На раздельных пунктах, кроме главных путей, укладывают станционные, число которых может быть большим, в связи с чем поперечные профили земляного полотна на них существенно отличаются от поперечных профилей на перегонах.
Земляное полотно на станциях, разъездах, обгонных пунктах проектируют на основе топографических и инженерно-геологических изысканий, учитывая метеорологические особенности района. Особое внимание при этом обращают на степень заносимости путей снегом или подвижным песком (силы и направления ветров по отношению к продольной оси станции, продольный профиль земляного полотна, число путей, наличие сооружений и другое). Станционные площадки стремятся размещать на прямой в направлении господствующих метелеобразующих ветров или близком к нему насыпями расчетной высоты; на участках распространения подвижных песков высота насыпи должна быть более 0,9 м. Располагать станционные площадки в выемках (и особенно в выемках на кривых) крайне нежелательно. Если же избежать этого невозможно, то предусматривают надежные снегозащитные устройства. Выбирая место расположения станционной площадки, необходимо всемерно использовать для ее ограждения от снежных, песчаных и земляных заносов естественные условия (лесные массивы, рельеф местности), а также предусмотреть механизированные средства снегоочистки путей и стрелочных переводов.
Ширина земляного полотна на раздельных пунктах определяется проектом в зависимости от числа путей и расстояний между смежными путями. Расстояние от крайнего станционного пути до бровки основной площадки земляного полотна принимают равным не менее половины ширины основной площадки на однопутном участке, а на стрелочных улицах и вытяжных путях не менее 3,25 м.
Поперечное очертание верха земляного полотна на раздельных пунктах в зависимости от числа путей, типа станций, рода грунта и климатических условий принимают (рис. 8): для разъездов, обгонных пунктов и промежуточных станций обычно односкатным, больших парков станционных путей – двускатным, а крупных станций, где требуется развитая система водосборно-водоотводных устройств, – пилообразным.
Рис. 8 – Поперечные профили земляного полотна станционных площадок: а – двускатный; б – пилообразный; в – двускатный при устройстве пассажирских платформ на промежуточной станции
Особое внимание при проектировании новых и переустройстве существующих станций, разъездов и обгонных пунктов обращают на надежный отвод воды с поверхности пути у централизованных стрелок, оборудованных электроприводами, вагонных замедлителей и всех устройств (расположенных на уровне и ниже поверхности земли), связанных с сигнализацией, автоматической блокировкой. Для этого в пределах станционной площадки проектируют поперечный и продольный водоотводы. Поперечный поверхностный водоотвод от балластной призмы обеспечивают, придавая земляному полотну и поверхности балласта поперечный уклон в направлении к кюветам, канавам, дренажу или лоткам продольного водоотвода. В качестве продольного водоотвода, как правило, предусматривают канавы и лотки, закрытые в междупутьях, в местах перехода людей, а также на территориях депо и мастерских. Для приема, отвода и очистки бытовых и производственных вод на крупных станциях устраивают подземную канализацию. Систему водоотводов выбирают на основании гидравлических и технико-экономических расчетов.
Отдельные пути и парки путей допускается располагать в разных уровнях на общем или раздельном земляном полотне (рис. 9). Если разница в высоте бровок соседних путей превышает толщину балластного слоя, то в таком междупутье предусматривают продольную водоотводную канаву или лоток. Снегозаносимые пути и парки путей желательно располагать в одном уровне, а горловины парков и станций – на насыпи.
Рис. 9 – Детали профиля смежных путей: а – разность отметок бровок земляного полотна меньше толщины балластного слоя h б; б – h > h б; в – междупутье недостаточно для устройства водоотводной канавы
Проекция оси земляного полотна железнодорожной линии на вертикальную плоскость представляет собой ее продольный профиль. На чертеже – это сочетание отрезков прямых, изображающих горизонтальные площадки, подъемы и спуски различной длины и крутизны. Проектируя профиль, надо помнить, что крутизна уклонов отдельных элементов не должна превышать руководящего уклона, принятого для данной линии.
Руководящим уклоном называют наибольший уклон на прямом участке, по которому рассчитывают норму массы грузового поезда при одиночной тяге и заданной скорости движения; его устанавливают технико-экономическими расчетами, учитывая предстоящий объем перевозок, темп роста грузооборота, род тяги поездов и топографические условия местности, а также массу поездов на прилегающих линиях и направлениях сети. Наиболее часто руководящий уклон равен 6–9‰. В горных условиях на вновь строящихся линиях I и II категорий он может доходить до 15‰, на линиях III категорий – до 20‰, а IV и V категорий – до 30‰. При строительстве вторых путей обычно принимают руководящий уклон существующего пути. В кривых участках руководящий уклон должен быть уменьшен в соответствии с дополнительным сопротивлением движению поезда от кривой.
