Содержание к диссертации
Введение
1. Развитие высокоскоростного железнодорожного пассажирского сообщения и задачи проектирования трассы высокоскоростных магистралей
1.1 Современное состояние высокоскоростного пассажирского движения поездов за рубежом 9
1.2 Высокоскоростное пассажирское движение поездов в России.. 15
1.2.1 Отечественный опыт по исследованию проблемы повышения скоростей движения пассажирских поездов 15
1.2.2 Перспективы внедрения высокоскоростного движения пассажирских поездов на железных дорогах России 19
1.2.3 Основные параметры высокоскоростных пассажирских поездов для России 22
1.3 Социальный аспект ресурсосбережения и качество перевозочного процесса в высокоскоростном пассажирском сообщении.. 24
1.3.1 Основные социальные и экологические предпосылки, определяющие целесообразность сооружения высокоскоростных линий 24
1.3.2 Анализ качества перевозочного процесса в высокоскоростном сообщении 27
1.4 Цель изадачи исследования 30
2. Исследование влияния максимального уклона продольного профиля пути на тягово- эксплуатационные показатели высокоскоростного движения
2.1 Предпосылки использования крутых уклонов продольного профиля пути на высокоскоростных магистралях 33
2.2 Исследование влияния максимального уклона продольного профиля пути на длину трассы ВСМ в условиях сложного рельефа 37
2.3 Принятые параметры высокоскоростного поезда ЭПС-1 49
2.4 Исследование влияния максимального уклона продольного профиля пути на тягово-эксплуатационные показатели движения поезда 56
2.5 Область эффективного использования максимального уклона продольного профиля пути 70
2.6 Обоснование возможности приближенной оценки эксплуатационной эффективности вариантов трассы ВСМ 72
2.7 Выводы по главе 2 75
3. Обоснование максимальной скорости поездов на участках ВСМ с крутыми затяжными спусками про дольного профиля
3.1 Постановка задачи 77
3.2 Обоснование рационального уровня ограничения максимальной скорости поездов на крутых затяжных спусках 79
3.3 Выводы по главе 3 94
4. Исследование влияния параметров плана трассы на тягово-эксплуатационные показатели высоко скоростного движения
4.1 Постановка задачи 95
4.2 Оценка влияния радиуса кривых на длину линии 96
4.3 Исследование влияния радиуса кривых и мест расположения их в пределах затяжных уклонов на тягово-эксплуатационные показатели движения 97
4.3.1 Принятые схемы очертаний плана и продольного профиля участка ВСМ 97
4.3.2 Анализ результатов при движении поезда в направлении «на спуск» 101
4.3.2 Анализ результатов при движении поезда в направлении «на подъем» 105
4.3.3 Совместный анализ результатов движения поездов «на спуск» и «на подъем» 107
4.4 Выводы по главе 4 114
5. Методика выбора основных параметров трассы всм в условиях сложного рельефа
5.1 Основные этапы методики выбора основных параметров трассы ВСМ 116
5.2 Определение времени хода поездов при проектировании трассы ВСМ в условиях сложного рельефа 120
5.2.1 Рекомендации по установлению рационального времени хода поезда 120
5.2.2 Приближенное определение времени хода пары поездов по показателям трассы 125
5.3 Обоснование выбора лучшего проектного решения по трассе ВСМ 131
5.4 Экспериментальная проверка методики выбора параметров трассы ВСМ в условиях сложного рельефа 137
5.5 Выводы по главе 5 148
Заключение 149
Список использованых источников 151
Приложения 162
- Отечественный опыт по исследованию проблемы повышения скоростей движения пассажирских поездов
- Исследование влияния максимального уклона продольного профиля пути на длину трассы ВСМ в условиях сложного рельефа
- Принятые схемы очертаний плана и продольного профиля участка ВСМ
- Приближенное определение времени хода пары поездов по показателям трассы
Введение к работе
Федеральная система - железнодорожный транспорт, представляющий единый производственно-технологический комплекс с примышленными предприятиями, требует тщательного планирования и эффективного управления. В условиях конкуренции потери от неправильного выбора стратегий развития транспортной системы могут значительно превышать экономию от внедрения различных ресурсосберегающих технологий и сокращения эксплуатационных расходов.
