота находятся главным образом в верхних течениях рек Зеи и Селемджи. Имеются минеральные источники.

Климат Амурской области находится под влиянием муссонов. Зима холодная, сухая, малоснежная, солнечная. Средняя температура от -24,3 на юге до -32,8°С на севере. Осадков мало, высота снежного покрова от 20 на юге до 35-40 см на севере. Лето жаркое на юге и дождливое на севере. Средняя температура от 21,4 на юге до 17,6°С на севере. Годовое количество осадков уменьшается от 800-900 мм на востоке до 456 мм на западе. Запасы гидроэнергоресурсов составляют 8671 кВт.

Почвы преобладают бурые лесные, значительная часть их оподзолена. На юге области чернозёмовидные почвы.

В Амурской области представлены подзоны тайги и смешанных лесов. Леса занимают 65 % территории области. В тайге господствует лиственница, в некоторых районах значительна примесь сосны; на востоке подзоны местами доминирует аямская ель и белокорая пихта. Распространены мари-болота, часто с лиственницей. В подзоне смешанных лесов преобладают монгольский дуб, сосна, даурская лиственница, в подлеске – разнолистная лещина; на востоке подзоны добавляются корейский кедр, амурский бархат, лианы (виноград, лимонник, актинидия). На горах – заросли кедрового стланика и горные тундры. Запасы древесины 2,3 млрд. м³.   

3. АНАЛИЗ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ ЛИНИИ

Начальная станция А, расположенная на берегу реки Горькая, вблизи населённого пункта Шолохово и находится на высоте 140 м, конечная станция В находится на высоте 340 м, которые соединены между собой. Это - геодезическая линия, которая станет единственным направлением будущей трассы в условиях отсутствия таких фиксированных точек, которые бы могли повлиять на ее положение. С целью изучения рельефа пересекаемой местности и выявления возможных препятствий между начальным и конечным пунктами, а также для приобретения навыков определения отметок земли и уклонов местности по планам в горизонталях, на миллиметровой бумаге в данной курсовой работе строим её продольный профиль. Горизонтальный масштаб карты 1:50000, вертикальный масштаб карты – 1:1000. Графы отметки характерных точек и средние естественные уклоны заполняем красной пастой, а графы отметки земли и ординаты – заполняем чёрной пастой. Отметки земли определяем для:

а) километровых отметок;

б) пересечений линии с горизонталями;

в) промежуточных точек;

Все отметки земли соединяем чёрной линией. Затем намечаем характерные точки (те точки, где происходит перелом продольного профиля), которые соединяем красной линией. Для каждого участка, соединяющего две характерные точки определяем средний естественный уклон по следующеё формуле

i_ср.ест. = (H₂-H₁)/L; (‰)                               (3.1)

где, L – длина участка;

(H₂ - H₁) – разность высот характерных точек на концах участка.

На основании формулы 3.1 определяем средние естественные уклоны

i_ср.ест.¹=(170-170)/1,75=0 (‰);

i_ср.ест.²=(155-170)/1,25=12 (‰);

i_ср.ест.³=(155-155)/0,5=0 (‰);

i_ср.ест.⁴=(203-155)/2,5=19,2 (‰);

i_ср.ест.⁵=(280-203)/2=38,5 (‰);

i_ср.ест⁶=(282-280)/1=2 (‰);

i_ср.ест⁷=(290-282)/0,45=17,8 (‰);

i_ср.ест.⁸=(240-290)/2,1=23,8 (‰);

i_ср.ест.⁹=(233-240)/1,45=4,9 (‰);

i_ср.ест.¹⁰=(250-233)/1,35=12,6 (‰);

i_ср.ест.¹¹=(300-250)/2,75=18,2 (‰);

i_ср.ест.¹²=(340-300)/1,9=21,1 (‰).

Сопоставляя полученные средние уклоны земли с заданным руководящим уклоном, проанализируем характер рельефа пересекаемой местности и выявляем участки, на которых потребуется отклонение трассы от кратчайшего направления за счет дополнительного развития. В данном варианте, на семи участках (4, 5, 7, 8, 10, 11, 12) средние естественные уклоны превышают руководящий уклон. Именно здесь будет отклонение трассы от кратчайшего направления.

Далее проводим анализ геодезической линии. Для этого определяем уклон трассирования по следующей формуле

i_тр.= i_р.-1; (‰)                                   (3.2)

где, i_тр – уклон трассирования;

i_р – руководящий уклон, равен 11(‰). 

На основании формулы 3.2 определяем уклон трассирования; так как для данного варианта руководящий уклон равен 12, уклон трассирования будет равен i_тр=12-1=11.

Участки, где i_ср.ест. ³ i_тр – это участки напряженного хода (такие, где трасса не может быть запроектирована по спрямленному направлению, так как поезд расчетной массы на этом участке будет испытывать недопустимое по условиям проектирования сопротивление от уклона, что приведет к нарушению бесперебойности движения поездов). Применение заданного руководящего уклона здесь невозможно из-за получения чрезмерных объемов земляных работ. Ось трассы смещаем в сторону более низких отметок земли, т.е. вниз по косогору.

