Содержание к диссертации
Введение
I. Снегозаносимость железнодорожных станций 12
1.1. Основные свойства метелей и их использование с целью уменьшения заносимости дорог 13
1.2. Краткая: характеристика станций 22
1.2.1. Рельеф местности 22
1.2.2. Метеорологическая обстановка 22
1.2.3. План, профиль и ситуационная обстановка станций 25
1.3. Опытные данные по снегозаносимости станций 25
1.3.1. Снегозаносимость станций, на первом этапе исследований (1955-1960 гг.) 28
1.3.2. Снегозаносимость станций на втором этапе исследований (1975-1980 гг.) 37
1.3.3. Сравнительный, анализ снегозаносимости станций на первом и втором этапах.
1.4. Закономерности переноса и отложения снега на станциях
Выводы по главе 62
2. Теория обтекания ветровым потоком площадок раздельных пунктов и подходов 6/f
2.1. Поперечное обтекание насыпи 64
2.1.1. Постановка вопроса 64
2.1.2. Обтекание эллиптического цилиндра 66
2.1.3. Обоснование зависимости обтекания насыпи от параметров ее поперечника
2.1.4. Краткий анализ теоретических расчетов
2.2. Обтекание выемки ?8
2.3. Продольное обтекание площадок раздельных пунктов 2
Выводы, по главе 89
3. Изучение обтекания площадок раздельных пунктов и подходов к ним на моделях в аэродинамической трубе 93
3.1. Условия аэродинамического моделирования наземных преград 94
3.2. Методика, экспериментальных исследований 105
3.3. Результаты экспериментальных исследований . 112
3.3.1. Продольное обтекание станционных площадок 112
3.3.2. Продольное обтекание подходов к. станциям 118
3.3.3. Поперечное обтекание насыпей 124
3.3.4. Поперечное обтекание выемок 129
Выводы по главе 136
4. Рекомендации по проектированию площадок раз дельных пунктов и подходов в районах сильных метелей 139
4.1. Определение, параметров снегонераносимых насыпей 139
4.2. Указания по проектированию плана и профиля: площадок раздельных пунктов и под ходов в районах сильных метелей (проект) 144
4.2.1. Нормальная ориентация площадок, раздельных пунктов и подходов 144
4.2.2. Параллельная ориентация площадок раздельных пунктов и подходов 147
Выводы по главе 148
Заклю чение 149
Литература
- План, профиль и ситуационная обстановка станций
- Обоснование зависимости обтекания насыпи от параметров ее поперечника
- Результаты экспериментальных исследований
- Указания по проектированию плана и профиля: площадок раздельных пунктов и под ходов в районах сильных метелей (проект)
Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие народного хозяйства нашей страны во многом: определяется состоянием и развитием железнодорожного транспорта.
В решениях ХХУІ съезда КПСС /I/ проблеме перевозок: народнохозяйственных грузов придается важное значение. В текущей пятилетке предстоит построить не менее 3,6 тыс.км новых железнодорожных линий, ввести в эксплуатацию не менее 5,0 тыс.км вторых путей. Грузооборот железнодорожного транспорта будет увеличен на 14-15 % и пассажирооборот на 9 %.
В районах Сибири и Дальнего Востока будет осуществлено более половины всего нового железнодорожного строительства. Для этих районов характерна продолжительная зима, интенсивная мете-левая деятельность, низкие температуры и другие природные факторы, отрицательно влияющие на работу транспорта. Задачи, связанные с защитой железных дорог от снежных заносов здесь наиболее актуальны.
Проблема снегоборьбы и вопросы проектирования железных дорог в снегозаносимых районах имеют большую историю. Сейчас накоплен и систематизирован богатый материал по теории и практике проектирования, эффективных средств защиты железных дорог и других народнохозяйственных объектов от снежных заносов.