В настоящее время при стабилизации промышленного производства и перевозок нужно обеспечить обоснованное планирование развития железных дорог страны на долговременной основе.
Для железных дорог наиболее предпочтительными являются стратегии глубокого проникновения на транспортный рынок в кооперации с другими видами транспорта, повышение качества транспортного обслуживания и переход на более совершенные технологии. Общей для дорог на сегодняшний день должна быть стратегия, обеспечивающая повышение доходности, обеспечения прибыльности и нормальной рентабельности, улучшения социально-экономического положения работников отрасли. Эффективность работы железнодорожного транспорта в значительной степени связана с обоснованностью решений, принимаемых в различных условиях функционирования транспортного комплекса.
В 60-70-х гг. XX в. на железнодорожном транспорте ряда стран Азии и Европы начались работы по созданию сети магистралей, на которых скорости движения поездов превышают 200км/ч. Эти железные дороги получили название высокоскоростных магистралей (ВСМ).
Актуальность работы. Постановлением Коллегии МПС от 28 сентября 1994 г. утверждена программа развития высокоскоростного пассажирского движения поездов на железных дорогах Российской Федерации на период до 2010 г.
В ряде зарубежных стран имеется опыт проектирования и строительства высокоскоростных магистралей, однако особенности нашей страны (большие расстояния, разнообразие топографических условий) требуют, наряду с учетом
зарубежного опыта, проведения самостоятельных исследований по обоснованию параметров трассы ВСМ.
В качестве одного из наиболее вероятных проектов ВСМ в России рассматривается новая железнодорожная магистраль Москва - Ростов-на-Дону и далее на Сочи и Минеральные Воды с пересечением Главного Кавказского хребта. В связи с этим возникает задача выбора параметров трассы высокоскоростной железной дороги в условиях сложного рельефа, что подтверждает актуальность данного исследования.
Целью исследования является разработка методики выбора основных параметров трассы высокоскоростной магистрали, прокладываемой в сложных условиях рельефа местности, а также оценка степени влияния этих параметров на тягово-эксплуатационные показатели движения поездов.
Предметом исследования являются основные параметры и показатели трассы', крутизна максимального уклона продольного профиля пути, длина линии, степень использования максимального уклона, величины радиусов круговых кривых в плане. В число анализируемых тягово-эксплуатационных показателей движения поездов включены следующие: скорость и время хода поездов, расход электроэнергии на передвижение поездов, расходы по пробегу поездов и суммарные эксплуатационные расходы.
Методика исследования базируется на анализе влияния основных параметров трассы высокоскоростных магистралей на тягово-эксплуатационные показатели движения поездов и включает экспериментальное проектирование по топографическому материалу, максимально приближенному к реальным условиям. В исследовании применен метод экспертных оценок и метод идеальной точки для решения многокритериальной задачи оптимизации параметров трассы ВСМ
Научная новизна. 1. В диссертации обоснована возможность применения максимального уклона продольного профиля пути до 45%о при использовании перспективного отечественного моторвагонного подвижного состава с удельной мощностью тя-
ги не менее 18-20 кВт на 1 т массы поезда и мощным тормозным оснащением.
Впервые для высокоскоростных магистралей обоснована эксплуатационная эффективность ограничения максимальной скорости следования поездов по крутым затяжным спускам. Рациональное значение уровня ограничения скорости зависит не только от величины уклона и протяженности спуска, но и от видов критериев, которые надлежит минимизировать.
Показано, что применение на высокоскоростных магистралях, проектируемых в сложных условиях рельефа, кривых в плане относительно малого радиуса (вплоть до 2000-ЗОООм) не приводит к существенному ухудшению тяго-во-эксплуатационных показателей движения.
Разработана методика выбора основных параметров трассы ВСМ в условиях сложного рельефа.