Станции, разъезды и обгонные пункты, как правило, располагают на горизонтальных площадках. Отступление от этого должно быть обосновано в проекте. В отдельных случаях допускаются уклоны до 1,5‰, в трудных условиях – до 2,5‰, а там, где не предусматриваются маневры и отцепка локомотивов или вагонов от составов, по согласованию и до 12‰, но при этом должны быть обеспечены условия для удержания поездов тормозами локомотивов, а также условия трогания поездов с места. Во всех случаях должна быть исключена возможность самопроизвольного ухода подвижного состава с роликовыми подшипниками со станционного пути.
Продольный профиль проектируют элементами возможно большей длины и с наименьшей алгебраической разностью сопрягаемых уклонов. Как правило, длина каждого элемента должна быть не менее половины полезной длины приемо-отправочных путей, принятой на перспективу, чтобы на расстоянии, равном длине поезда, не было более одного перелома профиля. Чем больше длина приемо-отправочных путей, тем меньшей допускается алгебраическая разность сопрягаемых уклонов. С большими длинами приемо-отправочных путей связана большая масса поездов, а для них трогание с места при значительной разности уклонов может оказаться необеспеченным. Для линий первых трех категорий допускается наибольшая разность сопрягаемых уклонов:
| Длина приемо-отправочных путей, м | |||
| Разность уклонов, ‰ | 8–10 | 6–8 | 5–6 |
Для развязок в узлах разрешается уменьшать длину элементов продольного профиля до 200 м, а на путях линий IV и V категорий – до 100 м. Смежные прямолинейные элементы при алгебраической разности уклонов более 3 ‰ сопрягают в вертикальной плоскости круговой кривой радиусом не менее 15000 м на линиях I категории, 10000 м на линиях II и III категорий и не менее 5000 м на линиях IV категории.
Сопряжение элементов продольного профиля (рис. 1) рассчитывают следующим образом. Расстояние от точки перелома профиля до точек начала и конца сопрягающей кривой (линии тангенсов)
где R – радиус сопрягающей кривой, м;
i 1 и i 2 – уклоны сопрягаемых элементов, ‰.
Повышение отметок в точке перелома при вогнутом профиле и понижение при выгнутом профиле
Знак плюс принимают при сопряжении подъема со спуском, а знак минус – при сопряжении подъема с подъемом или спуска со спуском.
Для промежуточных точек между началом и концом сопрягающей кривой и точкой перелома продольного профиля вычисляют ординаты
где x – расстояние от начала или конца сопрягающей кривой до точки, для которой определяется величина ординаты, м.
Рис. 1 – Сопряжение элементов продольного профиля: а – площадки со спуском; б – подъема с подъемом; в – подъема со спуском
При проектировании новых линий I категории и строительстве вторых путей с учетом скоростного движения пассажирских поездов величину руководящего уклона принимают не более 9‰, а сопряжения смежных прямолинейных участков в вертикальной плоскости предусматривают круговыми кривыми радиусом 15000 м.
В стесненных условиях допускается уменьшение радиуса сопрягающей кривой до 10000 м. Переломы профиля должны отстоять от начальных и конечных точек переходных кривых, а также от пролетных строений, на которых рельсо-шпальная решетка расположена не на балластном слое, на расстоянии не менее 7,5 м на каждую 1‰ разности сопрягаемых уклонов при радиусе сопрягающей кривой 15000 м и не менее 5 м на каждую 1‰ разности уклонов при сопрягающей кривой радиусом 10000 м. Сопрягающие кривые не должны заходить и в пределы стрелочных переводов. На эксплуатируемых дорогах при введении скоростного движения пассажирских поездов существующий продольный профиль не изменяют.
На чертеже продольного профиля линии приводят также ее план, профиль земной поверхности, расположение сооружений и ситуацию прилегающей местности. По масштабу изображения и количеству содержащихся данных различают два вида чертежей продольного профиля: нормальный (подробный) и сокращенный. Нормальный продольный профиль обычно используют для решения различных проектных задач (проектирование вторых путей, примыканий веток и путей необщего пользования, развития станций и так далее), а сокращенный продольный профиль предназначен главным образом для машинистов локомотивов, дизель- и электропоездов.