Большой вклад в развитие этой, области, науки внесен отечественными учеными: Н.Е.Жуковским /38/, С.А.Чаплыгиным./106/, А.Х.Хргианом /102,103/, А.К.Дюниным /31-33,35,36/, А.А.Комаровым /53-55/, Д.М.Мельником /73-78/, Э.П.Исаенко /49/, Л.М.Да-новским /6,27/, Н.Т.Макарычевым /70-72/.
А.К.Дюнин с единых исходных позиций обобщил комплекс исследований и построил основы современной теории метелей /33,36/. Основой механики метелей являются законы сохранения массы и ко 5 личества движения в метелевом турбулентном потоке, выраженные в виде общих дифференциальных уравнений двухфазного потока. Общие дифференциальные уравнения А.К.Дюнина позволили уяснить суть физических процессов переноса и отложения снега и получить ряд важных для практики снегоборьбы количественных зависимостей развития метелей, подтвержденных экспериментальными исследованиями в лаборатории и в натуре.
На основе исследований А.К.Дюнина, А.А.Комарова, Д.М.Мельника, З.П.Исаенко, Л.М.Дановского, Н.Т.Макарычева и ряда других авторов /8,9,46,69,89,102/ разработаны и реализованы на дорогах страны современные методы борьбы со снежными заносами и приемы проектирования дорог в снегозаносимых районах.
Однако, несмотря на большие успехи, отдельные вопросы проектирования железных дорог в районах с интенсивной метелевой деятельностью требуют дальнейших исследований. Мало изучены условия снегозаносимости крупных объектов, таких как железнодорожные станции, территории предприятий, поселки.
Разработка мероприятий по предупреждению снежных заносов на станциях и уменьшение расходов по очистке станционных путей от снега сейчас приобретают особую актуальность. Раздельные пункты - наиболее уязвимые места железных дорог. Практика показала, что даже незначительное накопление снега на станции выше уровня головки рельса сильно затрудняет эксплуатационную работу по приему, переработке и отправлению поездов. Наряду с этим возникают некоторые косвенные причины, ухудшающие эксплуатационную работу станций. К ним относятся увеличение сопротивления движения поездов из-за накопления снега, затруднения в работе сортировочных парков и т.д.
В отечественной литературе /7,8,77-79,85,88,107/ и в зарубежной /96,120,129,133,139/ много уделяется внимания защите станций, от снежных заносов, развитию механизации снегоуборочных работ, совершенствованию снегоуборочной техники, очистке стрелок от снега и другим мероприятиям, связанным с предупреждением и ликвидацией последствий снежных заносов. И почти нет специальных исследований, посвященных рациональному проектированию плана и профиля раздельных пунктов в районах сильных метелей. Достаточно подробно сходные вопросы рассматривались для районов, подверженных песчаным заносам /39-41/.
Между тем, именно нерациональным проектированием часто создаются непоправимые тяжелые условия снегозаносимости станций. Строительство новых железных дорог в Сибири и на Севере требует в период разработки проектов новых железнодорожных станций предусмотреть комплекс мероприятий, направленных на уменьшение снежных заносов на станциях.
Снегозаносимость железнодорожных станций зависит от многих факторов:
а) от метеорологических условий района расположения станции;
б) от характера рельефа прилегающей местности;
в) от плана и поперечного профиля станции;
г) от ориентации продольной оси станции к направлению основного объема снегопереноса;
д) от внешней и внутренней ситуационной обстановки станции.
Расположение продольной оси раздельного пункта по отношению к направлению основного объема снегопереноса имеет принципиальное значение с точки зрения снегозаносимости и защиты станционных путей от снежных заносов. До сих пор по этому вопросу нет единого мнения: в литературе /2,69,75,76/ и, как следствие, нормативные документы /48,97/ содержат противоречивые требования.
Теоретические разработки А.К.Дюнина /33,36/ о свойствах метели позволяют считать, что станции, ориентированные параллельно направлению основного объема снегопереноса, будут находиться в худших условиях снегозаносимости. Сейчас положение о необходимости ориентировать продольную ось станции перпендикулярно преобладающим метелевым ветрам закреплено в СНиП П-39-76 /97,п.2.23/.