Практическая ценность. Предложенная в диссертационном исследовании методика выбора основных параметров трассы ВСМ в условиях сложного рельефа местности позволяет: на предпроектной стадии установить количественную оценку эксплуатационно-экономических показателей работы железной дороги по намеченным вариантам направления магистрали на участках преодоления значительных высотных препятствий, сократить число рассматриваемых проектных решений, сформировать эффективную область альтернатив параметров трассы; на стадии ТЭО-Проект обоснованно рекомендовать к реализации лучший из запроектированных вариантов трассы ВСМ на основе решения многокритериальной оптимизационной задачи, учитывающей совокупность технико-экономических показателей по каждому варианту трассы.
Результаты выполненных исследований могут быть использованы при разработке технического регламента нормативов по проектированию высокоскоростных магистралей, а также проектно-изыскательскими институтами при разработке проектов ВСМ.
Положения, выносимые на защиту.
Оценка влияния максимального уклона продольного профиля пути на
8 тягово-эксплуатационные показатели высокоскоростного движения.
Обоснование максимальной скорости поездов на участках ВСМ с крутыми затяжными спусками продольного профиля пути.
Анализ влияния параметров плана трассы на тягово-эксплуатационные показатели высокоскоростного движения.
Методика выбора основных параметров трассы ВСМ в условиях сложного рельефа местности.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и одобрены на конференциях МИИТа, проводимых в рамках «Неделя науки» (2001 - 2006 года), а также на заседаниях кафедры «Изыскания и проектирование железных дорог» МИИТа (2001-2006 гг).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 пе
чатных работах. '[
Структура диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Общий объем диссертационной работы - 180 страниц, в том числе 150 страниц основного текста, содержащего 22 таблицы, 37 рисунков и 18 страниц приложений. С^сокиспользованньк источников содержит 118 наименований.
В первой главе сделан обзор современного состояния высокоскоростного пассажирского движения за рубежом и перспективы его развития в России, определены цель и задачи исследования. Во второй главе проведен анализ влияния максимального уклона продольного профиля пути на тягово-эксплуатационные показатели движения. В третьей главе обоснована возможность существования для крутых затяжных уклонов рациональной скорости следования поезда по спуску. В четвертой главе рассмотрено влияние радиуса кривых и мест расположения их в пределах затяжных уклонов тягово-эксплуатационные показатели. В пятой главе предложена методика выбора основных параметров трассы ВСМ в условиях сложного рельефа местности и сделано экспериментальное проектирование результатов исследования.
1. РАЗВИТИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО
ПАССАЖИРСТКОГО СООБЩЕНИЯ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТРАССЫ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ
Отечественный опыт по исследованию проблемы повышения скоростей движения пассажирских поездов
Сооружение тоннеля под Ла-Маншем, строительство железнодорожных переходов через проливы Большой Бельт (Дания) и Эресунн (Дания-Швеция), также как и строительство нескольких крупных тоннелей и мостов между японскими островами, подтвердили возможность организации сети ВСМ не только в пределах материковых территорий.
Соглашение между SNCF и Deutsche Bahn отражает идею комплексного развития общеевропейской железнодорожной системы, которая придет на смену совокупности национальных железных дорог. А это единственный путь к сохранению железнодорожным транспортом своей доли европейского рынка пассажирских и грузовых перевозок.
В рамках реализации идеи комплексного развития транспортной системы в июле 1996 года Европарламент и Европейский совет одобрили комплекс мер по развитию Трансъевропейской транспортной сети (TENT), которая включает авто- и железные дороги, внутренние водные пути, морские порты, аэропорты и систему управления движением. Одной из составляющих TENT станет сеть высокоскоростных железных дорог, которые соединят крупнейшие города Европы. Ее ядром станет французская высокоскоростная сеть TGV, соединяющая основные города Франции.
В сеть высокоскоростных дорог войдут: британо-франко-бельгийская Eurostar, созданная в 1994 году, соединяющая Лондон с Лиллем, Парижем и Брюсселем и Thalys, созданная в 1997 году при участии Франции, Бельгии, Германии и Нидерландов, соединяющая Париж с Брюсселем, Амстердамом и Кёльном.