Нормальный продольный профиль (рис. 2) вычерчивают в масштабе 1:10000 для горизонтальных расстояний и 1:1000 для вертикальных. Нижняя его часть называется сеткой, а верхняя представляет собой собственно профиль. Внизу сетки расположена линия плана. На ней прямые участки пути представлены отрезками горизонтальных прямых, над ними проставлены длины участков в метрах, а под ними – углы поворота (румбы). Отходящие от прямой дуги обозначают кривые участки. Если линия на местности поворачивает вправо, дугу располагают справа, если линия поворачивает влево – слева. Внутри дуг приведены характеристики элементов кривых: углы поворота, радиусы и длины кривых, длины линий тангенсов и переходных кривых. Ниже линии плана отмечают километры пути, а выше – пикеты. Каждый километр пути содержит десять пикетов по 100 м. В графе пикетов отмечены цифрами расстояния, называемые плюсами, до характерных точек рельефа, не совпадающих с границами пикетов. Над графой пикетов и плюсов проставлены абсолютные или условные отметки земной поверхности, которые называют черными.
Рис. 2 – Образец нормального продольного профиля
Выше черных отметок расположена графа, в которой для каждого элемента профиля наклонной линией показаны проектные уклоны. Наклон линии снизу вверх означает подъем, а сверху вниз – спуск. Уклоны элементов в тысячных показаны над линией, а длина в метрах – под линией. Цифры, у вертикальных линий, разграничивающих элементы профиля, показывают расстояния до ближайших пикетов. Над проектными уклонами расположена графа, в которой вписаны отметки земляного полотна, называемые красными отметками. Они отсчитаны от того же неизменяемого уровня, что и черные. Узкая графа над красными отметками имеет вспомогательное значение – в ней повторено расположение пикетов и плюсов для облегчения дальнейшего построения профиля.
В следующей графе изображена ситуация прилегающей местности на 100 м в обе стороны от оси пути (дороги, реки, лес, кустарники, поля и т. д., а также населенные пункты и схемы путей раздельных пунктов). Выше ситуации приведены сведения о грунтах земной поверхности, а над этой графой расположен собственно продольный профиль. Он представлен отложенными вверх против каждого пикета и плюса соответствующими черным отметкам отрезками в принятом вертикальном масштабе, концы которых соединены прямыми линиями. На границах элементов продольного профиля восстановлены перпендикуляры, соответствующие красным отметкам, и концы их соединены. Полученная ломаная линия представляет проектный продольный профиль земляного полотна. Разности между красными и черными отметками называют рабочими отметками. Они указывают высоту насыпей (цифры над линией профиля) и глубину выемок (цифры под линией профиля). На линии профиля, кроме того, отмечены оси переездов, расположение путевых зданий, искусственных сооружений и раздельных пунктов (рис. 3).
Рис. 3 – Условные обозначения на продольном профиле
Сокращенный продольный профиль (рис. 4) в отличие от нормального имеет более мелкий горизонтальный (2 см = 1 км) и более крупный вертикальный (2 мм = 1 м) масштаб. На нем наносят проектный продольный профиль земляного полотна и план линии, километраж, оси раздельных пунктов и расстояния между ними, входные и проходные сигналы, входные стрелочные переводы с указанием расстояния до них от оси остановочных пунктов, путевые здания, переезды, искусственные сооружения.
Рис. 4 – Образец сокращенного продольного профиля
Имея план местности в горизонталях, можно составить ее продольный профиль в намеченном направлении, провести линию заданного уклона, определить водораздельные и водосливные линии. Допустим, требуется спроектировать путь необщего пользования от станции А до пункта В, расположенного в некотором отдалении на берегу реки (рис. 5, а). Намеченное на плане направление этого пути в точках а, б, в, г, д пересекает горизонтали с различными отметками.
Рис. 5 – Профиль местности в заданном направлении АВ: а – план в горизонталях; б – профиль
Чтобы составить профиль местности по этому направлению, то есть дать ее вертикальный разрез по линии А – а – б – в – г – д – В, развернутый на плоскость, нужно на линии АВ (рис. 5, б) в определенном масштабе отложить отрезки Аа 1; а 1 б 1; б 1 в 1; в 1 к 1; к 1 г 1; г 1 д 1 и д 1 В, соответствующие расстояниям между точками А, а, б, в, к, г, д, В; затем из точек А, а 1, б 1, в 1, к 1, г 1, д 1, В восстановить перпендикуляры и на них в принятом масштабе отложить отметки А ′ – В ′ соответствующих точек местности. Отрезки прямых, соединяющие полученные точки, образуют ломаную линию, которая и представляет собой профиль местности в заданном направлении.