Д.М.Мельник /76, с.145/ считает, что продольную ось раздельных пунктов целесообразно располагать по направлению преобладающих метелевых ветров.
Требованию, отраженному в нормах /97/ противоречит п.2.54 Инструкции BGH 56-78 /48/, который гласит: станционные площадки следует, как правило, проектировать в плане на прямой, параллельной направлению господствующих метелеобразующих ветров или близкой к нему. Следует отметить, что Инструкция ВСН 56-78 вышла в свет на год позже СНиП П-39-76.
Снегозаносимость раздельных пунктов и подходов к ним, расположенных на насыпях, зависит от аэродинамической обтекаемости их поперечного профиля.
Для незаносимой насыпи (при отсутствии подвижного состава) необходимо условие: скорость ветра на верхней площадке поперечника должна быть достаточной для безаккумуляционного переноса снега. Это требование предъявляется к поперечнику, к его форме, а не к одной, лишь высоте насыпи. Оно впервые выдвинуто, теорети-чески и экспериментально обосновано А.К.Дюниным /33/.
Применительно к ориентации станций и других снегозаносимых объектов формулировка "направление преобладающих метелевых ветров" прочно вошла в литературу и нормативные документы. При этом считается, что направление преобладающих метелевых ветров совпадает с направлением основного объема снегопереноса. В действительности, совпадает не всегда. Избегая путаницы, в данной работе будем придерживаться прежней формулировки. В новых изданиях нормативных документов ее следует изменить на более строгую: "направление основного объема снегопереноса" или "направление преобладающих метелей". В литературе /54,83/, в нормативных документах /48,97/ даются формулы и нормы для высоты незаносимой насыпи без учета других параметров ;ее поперечника. Так, в Инструкции по проектированию станций и узлов ВСН 56-78 указано /48, п.2.54/, что площадки раздельных пунктов в снегозаносимых районах следует проектировать в профиле насыпями расчетной высоты, устанавливаемой согласно требованиям п.28 норм /97/ для однопутных участков. В то же время анализ работы участков Целинной железной дороги в сильно метелевые зимы 1978-1980 гг. показал, что наиболее часто от снежных заносов страдают раздельные пункты на невысоких насыпях, хотя высота последних удовлетворяет требованиям норм /48,97/.
Варианты проложения трассы железной дороги не исключают расположения подходов к станциям в выемках на прямых и кривых участках пути и различно ориентированных к направлению преобладающих метелевых ветров.
Практика эксплуатации железных и автомобильных дорог в районах со значительными объемами переноса снега показывает, что не-заносимых выемок нет. Большая снегоемкость откосов глубоких выемок создала представление об их принципиальной незаносимости. Имеются и попытки теоретических обоснований незаносимости глубоких выемок /81/, которые противоречат сути аэродинамических процессов в выемке и законам переноса и отложения снега.
Заключение о незаносимости глубоких выемок тем не менее отражено в нормативных документах. В главе СНиП /97, п.5.3/ записано, что у выемок глубиной более 8,5 м не следует предусматривать постоянные снегозащитные устройства и, соответственно, нормами СН 468-74 /84, п.5/ запрещается использовать земли под постоянные снегозащитные устройства у этих выемок.
Цель работы - установить закономерности снежных отложений на площадках раздельных пунктов и на подходах к ним в зависимости от направлений, преобладающих метелевых ветров. С учетом выявленных закономерностей разработать рекомендации по проектированию площадок раздельных пунктов и подходов к ним в районах сильных метелей..
Длят достижения поставленной цели предусмотрено решение двух основных задач:
1. Проанализировать условия снегозаносимости станций в зависимости от их ориентации в соответствии с направлением преобладающих метелей.