По данным журнала European Business, значительная доля инвестиций в развитие высокоскоростной сети железных дорог придется на Евросоюз, который недавно выделил 42 млрд. на основные железнодорожные проекты на период до 2010 года.
В свою очередь, успех внутрифранцузской сети TGV убедил правительства европейских государств принять французскую модель долгосрочного государственного финансирования высокоскоростных железных дорог. Правительство Испании выделило 41 млрд. на создание 7200 км сети высокоскоростных дорог, которые к 2007 году соединят основные испанские города. Ведется работа над маршрутом Мадрид-Барселона длиной 651 км, продолжением которого станет тоннель через Пиренеи. Он соединит испанскую сеть с французской TGV. Когда линия будет закончена, продолжительность путешествия из Амстердама в Барселону сократится до семи часов. В ноябре 2003 г. Испания и Португалия подписали соглашение о выделении 7,5 млрд. на проект постройки четырех новых высокоскоростных линий, соединяющих две страны. Первая, которая должна быть закончена в 2009 году, соединит Порту в северной Португалии с испанским Виго; вторая, между Лиссабоном и Мадридом, должна открыться к 2010 году; третья соединит Авейру и Саламанку в 2015 году, тогда как последняя, между Фару и Севильей, будет построена к 2018 году. Правительство Италии выделяет 28,8 млрд. на создание сети высокоскоростных железных дорог общей протяженностью 1000 км к 2008 году. В мае 2004 года Франция и Италия подписали соглашение о совместном финансировании высокоскоростной линии между Лионом и Турином, которая предполагает постройку тоннеля длиной 52 км в Альпах. Каждая из стран выделит на реализацию проекта 5 млрд., и еще 20% (2,5 млрд.) инвестирует ЕС. Линия должна быть запущена в 2015-2018 годах. В Германии летом 2002 года была запущена высокоскоростная линия между Кельном и Франкфуртом - на поездах ICE-3, которые развивают скорость 330 км/ч, время в пути длиной 151 км сократилось с 2 часов до 76 минут.
В настоящее время разрабатывается маршрут, который к 2017 году соединит Берлин с Мюнхеном, время поездки сократится с семи до четырех часов. Одновременно ведется работа над 780 км высокоскоростной линии между Штутгартом и Веной, которая станет частью дороги, соединяющей Париж с Веной и Братиславой. Хотя Болгария войдет в состав ЕС только в 2007 году, она получит финансирование от ЕС на постройку высокоскоростного участка до Греции и Турции; строительство должно быть закончен к 2011 году.
После относительно долгого перерыва в Японии была введена в эксплуатацию новая ВСМ. Линия Кагосима - Яцусиро длиной 128 км была введена в эксплуатацию 13 марта 2004 г. Продолжается строительство линии ВСМ от Яцусиро к городу Фукуока протяженностью 121км. После завершения строительства всей ВСМ в 2013 г. замкнется непрерывный высокоскоростной маршрут по территории двух японских островов Хонсю и Кюсю от Токио до Кагосимы.
На 2013 г. планируется и завершение ВСМ Мориока - Аомори, протяженностью 194 км, после чего по существующему подводному тоннелю Сейкан рельсы ВСМ придут и на остров Хоккайдо в город Саппоро. Относительно большие сроки сооружения новых японских ВСМ вызваны тем, что их трасса практически полностью проходит по искусственным сооружениям - преимущественно по тоннелям.
Высокоскоростная магистраль Токайдо Синкансен, несмотря на то, что в обращении с 2004 г. ежесуточно находится 291 поезд, уже не справляется с пассажиропотоком. В повестке дня стоит вопрос о создании нового кольцевого маршрута по ВСМ от Токио через Нагано, Тояма на Осака. Для этого ведется строительство участка Накано - Тояма и проектируется замыкающая часть от Тояма до Осака.