Для определения отметок точек к и В, расположенных между горизонталями, пользуются отношениями:
где h – разность отметок рядом расположенных горизонталей;
m, n и m 1, n 1 – расстояния на плане от рассматриваемых точек до ближайших горизонталей соответственно с меньшими и большими отметками;
Н и Н 1 – отметки ближайших к точкам к и В горизонталей с отметками меньше искомых.
Спуски и подъемы линии обобщенно называют уклонами, крутизну которых измеряют – в тысячных долях – частным от деления разности h отметок конечных точек элемента профиля на его длину l (расстояние между смежными точками переломов профиля) и обозначают десятичной дробью, например 0,008 или целым числом со специальным знаком, например, 8‰; это обозначает, что разность отметок (в м) двух рассматриваемых точек равна 8 при расстоянии между ними 1000 м. Для построения линии с заданным уклоном i из точки А по направлению к В (рис. 6) необходимо найти на плане расстояние l между смежными горизонталями при разности их отметок h
l = h / i.
По найденному расстоянию l в принятом для плана горизонтальном масштабе устанавливают раствор ножек циркуля и из точки А с отметкой Н засекают ближайшую горизонталь с отметкой H + h; из полученной точки l засекают следующую горизонталь с отметкой H + 2 h и так далее до тех пор, пока не будет достигнута конечная точка В. Ломаная линия, соединяющая полученные точки А, 1, 2, 3, 4, В, и есть линия заданного уклона. Из любой точки она может быть направлена и в другую сторону, например от точки 3 так, как показано на рис. 6 (штриховая линия).
Рис. 6 – Линия заданного уклона на плане в горизонталях
Чтобы определить линии водораздела и водослива для проектирования водопропускных и водоотводных сооружений, на произвольном расстоянии друг от друга проводят линии наибольшего ската m (рис. 7), пересекающие горизонтали под прямыми углами. При соединении верхних точек перелома линий m получают линию водораздела n, а при соединении нижних – линию водослива к.
Рис. 7 – Линии водораздела и водослива
В процессе эксплуатации план и профиль пути проверяются в сроки, устанавливаемые начальником дороги; продольные профили сортировочных горок, полугорок, подгорочных и вытяжных путей на сортировочных, участковых и крупных грузовых станциях не реже одного раза в два года; профиль остальных путей – не реже одного раза в 10 лет. Обнаруженные нарушения проектного профиля устраняют.
Вопросы для контроля знаний
1. Основаны элэменты поперечного профля насыпи.
2. Основаны элэменты поперечного профлявыемки.
3. Перечислить Искусственные сооружения.
Поперечным профилем земляного полотна называется его поперечный разрез вертикальной плоскостью, перпендикулярной продольной оси пути.
Поверхность земляного полотна, на которую укладывают верхнее строение, называется основной площадкой. Линии пересечения основной площадки с откосами называются бровками земляного полотна. Расстояние между бровками представляет собой ширину основной площадки. Боковые части основной площадки, не прикрытые балластом, называются обочинами.
Поперечные профили выемок характеризуются крутизной откосов, размерами кюветов, кавальеров, банкетов, забанкетных и нагорных канав.
Крутизну откосов выемок назначают по расчету в зависимости от физико-механических свойств грунта, геологических и гидрогеологических условий, а также от глубины выемки.
Основные конструктивные элементы выемок показаны на (рис. 6). По обе стороны от основной площадки земляного полотна у основания откосов выемки прорывают небольшие сточные продольные канавы трапецеидального сечения (5), называемые кюветами, для отвода поверхностной воды с пути и откосов. Кюветы проектируют с продольным уклоном дна, равным уклону земляного полотна, но не менее 0,002. Глубину кюветов, как правило, принимают равной 0,6 м, а ширину по дну – 0,4 м.
Искусственные сооружения, их виды и назначение
Искусственные сооружения обеспечивают возможность пересечения железной дорогой водных преград, других железнодорожных линий, автодорог, глубоких ущелий, горных хребтов, застроенных городских территорий, а также безопасный переход людей через пути и устойчивость земляного полотна в сложных геологических и гидрологических условиях.
К искусственным сооружениям относятся мосты, трубы, тоннели, подпорные стены, регуляционные сооружения, галереи, селе-спуски и др. При пересечении железной дорогой рек, каналов, ручьев и оврагов создают мосты (рис. 5.6) или трубы (рис. 5.7).
Мост состоит из пролетных строений, являющихся основанием для пути, и опор, поддерживающих пролетные строения и передающих давление на грунт.