2. Исследовать кинематику ветровых потоков при продольном и поперечном обтекании площадок раздельных пунктов, а также подходов к ним, расположенных на насыпях и в выемках.
Для: решения этих задач выполнен комплекс исследований: на основе непосредственных натурных наблюдений, теоретических разработок и методов физического моделирования.
Научная новизна. Впервые обобщены данные и получена динамика снегозаносимости и развития средств защиты железнодорожных станций, расположенных в сильнометелевых районах Западной Сибири. Получены новые, аналитические, зависимости, устанавливающие связь между аэродинамической; обтекаемостью насыпи и; параметрами ее поперечника. Проведены экспериментальные исследования по изучению характера обтекания станционных площадок в зависимости от их внутриситуационной обстановки.
Достоверность научных положений диссертации подтверждаются опытными данными, полученными в Казахстане, Западной Сибири, и сопоставленными с результатами лабораторных и теоретических исследований.
Практическая ценность.
1. Обоснована целесообразность нормальной ориентации продольной оси площадок раздельных пунктов к направлению преобладающих метелей.
2. Разработан дифференцированный подход к назначению проектной высоты не заносимой насыпи площадок раздельных пунктов и подходов к ним: в зависимости от путевого развития и с учетом особенностей, прилегающей местности.
3. Разработаны рекомендации по проектированию плана и профиля раздельных пунктов и подходов в районах сильных метелей.
Реализация исследований. I. Рекомендации по защите от снежных заносов глубоких выемок, разработанные автором, вошли в проект снегозащиты линии Кустанай-Урицкое Целинной железной дороги.
2. Результаты исследований использовались при составлении "Указаний по изысканию и проектированию защитных лесонасаждений вдоль линий железных дорог СССР", утвержденных Главным управлением пути МПС.
3. Рекомендации автора по проектированию раздельных пунктов и подходов в районах сильных метелей приняты к использованию Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦНИИС) для переработки соответствующих разделов СНиП П-39-76 "Железные дороги колеи 1520 мм" и "Инструкции по проектированию станций и узлов" (ВСН 56-78).
Апробация; работы. Основное содержание работы, а также ее отдельные положения докладывались и получили одобрение на II Хибинской гляциологической конференции (Ки-ровск, март 1974); на Научно-методической конференции по проблемам, связанным с сооружением БАМа (Новосибирск, ноябрь 1975); на Научно-технической конференции НИИЖТа, посвященной 60-летию Великого Октября (Новосибирск, ноябрь 1977); на Научно-технической конференции по вопросам совершенствования эксплуатационной деятельности железных дорог Сибири (Новосибирск;, ноябрь 1980); на Юбилейной научно-технической конференции НИИІТа "Повышение надежности и эффективности работы железнодорожного транспорта" (Новосибирск, ноябрь 1982); на II Всесоюзном совещании по инженерной гляциологии (Кировск, март 1982)? на заседании секции изысканий и проектирования железных дорог Ученого Совата ЦНИИСа (Москва, март 1984); на заседании кафедры "Изыскания, проектирование и постройка железных дорог" (Новосибирск, май 1984).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 работ. Результаты исследований: приведены в 9 научных отчетах.
План, профиль и ситуационная обстановка станций
Дефляционная метель не сразу реализует свою максимальную транспортирующую способность. Снег, выпавший из атмосферы, очень быстро теряет рыхлость, способность к выдуванию ветром.
Если наветренной границей снегосборного бассейна, является та или иная преграда, препятствующая проносу метелевого снега, то в начале наветренной зоны твердый расход снеговетрового потока мал. Нарастание его осуществляется за счет постепенного разрушения затвердевшей снежной поверхности скачущими по ней метелевыми снежинками. Одновременно под влиянием ветра поверхность снежного покрова еще больше укрепляется. Взаимное влияние этих противоречивых факторов существенно усложняет процесс дефляции.
Расстояние от наветренной границы снегосборного бассейна до места, где общий твердый расход дефляционной; метели достигает максимума называется длиной разгона метели хр , а вся эта переходная зона - зоной разгона метели /33/.