Принципиальным является вопрос о том, на какой основе осуществлять проект: в виде традиционной железной дороги - система «колесо - рельс» (технические решения, хорошо зарекомендовавшие себя на сети Синкансен) или на базе принципиально новой транспортной системы с подвижным составом на магнитном подвешивании (Maglev). Анализ рассмотренных источников [12, 18, 19, 22, 23, 32, 67, 69, 71, 74, 77, 80, 82, 85, 86, 87, 88, 91, 92, 103, 105] позволил выявить: Приоритетным направлением развития пассажирского железнодорожного сообщения в странах Европы и в Японии является скоростное и высокоскоростное пассажирское сообщение. В странах Западной Европы реконструируемые и новые линии объединяются в единую сеть скоростного и высокоскоростного сообщения, образуя транспортные коридоры значительной протяженности, что способствует интеграции стран Европы в Евросоюз. В настоящее время на высокоскоростных магистралях средняя скорость поездов составляет 270-300 км/ч. В мировой практике проектирования и строительства ВСМ в течение длительного периода времени (нескольких десятилетий) устойчиво проявляется тенденция использования все более крутых уклонов продольного профиля железнодорожного пути -до 35%о .
Исследование влияния максимального уклона продольного профиля пути на длину трассы ВСМ в условиях сложного рельефа
Одним из наиболее важных параметров трассы проектируемой железной дороги, оказывающим решающее влияние на длину линии, требуемые размеры капитальных вложений и эксплуатационных расходов, является крутизна максимального уклона продольного профиля пути. Располагая аналитическим выражением длины линии L в функции ограничивающего уклона /тах, можно уже на предпроектной стадии, используя лишь укрупненные
геометрические характеристики намеченных для трассирования направлений (величины преодолеваемых высот, значения средних естественных уклонов местности на характерных участках рельефа и др.), оценить конкурентоспособность вариантов трассы при различных значениях ограничивающего уклона. При наличии указанной зависимости Щтах) удается избежать значительного объема трудоемкой работы по проектированию плана и продольного профиля дороги. Укладка трассы требуется на более позднем этапе проектирования, но лишь для небольшого числа наиболее конкурентных вариантов направления линии и значений /max.
Задачей данного исследования является выбор для участков напряженного хода в сложных условиях рельефа местности такой аналитической зависимости L(imax), которая наиболее правдоподобно отражает особенности укладки трассы высокоскоростной специализированной магистрали при использовании крутых максимальных уклонов продольного профиля пути (до 40-45%о) и весьма больших радиусов кривых в плане (до 7000м). Это иссле 1 Стоимостные показатели расходов определены в базовых ценах 1984г. дование включает анализ результатов ранее выполненных работ по данной проблеме [37, 118], относящихся к трассированию однопутных железных дорог общесетевого значения со смешанными видами перевозок (грузовыми и пассажирскими).
Используемая в течение нескольких десятилетий наиболее простая и самая распространенная зависимость длины участков напряженного хода /нх, км, в функции крутизны руководящего уклона /р, %о, основывается на следующих допущениях: сумма преодолеваемых высот между начальной и конечной отметками трассы на участках напряженного хода принимается постоянной для разных значений руководящего уклона увеличение (уменьшение) крутизны руководящего уклона не приводит к изменению длины трассы на участках вольного хода. где ЛЯ - сумма преодолеваемых высот на рассматриваемом участке напряженного хода, м. Большой вклад в исследование зависимости длины линии от величины максимального уклона сделан профессором А.И. Иоаннисяном, установившим на основе анализа значительного числа проектов железнодорожных линий зависимость между отношением длин участков напряженного хода п и отношением рассматриваемых значений руководящего уклона т.