После того, как удовлетворительное решение найдено, разбиваем километраж на карте и профиле. Длина участков определяется по формуле

L_тр^теор_.=(H₂-H₁)/i_тр; (м)                               (3.3)

На участках, где i_ср.ест< i_тр  будет вольный ход, т.е. на них нет значительных высотных препятствий, поэтому основным принципом трассирования является укладка трассы по кратчайшему направлению (по прямой). На вольных ходах длина трассы равна длине геодезической линии

L_тр^теор=L_г.л. ; (м)                               (3.4)

         На основании формулы 3.3 определяем длину участков

1) i=0 ‰ - вольный ход; L_тр^теор=1750 м;

2) i=12 ‰ – напряженный ход; L_тр^теор=1364 м;

3) i=0 ‰ - вольный ход; L_тр^теор=500 м;

4) i=19,2 ‰ - напряжённый ход; L_тр^теор=(203-155)/0,011=4364 м;

5) i=38,5 ‰ – напряжённый  ход; L_тр^теор=(280-203)/0,011=7000 м;

6) i=2 ‰ – вольный ход; L_тр^теор=1000 м;

7) i=17,8 ‰ – напряжённый ход; L_тр^теор=(290-282)/0,011=727 м;

8) i=23,8 ‰ - напряжённый ход; L_тр^теор=(240-290)/0,011=4546 м;

9) i=4,9 ‰ - вольный ход; L_тр^теор=1450 м;

10) i=12,6 ‰ - напряжённый ход; L_тр^теор=(250-233)/0,011=1546 м;

11) i=18,2 ‰ – напряжённый ход; L_тр^теор=(300-250)/0,011=4546 м;

12) i=21,1 ‰ – напряжённый ход; L_тр^теор=(340-300)/0,011=3636 м.

Общая длина трассы складывается из участков вольного и напряжённого ходов

åL_тр^теор=1750+1364+500+4364+7000+1000+727+4546+1450+1546+4546+3636=32429 (м).

Одним из главных показателей трассы является коэффициент ее развития, который определяется по следующей расчётной формуле

l_теор=åL_тр^теор/L_г.л.                                      (3.5)

На основании формулы 3.5 определяем коэффициент развития трассы

l_теор=32429/19000=1,7

Сопоставление коэффициента развития трассы с соотношением вольных и напряженных ходов позволяет судить о том, насколько удачно намечены руководящий уклон и направление данного варианта и какие целесообразно рассмотреть, решения для других вариантах трассы. Например, если коэффициент развития линии велик и при этом участки напряженного хода имеют большой удельный вес (более 50%), то с целью сокращения длины трассы необходимо рассмотреть вариант более крутого руководящего уклона. Наоборот, если при небольшом коэффициенте развития удельный вес участков напряженного хода невелик, то за счет увеличения протяженности напряженных ходов может быть применён более пологий руководящий уклон. В таком случае более пологий руководящий уклон не должен привести к существенному удлинению линии, а может лишь вызвать некоторое увеличение объемов строительных работ. Подобный вариант тем более конкурентоспособен, чем выше размеры движения на проектируемой линии.

Для данного варианта коэффициент развития трассы равен 1,7, но удельный вес напряженных участков велик, поэтому можно говорить об удачном выборе руководящего уклона и выборе направления.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАНА ТРАССЫ

План трассы – это проекция оси пути на горизонтальную плоскость, а элементами плана линии являются: прямые участки, круговые кривые и переходные кривые.

Трассирование представляет собой сложный процесс одновременного проектирования трассы в горизонтальной и вертикальной плоскости с учетом выполнения необходимых требований. Целью проектирования трассы является отыскание такого положения оси будущей линии, которое дает рациональное соотношение между длиной и объемами земляных работ. Анализ геодезической линии позволяет предположить, что трасса будет состоять из более сложных участков с уклонами местности, превышающими руководящий, и менее сложных, где уклоны местности меньше руководящего. 

На вольных ходах укладка трассы производится по кратчайшему направлению (по прямой) между фиксированными и опорными точками. Длина прямых участков достигает десятков и даже сотен километров. Иногда с целью уменьшения объема земляных работ прибегают на вольном ходу к обходу незначительных высотных препятствий, назначая углы поворота. Для того, чтобы обход встречающихся препятствий не приводил к существенному удлинению линии, углы поворота на вольных ходах  должны быть небольшой величины, как правило, не более 15-20°. Этого можно достичь, если начинать обход как можно дальше от препятствия. 

На участках напряженного хода применяется камеральное трассирование.

 Шаг трассирования – это расстояние в миллиметрах между двумя соседними горизонталями, соответствующее данному уклону трассирования, которое 

d=2Dh/i_тр; (мм)                                         (4.1)

где, Dh – сечение горизонталей.

Таким образом, на основании формулы 4.1 определяем шаг трассирования

d=20\11=18 (мм).