В пределах зоны разгона метели в работе /44/ формула полного расхода имеет вид: Q = qQ„a , а.» где q 1.
Коэффициент /7 зависит от расстояния, пройденного метеле-вым потоком, скорости ветра и сцепления между частицами поверхности снежного покрова /33,44/. В зоне разгона поток не насыщен, хотя ветер дует в полную силу. Поэтому в ней возможно только оду-вание снега.
Размеры зоны разгона метели в естественных условиях иногда достигает нескольких сотен метров. При больших полевых зонах разгона перенос снега растет вначале медленно и лишь в последней трети зоны скачкообразно доходит до максимума /45/.
В насыщенном состоянии на ровной местности метелевый поток стабилизируется, но под его действием на поверхности полевого снежного покрова возникают различные формы микрорельефа /33,45/. Рельефообразование характерно и для других размываемых поверхностей /25,26,99,108,118,123/. Механизм его связан с внутри-структурными факторами двухфазного потока и раскрыт в работах /33,35,44,45/.
На рис.1.1, заимствованном из работы /45/, представлено изменение общего твердого расхода низовой метели вдоль аэродинамического канала на протяжении. 20 м. Предварительным рыхлением удалось уменьшить длину разгона хр до б м. На оставшейся длине канала отчетливо видны периодические колебания общего твердого расхода. Участки отложения снега показаны двойными линиями.
В зоне стабилизации величина общего твердого расхода низовой метели определяется выражением: б.ЗГ, м/с - /435 mooc —с- — ее 20 т І5 fO Зона сташгизированноа метели Q Vj {Vh-lL)a- (1.4)
Значения величин, входящих в формулу (1.4), объяснены при рассмотрении формулы (I.I), но ц и У здесь являются переменными величинами /44/.
Установлено теоретически и подтверждено опытом /33,35,44, 45/, что в насыщенном метелевом потоке изменения коэффициента V подчиняется закону периодической функции;: V=V[sln(bJx)] , (1.5) где и - частота пульсаций.
Частоты пульсаций общего твердого расхода и концентрации твердых примесей в метелевом потоке различны. Чаще всего одновременно встречаются макропульсации концентрации снега в потоке с частотами 0.3-5.0 Гц при Ц -5 м/с /45/.
Длина волн возможных снежных отложений св - UCP/ZAJ -І-Г7 м, что соответствует натурным данным. По многочисленным полевым наблюдениям высота волн на снежном покрове в зоне стабилизированного метелевого потока изменяется от 0.07 до 0.28 м /33/.
Когда снег в зоне разгона сдувается полностью, кривая АВАВ смещается по направлению потока (см. пунктирную линию на рис. I.I). Также расширяется наветренная зона сдувания в естественных условиях, если нет снегопадов /45/.
На развитие метели, на ее интенсивность оказывает влияние ряд природно-климатических факторов, которые необходимо учитывать при оценке снегозаносимости проектируемой дороги и выборе средств защиты от снежных заносов.
Снегоперенос невозможен без накопления полевого снега и .. ветра достаточной, силы. Это - главные факторы, определяющие объем переносимого снега и, тем самым, степень распространения возможных снежных заносов.
Часто объем снегопереноса определяется методом расходов, предложенным Д.М.Мельником /73/. Метод расходов не учитывает запасов снега в снегосборном бассейне и, как показали последние исследования А.К.Дюнина /45/, при скорости ветра до 14 м/с дает завышенные, а при скорости больше 14 м/с заниженные объемы.
Метод балансов, разработанный А.К.Дюниным /33, W, включает в себя дополнительно целый комплекс природно-климатических факторов развития метелей, влияющих на объем подносимого к дороге снега: количество твердых осадков, испарение снега, состояние поверхности снежного покрова, характер прилегающей местности и: другие.