По данным А.И. Иоаннисяна [37] увеличение крутизны руководящего уклона на рассматриваемом направлении приводит к постепенному сокращению длин участков напряженного хода. Это достигается за счет того, что на все большем протяжении линии уклон трассирования будет превышать уклоны местности. В результате удельный вес участков искусственного развития трассы будет уменьшаться до тех пор, пока при каком-то значении руководящего уклона не будет достигнута наименьшая длина линии по этому направлению, откорректированная за счет обхода контурных препятствий. Используя результаты анализа проектных данных [37], В.А. Шеманаев установил [118] аналитическую зависимость между отношением длин участков напряженных ходов п и отношением значений руководящего уклона т, которая представлена эмпирической формулой:
Следует подчеркнуть, что формулы (2.1), (2.3) и (2.4) получены для трасс обычных железных дорог с максимальной величиной руководящего уклона продольного профиля пути не более 15%о и кривыми в плане радиусом не более 4000м.
Параметры трасс высокоскоростных магистралей, предназначенных для движения поездов с максимальной скоростью 300-350 км/ч, существенно отличаются от соответствующих параметров железных дорог общесетевого значения. Российскими нормами проектирования ВСМ [109] максимальный уклон продольного профиля пути установлен в размере 24%о, а в особо трудных топографических условиях при соответствующем технико-экономии-ческом обосновании он может быть увеличен ДО 35%0.
В мировой практике наблюдается тенденция к увеличению максимальной крутизны ограничивающего уклона. Так, в Германии на новой высокоскоростной линии Кельн - Франкфурт-на-Майне наибольший уклон продольного профиля принят 40%о. Такие крутые уклоны (35...40%о) могут потребоваться при пересечении трассой ВСМ значительных высотных препятствий - для ввода линии в тоннель или подъема на высокую эстакаду (на участках прохождения дороги по городской территории, плотно застроенной капитальными сооружениями).
Выполненное исследование [58], подтвердило высокую экономическую эффективность применения весьма крутых уклонов продольного профиля пути (40...45%о) на участках ВСМ, расположенных в сложных условиях рельефа.
Принятые схемы очертаний плана и продольного профиля участка ВСМ
Обоснование максимальной скорости поездов на высокоскоростных магистралях является одной из центральных задач эксплуатации таких линий. Особую значимость этот вопрос имеет для участков дорог, расположенных в условиях сложного рельефа, характеризуемого крутыми уклонами склонов и большой суммой преодолеваемых высот. В этих условиях, как показали предыдущие исследования [44, 58], экономически целесообразно применять крутые уклоны продольного профиля пути. В проблеме выбора максимальной скорости поездов на таких участках рельефа следует различать две задачи. Первая заключается в обосновании ( экономически рационального значения максимальной скорости поездов vm„ в пределах всего участка - глобальное ограничение скорости. Вторая задача связана с выбором рационального уровня ограничения максимальной скорости следования поездов по крутым затяжным спускам vorp при установленном значении глобального ограничения скорости vmax на данной линии. В общем случае vorp vmax. Исследование по решению первой задачи выполнено ранее [54]. Согласно полученным результатам: расход электроэнергии на тягу поездов ат всегда возрастает при увеличении vmax (были рассмотрены следующие значения vmax: 200,250,300 и 350 км/ч); расходы по пробегу поезда спр обычно сокращаются при увеличении vmax, однако, при сравнительно пологих значениях максимального уклона продольного профиля /тах (18—24%о) на кривой зависимости cnp(vmax) наблюдается минимум величины спр, который соответствует vmax=300 км/ч;
Постановка второй задачи - установление оптимального уровня ограничения максимальной скорости следования поездов по крутым затяжным спускам основана на следующих предположениях («интриге»). Если спуску предшествует подъем, при движении по которому скорость поезда значительно снижается, достигнув минимальной величины в последней точке подъема, то на последующем крутом спуске большого протяжения поезд, двигаясь в режиме полной тяги, может достигнуть максимально допускаемой скорости vmax (глобального ограничения) и оставшуюся часть спуска следовать с этой скоростью либо в режиме торможения, либо в режиме ограниченной тяги - в зависимости от крутизны спуска и величины vmax. Очевидно, что в этом случае средняя скорость поезда на данном участке будет максимальной, а время хода соответственно минимальным. При этом энергопотребление на тягу поезда окажется максимальным.