Переходя с горизонтали на горизонталь, этим шагом получаем точки «линии нулевых работ», которая так называется потому, что если по ней провести трассу, а затем уклоном трассирования нанести проектную линию, то в точках пересечения трассы и горизонталей можно получить «нулевые» земляные работы (уклон местности равен уклону проектной линии). Спуск продолжается до того места, где линия выходит на вольный ход, и отпадает необходимость в дальнейшем спуске. Для избежания чрезмерных объемов земляных работ и неоправданного удлинения линии при укладке трассы не допускается пропуск горизонталей, возврат на предыдущую горизонталь или шаги по одной и той же горизонтали, если выбрано направление на подъем или на спуск. Следует избегать также образования острых углов, исключающих возможность размещения круговых кривых.

Дальнейшее проектирование плана трассы на перегоне производится относительно “линии нулевых работ”, принимаемой за основу будущей трассы.

С позиций эксплуатации будущего плана надо стремиться к сокращению числа кривых. Поэтому целесообразно спрямление “линии нулевых работ”. При спрямлении увеличивается объем земляных работ. Поэтому спрямление “линии нулевых работ” должно производиться с минимальным отклонением от точек этой линии.

В углы поворота, полученные в результате спрямления необходимо вписать круговые кривые для плавного сопряжения прямых участков трассы.

К основным параметрам круговых кривых относят: a - угол поворота, равный углу между продолжением трассы и ее новым направлением; R – радиус; Т – тангенс кривой, равный расстоянию от вершины угла поворота (ВУ) до начала (НК) или конца (КК) круговой кривой; К – длина кривой; Б – биссектриса, определяемая длиной от вершины угла до середины кривой.

Таким образом, план линии будет состоять из прямолинейных отрезков и круговых кривых, применение которых ведет к снижению земляных работ.

Нормы проектирования плана принимаются в соответствии с СТН Ц, где приведены рекомендуемые и допускаемые значения радиусов в зависимости от категории дороги и условий проектирования.

В процессе трассирования по карте в горизонталях в местах сопряжения прямых участков подбираются кривые такого радиуса из числа принятых к проектированию стандартных радиусов, которые в масштабе карты наилучшим образом вписываются в точки “линии нулевых работ”.  При этом уменьшение радиуса способствует лучшему “вписыванию” трассы в рельеф местности, но приводит как к удлинению трассы, так и к ухудшению некоторых эксплуатационных показателей. В кривых малого радиуса (R<600м) снижается скорость движения поездов, увеличивается время хода, возрастают эксплуатационные расходы на содержание железнодорожного пути, исключается возможность укладки бесстыковой конструкции пути.

Проведенные к этим кривым касательные определяют положение прямых участков. Точки пересечения касательных образуют вершины углов поворотов (ВУП). Углы поворота кривых измеряются с помощью транспортира.

Для более точного определения точек начала (НК) и конца (КК) круговых кривых определяются параметры кривых.

Определяем длину кривой на основании следующей формулы

К=p*R*a/180°; (м)                                   (4.2)

где, R – радиус кривой (м);

α – угол поворота (град.);

К – длина круговой кривой (м).

На основании формулы 4.2 производим расчёт длины кривой

1) К=3,14*4000*18/180=1256 (м);

2) К=3,14*800*70/180=977 (м);

3) К=3,14*600*35/180=366 (м). Далее расчёт производится аналогично.

Определяем тангенс кривой по следующей формуле

Т=R*tg(a/2); (м)                                       (4.3)

где, Т – тангенс кривой (м).

Определяем тангенс кривой на основании формулы 4.3

1) Т=4000*tg18/2=634 (м);

2) Т=800*tg70/2=560 (м);

3) Т=600*tg35/2=189 (м). Далее расчёт производится аналогично.

Далее определяем начало кривой и конец кривой. Начало кривой определяем по следующей формуле

НК=ВУП-Т                                      (4.4)

где, НК – начало кривой;

ВУП – вершина угла поворота.

На основании формулы 4.4 рассчитываем начало кривой

1) НК=1750-634=1116 (м);

2) НК=4000-560=3440 (м);

3) НК=5800-560=5240 (м). Далее расчет производим аналогично.

Определяем конец кривой на основании следующей расчетной формулы

КК=НК+К                                   (4.5)

где, КК – конец кривой.

Находим конец кривой по формуле 4.5

1) КК=1116+1256=2372 (м);

2) КК=3440+976=4416 (м);

3) КК=5240+976=6216 (м). Далее расчёт производим аналогично.

Точки начала и конца круговых кривых фиксируем на плане трассы, откладывая тангенсы в масштабе карты в обе стороны от вершин углов поворотов.

Проектируя смежные круговые кривые, т.е. две соседние кривые, расположенные на минимально возможном сближении, необходимо контролировать длины прямых вставок между ними. Прямая вставка (Д) – это расстояние между точками начал переходных кривых, которая определяется на основании следующей расчетной формулы

D=НК₂-КК₁; (м)                                  (4.6)

где, D – прямая вставка.

Прямая вставка определяется на основании следующей формулы 4.6

1) D=3440-2372=1068 (м);

2) D= 5240-4415=825 (м);

3) D=7038-6216=822 (м). Далее расчёт производится аналогично.

Вычисленные параметры круговых кривых заносим в таблицу №1 “Ведомость элементов плана линии”.

Ведомость элементов плана линии

Таблица №1