Основы механики метелей и аэродинамические свойства естественных и искусственных наземных преград при правильном их использовании открывают возможности облегчения условий заносимости и выбора эффективных мер защиты дорог от снежных заносов.
Условно эти возможности можно разделить на два вида: 1. Естественные, учитывающие природно-климатические факторы развития метелей. 2. Искусственные, основанные на регулировании снеговетрово-го потока и снежных отложений. Последний связан с широким кругом вопросов проектирования снегозадерживающих сооружений и в данной работе не рассматривается.
Обоснование зависимости обтекания насыпи от параметров ее поперечника
Объемы подносимого снега к дороге характеризуют степень распространения возможных снежных заносов.
Собственно снегозаносимость железной дороги зависит от аэродинамики обтекания ее поперечного профиля. Снижение скорости потока в пределах поперечника вызывает снежные отложения. Поэтому заносимость насыпей, выемок и нулевых мест существенно различна.
Образование снежных заносов станций вызывается комплексом причин. В основе всех причин лежит единственный фактор - снижение скорости метелевого потока.
Прямые аэродинамические расчеты скоростей во многих случаях обтекания наземных объектов естественным воздушным потоком пока невозможны. Однако, схематизированный теоретический анализ позволяет выявить суть аэродинамических процессов обтекания и установить необходимые количественные зависимости.
Заносы пути на насыпи не образуются, если скорость ветра по всей ширине земляного полотна достаточна для сдувания попадающего туда снега. Здесь рассматривается случай, когда пути свободны от составов поездов.
Ширина насыпи на раздельных пунктах и подходах к ним зависит от путевого развития и может иметь различные значения.
При обтекании насыпей скорость снеговетрового потока над ними повышается. При одной, и той же высоте поперечники более широких насыпей лучше обтекаются ветром, следовательно, скорость в пределах верхней площадки меньше возрастает по сравнению с полевой скоростью ветра. Пологие откосы также улучшают обтекаемость насыпи. Поэтому в обоих случаях условия снегосноса ухудшаются и требуются большие превышения, чтобы этого ухудшения не было.
Такая особенность обтекания насыпей подтверждается данными экспериментальной аэродинамики. Например, коэффициент лобового сопротивления для эллиптических цилиндров с фиксированной малой полуосью уменьшается по мере увеличения большой полуоси /106, с.208/.
Найдем зависимость между скоростью потока, обтекающего насыпь, высотой насыпи над снежной поверхностью /? , шириной насыпи по верху 4 и крутизной откоса т.
Турбулентное течение в приземном слое воздуха можно представить состоящим из двух независимых движений: упорядоченное с осредненной скоростью If и чисто пульсационное со скоростями пульсаций II /101,104,106/.
Если энергия, диссипируемая пульсациями в единицу времени, много меньше полной энергии движения, что имеет место, например, в зонах сжатия потока, то можно использовать модель потенциального течения жидкости /98,110/.
Теоретическая модель обтекания насыпи такова /37/: при обтекании кругового цилиндра (рис.2.1,а) любую из линий тока можно рассматривать как некую возвышенность или вал высотой h,, Нг , hd и т.д.
Чем дальше от цилиндра линия тока, тем положе вал. Соответственно начало координат перемещается в точки О, , 0г , 0д . Площадь вала можно определить интегрированием и приравнять ее площади поперечника насыпи той же высоты.
Поле скоростей вокруг кругового цилиндра и на вершине линии тока находится из выражения /61/: Ы= Уо (z-f-f") , (2.1) где ы - комплексный потенциал скорости; Z - комплексная координата; У0 - скорость набегающего потока.
При помощи этой модели решен ряд практических задач, в том числе и обтекание дорожной насыпи с полуторными откосами /37,45/.
Целесообразно, на наш взгляд, наряду с отношением - -ввести в расчеты крутизну откоса т и оценить их совместное влияние на аэродинамическую обтекаемость насыпей. Крутизна откосов насыпей в течение зимы изменяется за счет снежных отложений.