Такому варианту движения поезда по крутому затяжному спуску (с точки зрения увязки очертания кривой v(S) и режима движения) можно противопоставить следующий вариант: некоторую часть спуска, сравнительно небольшую, поезд следует в режиме полной тяги и, достигнув скорости vorp, которая существенно меньше vmax, оставшуюся большую протяженность спуска поезд преодолевает с этой скоростью vorp в режиме торможения, экономя электроэнергию. По сравнению с первым вариантом время хода возрастет. Но какой из этих двух вариантов движения и, соответственно, какой уровень ограничения максимальной скорости поезда на спуске окажется экономичнее по более общему критерию «эксплуатационные расходы», априори утверждать невозможно.
Результат и соответственно выбор наиболее эффективного варианта в значительной степени зависит от соотношения между vorp и vmax, величины уклона /тах и длины спуска с этим уклоном. Кроме того, на эффективность каждого из вариантов может оказать влияние общее очертание (конфигурация) продольного профиля ВСМ на участке значительного протяжения. Однако, есть основания предполагать, что в каждом конкретном случае существует оптимальное по тому или иному критерию значение максимальной скорости следования поездов по затяжным спускам. Решению этого вопроса посвящена данная глава.
Для исследования принят участок ВСМ, включающий два элемента продольного профиля пути с максимальной величиной уклонов одного направления (на спуск) /тах, имеющих разную длину - 15 и 10 км. Значение /тах рассмотрено в трех вариантах: 24, 30 и 42%о. Между этими элементами с уклоном /тах расположен один элемент продольного профиля с уклоном обратного направления, характеризуемый подъемом 18%о и длиной 10 км. Первому спуску с уклоном /тах предшествует подъем с уклоном 24%0 длиной 20 км, а за вторым спуском с тем же значением /тах следует подъем уклоном 14%о длиной 12 км. Общая протяженность рассматриваемого участка ВСМ составляет 67 км, схема продольного профиля этого участка приведена на рис. 3.1 (элементы профиля с уклонами переходной крутизны здесь не показаны).
Тяговые и эксплуатационно-экономические расчеты, как и в предыдущей главе 2, выполнены применительно к электропоезду с головными и промежуточными моторными вагонами, способному реализовать максимальную скорость vmax=350 км/ч (глобальное ограничение скорости на ВСМ).
Уровень ограничения максимальной скорости поезда vorp на спусках крутизной /тах рассмотрен в трех вариантах: 350, 300 и 250 км/ч. Таким образом, в первом варианте значение vorp =350 км/ч совпадает с принятой величиной глобального ограничения максимальной скорости vmax, т.е. в этом варианте дополнительного ограничения скорости поезда на крутых затяжных спусках не предусмотрено. Данный вариант является основой для сравнения с ним вариантов с другими значениями vorp.
Кривые скорости движения поезда v(S) по рассматриваемому участку ВСМ в направлении крутых спусков (условно «туда») показаны на рис. 3.1 для /тах=30%о при трех указанных величинах величины vorp. Для этих вариантов значение скорости в начальной точке участка принято одним и тем же 350 км/ч. С целью повышения объективности при сравнении эксплуатационно-экономических показателей рассматриваемых вариантов движения поезда желательно, чтобы и в конечной точке данного участка пути у этих вариантов скорости совпадали. Для этого в вариантах с уровнем ограничения скорости 350 и 300 км/ч в конце участка применено торможение, обеспечившее одинаковую для трех вариантов скорость поезда в конечной точке рассматриваемого участка.
Приближенное определение времени хода пары поездов по показателям трассы
Параметрами плана железнодорожного пути являются: радиусы круговых кривых; очертание и длины переходных кривых; минимальные длины прямых вставок между соседними кривыми.
Поскольку из перечисленных параметров плана линии наибольшее влияние на объемы и стоимость земляных работ и работ по возведению искусственных сооружений, а также на тягово-эксплуатационные показатели движения поездов оказывают круговые кривые, в данном исследовании основное внимание уделено оценке влияния параметров круговых кривых, применяемых на ВСМ.
Предыдущие исследования (глава 2) показали, что в сложных топографических условиях рельефа применение на ВСМ весьма крутых уклонов продольного профиля пути (вплоть до 40-45%о) в большинстве случаев обеспечивает значительное сокращение длины линии, уменьшение объемов строительных работ, а также улучшение тягово-эксплуатационных показателей движения поездов. При этом, для достижения существенной экономии в объемах земляных работ и работ по искусственным сооружениям, может потребоваться использование в плане кривых относительно малого радиуса - в некоторых случаях 2000-3000 м.
На высокоскоростных магистралях, на которых предусмотрено движение поездов с максимальной скоростью 300-350 км/ч, применение в плане кривых радиуса меньше 6000 и 7000 м может потребовать в определенных условиях уменьшения скорости в указанных кривых (ниже максимально возможной по условиям продольного профиля и тяги поезда).
Априори можно предположить, что изменения тягово-эксплуатационных показателей движения поездов в значительной степени зависят от места расположения кривых по отношению к очертанию продольного профиля пути, радиуса круговых кривых, протяженности кривых с разным радиусом, расстояния между соседними кривыми, а также от последовательности сочетания кривых разного радиуса (например, 6000, 4000 и 2000 м или наоборот 2000, 4000 и 6000м и др.). Однако представляется, что не любое уменьшение радиуса кривых, увеличение числа и протяженности кривых, сокращение расстояния между соседними кривыми обязательно приведут к существенному ухудшению тягово-эксплуатационных показателей движения поездов. Содержание данной главы исследования позволяет дать ответы на большинство из перечисленных вопросов и сформулировать соответствующие рекомендации по проектированию плана трассы высокоскоростных магистралей. 4.2 Оценка влияния радиуса кривых в плане на длину линии На длину линии влияет не только крутизна ограничивающего уклона продольного профиля пути, но и величины радиусов кривых в плане. Влияние последних неоднозначно. В одних случаях увеличение радиусов обеспечивает сокращение длины трассы, в других случаях длина линии может возрасти - результат зависит от особенностей топографических условий на характерных участках направления, прежде всего на участках напряженного хода, а также от принятого значения максимального уклона продольного профиля. С целью оценки влияния радиуса кривых на длину линии, по шести направлениям на 18 запроектированных трассах ВСМ, где первоначально были использованы кривые радиусом от 7000 до 4000 м, осуществлена частичная перепроектировка плана линии: исключены кривые радиусом 4000 и 5000 м; вместо них применены, там где это представляется рациональным, кривые радиусом 7000 и 6000 м. Получены следующие результаты. Увеличение радиусов кривых на трассах с /тах =40%о практически не повлияло на длину линии. На трассах с ітах= 0// Длина линии возросла не более чем на 2%. Для вариантов с /тах=20%о увеличение радиуса кривых привело к неоднозначному результа 97 ту: на одних направлениях ВСМ длина линии сократилась (не более чем на 5%), а на других направлениях длина трассы возросла (не более чем на 2%). Полученные результаты являются следствием существенного влияния на длину линии особенностей рельефа местности, в которой проектируется трасса ВСМ. Проведенный анализ позволяет сделать следующие рекомендации. 1. На предпроектной стадии по каждому из намеченных к рассмотрению направлений трассы ВСМ целесообразно при назначенных величинах /тах проложить на карте с горизонталями магистральный ход (на участках напряженного хода уложить линию нулевых работ), что дает первое представление о местах расположения и возможных значениях радиусов кривых в плане. Это позволяет уточнить расчетную длину линии. 2. На участках пути, где ожидаемые («продиктованные» рельефом) ра диусы кривых относительно невелики (существенно меньше 6000-7000 м), сле дует наметить возможные варианты корректировки магистрального хода при использовании кривых большего радиуса, что позволяет в конкретных услови ях рельефа, не прибегая к детальному проектированию плана и продольного профиля пути, приближенно оценить влияние радиусов кривых в плане на дли ну линии.