Поперечники широких насыпай с двускатной планировкой земляного полотна по своей форме приближаются к полуэллипсу. Поэтому в качестве теоретической модели примем обтекание эллиптического цилиндра.
Результаты экспериментальных исследований
В подветренной части на выходе из разрыва между составами имеется зона очередного уменьшения скоростей потока. Если принять за исходную приповерхностную скорость в точке 13, т.е. в конце состава Сем. рис.3.5), то минимальная относительная скорость rjf-) „ в подветренной; части напротив середины разрыва будет составлять 0,70; 0,81; 0,86 и 0,93 при значениях п , соответственно равных 0,75; 2,0; 3,25 и 4,5. Точка минимума скоростей удалена от состава в подветренную сторону на расстояние, равное (2-3)Н , где Н - высота поезда.
С увеличением п совместное воздействие составов на поток в разрыве между ними ослабевает. Опыты показывают, что оно становится мало существенным при П з 3-4,5.
Такие же особенности обтекания и сходные величины скоростей в характерных точках подветренной зоны составов получены при теоретическом анализе (см.гл.2).
Итак, экспериментально установлено, что в пределах станционной площадки, продольно обтекаемой ветром, имеются три основные зоны снижения скорости потока и возможной аккумуляции снега: I) наветренная горловина станции; 2) наветренная часть составов поездов; 3) подветренная часть составов поездов.
Продольное обтекание подходов к станциям
Участок, железнодорожной линии, непосредственно примыкающий к станции, может быть раоположен в плане на прямой или кривой и иметь различные поперечные профили земляного полотна.
Станции, ориентированные параллельно, преобладающим метеле вым ветрам, имеют подходы либо с той же ориентацией, если они находятся на прямом участке пути, либо с ориентацией под некоторым углом оС , если подходы расположены на кривых участках пути.
Рассмотрим вначале продольное обтекание подходов, расположенных на насыпях.
Скорость ветра, как известно /91/, возрастает с удалением от подстилающей поверхности. При продольном обтекании насыпи высотой Ин поток, движущийся за пределами насыпи, на этом уровне будет иметь большую скорость по сравнению со скоростью потока на верхней площадке насыпи вблизи от ее поверхности. В действительности такая разница скоростей может иметь место только в самом начале движения.
Благодаря турбулентному перемешиванию струй происходит быстрое выравнивание скоростей, в результате чего скорость потока на верхней площадке насыпи увеличивается /37/.
Эксперименты в аэродинамической трубе по продольному продуванию насыпей подтверждают эти рассуждения и показывают, что скорость на насыпи значительно возрастает (см. рис.3.7) и гарантирует незаносимость пути. Стабилизация движения отмечается на расстоянии, равном (10-12) Нн от начала насыпи.
Замечено также из опытов, что продольное обтекание сопровождается понижением скоростей потока у основания насыпи в местах сопряжения откоса с подстилающей поверхностью (см. рис.3.7). Здесь возможно образование снежных отложений, вызывающих уположе-ние откосов насыпи.
Из условий продольного обтекания насыпи следует, что при параллельной ориентации станций высокие подходные насыпи способствуют неблагоприятным последствиям усиленного ветрового режима на территории станции.
Серия экспериментов в аэродинамической трубе позволила выявить основные закономерности продольного обтекания выемок, расположенных на прямых и кривых участках пути.
Исследовалось обтекание моделей однопутных и двухпутных выемок глубиной Нъ = 5; 10 и 15 см на прямых и кривых 9. =350 см участках, при продольных и отличных от них направлениях ветров. Основные результаты опытов иллюстрируются рисунками 3.8 и 3.9.
В выемках на прямых независимо от их глубины как для однопутных, так и двухпутных участков имеются две зоны понижения скоростей потока. Первая зона охватывает участок длиной 2//g перед началом выемки, а вторая образуется на выходе из нее (см.рис. 3.8). Причем, вторая зона характеризуется более резким снижением скоростей и, следовательно, здесь возможны более интенсивные отложения снега.
Ближе к центральной части постепенное сжатие потока откосами выемки приводит к увеличению скоростей. Особенно заметно возрастает она на границах сжатия потока, т.е. на откосах (рис.3.8,б).
Опытами установлено, что отклонение ветра на 15-20 от направления продольной оси прямой выемки существенных изменений в кинематику потока не вносит.
В выемках на кривых участках пути, кроме указанных двух зон, появляется третья зона понижения скоростей потока, прилегающая к выпуклому откосу по всей его длине. На бровке земляного полотна, примыкающей к выпуклому откосу даже в середине выемки скорости потока заметно уменьшаются (см. рис.3.9,а).
Вогнутый откос и прилегающая к нему часть земляного полотна вплоть до продольной оси выемки обтекаются с увеличенными скоростями потока, исключающими возможность отложений снега (см. рис. 3.9,6).
Указания по проектированию плана и профиля: площадок раздельных пунктов и под ходов в районах сильных метелей (проект)
При принятой нормальной ориентации меры по предупреждению снежных заносов зависят от конкретного объекта защиты.
I. Незаносимость площадок малых раздельных пунктов с общим числом путей, согласно BGH 56-78 /48/ , не более 4-х (разъезды, обгонные пункты, промежуточные станции), свободных от станционных устройств и продолжительных стоянок поездов, а также подходов (в том числе и к большим станциям) обеспечивается проектированием их на насыпях достаточной высоты.
Минимальная высота незаносимой насыпи назначается дифференцированно в зависимости от ее ширины и с учетом орографических особенностей местности в соответствии с требованиями нижеследующей таблицы: 3,0. При проектировании насыпей на подветренных косогорах, где происходит накопление снега поблизости от насыпи и при преобладающих метелях, направленных под острым углом к оси пути, превышение следует назначать при т =6,0.
В районах, где значение he может быть определено только по короткому ряду наблюдений, высоту насыпи необходимо определять с запасом при m =6,0. К таким районам относятся Север и Северо-Восток страны. По данным Й.Д.Копанева /59/ для этих районов характерна чрезвычайно редкая сеть метеорологических пунктов, усложняющая установление коррелятивных связей между метеоэлементами в пунктах зимних изысканий дорог и в районе опорных метеостанций.
С целью уменьшения ширины площадок оо раздельные; пункты на незаносимых насыпях следует проектировать по схеме продольного типа. Это приводит к меньшим значениям превышения /гик снижению стоимости сооружения насыпи.
На малых раздельных пунктах, проектируемых на незаносимых насыпях, здания и устройства следует размещать в первую очередь с подветренной стороны пути на расстоянии от бровки насыпи, равном не менее их десятикратной высоты, а перспективные крупные поселки - с наветренной. Подходы к раздельным пунктам в мелких раскрытых выемках с откосами до 1:6 при условии расположения их в начале зоны разгона метели при сильных ветрах не будут заноситься снегом. Участки дороги, удовлетворяющие этому условию, выявляются в результате зимних изысканий трассы. В других случаях все выемки независимо от их глубины необходимо защищать от снежных заносов.
2. Для площадок крупных раздельных пунктов (участковые станции и т.д.) с большим путевым развитием, со множеством станционных устройств и с постоянно занятыми путями составами поездов эффективной мерой по предупреждению снежных заносов является задержание снега на подступах к ним. Оно может быть осуществлено хорошо разработанными и испытанными средствами защит, предпочтительно снегозадерживающими насаждениями. Устройство этих защит для каждого раздельного пункта должно производиться по индивидуальным проектам. Пристанционные поселки необходимо проектировать с наветренной стороны, так как в конечном итоге они становятся основной контурной защитой станций от снежных заносов.
В профиле станционные площадки следует проектировать, как правило, на насыпях высотой: не менее расчетной толщины снежного покрова.
