Шайкулова А.А., Нурабаев Г.К.

Каз НТУ им. К.И.Сатпаева, г Алматы, РК

ОБОСНОВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОСТИ СПРЯМЛЕНИЕ ТРАССЫ С ЦЕЛЬЮ ВВЕДЕНИЯ СКОРОСТНОГО ДВИЖЕНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ

Ввод скоростного пассажирского движения на существующей железной дороге часто сопряжен с необходимостью значительной реконструкцией плана линии – увеличения радиусов круговых и длин переходных кривых, а также длин прямых вставок между смежными кривыми.

На практике, как правило, реконструкцию сложных случаев сочетания кривых – модулей, состоящих из двух и более смежных круговых кривых, не осуществлялось из-за трудностей, связанных с необходимостью выноса трассы на новое положение. И одним возможным решением этой трудности является спрямление трассы железных дорог на значительном протяжении.

Необходимо при спрямлении трассы на значительном протяжении предусматривать мероприятия по защите основных компонентов окружающей среды: физических полей, атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв, флоры и фауны от возможных неблагоприятных воздействий новой строящейся магистрали [1,2].

Спрямление трассы целесообразно осуществлять при сложно плане железнодорожной линии, а именно при наличии больших углов поворота и применении кривых недостаточного радиуса для прохождения подвижного состава с требуемыми скоростями.

Спрямление трассы на предварительной стадии можно оценить по такому критерию, как строительная стоимость. Рассмотрим улучшение параметров плана участка, состоящего из одиночных кривых с малыми радиусами, при реконструкции линии и при спрямлении (строительство новой) трассы.

Длина реконструкции участка находится, как:

L_p=R_n*, м. (1)

где, R_n – проектное значение радиуса, м; сумма – углов поворота кривых, радианы.

Подсчет стоимости реконструкции и строительства нового спрямленного участка на стадии сравнения производится по укрупненным показателям и по главным составляющим: земляные работы, верхнее строение пути, электрификация и искусственные сооружения. В таблице 1 представлены показатели стоимости основных составляющих при реконструкции участка и при сооружении нового пути.

В таблице указаны единичные стоимостные показатели, зависящие от длины участка - a_bc, a_эл, δ, а также γ – коэффициент, учитывающий удорожание строительных работ по реконструкции трассы при непрерывном движении поездов.

Таблица 1 Составляющие строительной стоимости при реконструкции и строительстве нового участка.

Составляющие строительной стоимости	При реконструкции участка	При строительстве нового участка
Земляные работы	Lp*q'cp*γ	Lc*q''cp
Верхнее строение пути	Lp*abc	Lc*abc
Электрификация	Lp*aэл	Lc*aэл
Искусственные сооружения	Lp*q'cp*δ	Lc*q''cp*δ

Осуществление спрямления по частному критерию строительной стоимости целесообразно производить, если выполняется условие: K_c ≤ K_p, то есть

L_c*( q''_cp+ a_bc+ a_эл+ q''_cp* δ)≤ R_n**( q'_cp* γ + a_bc+ a_эл+ q'_cp* δ) (2)

отсюда следует, что:

L_с≤R_n**μ, м (3)

где, μ коэффициент, учитывающий единичные расценки и равный:

μ= (4)

Более общим критерием являются приведенные строительно-эксплуатационные затраты, что позволяет учесть характер и грузонапряженность линии, на которой рассматривается вариант спрямления.

На предварительной стадии можно оценить технико-экономическую целесообразность спрямления трассы по сокращению длины, используя формулу:

ΔL≥, км (5)

где - стоимость строительства нового участка, тыс. у.е.; - стоимость реконструкции, тыс. у.е.; N – число поездов в грузовом направлении, тыс. поездов в год; е – стоимость одного поездо-км, у.е.; k – стоимость содержания постоянных устройств, тыс. у.е./км в год; Е – норма дисконта.

Приведенные затраты на реконструкцию линии включает в себя:

Э_р=L_p*а_p+L_сущ(α*N*e+k)*, тыс. у.е.. (6)

где L_p – длина реконструкции участка, км; a_p – стоимость реконструкции одного километра, тыс. у.е./км; L_сущ - длина существующего участка, км; α – коэффициент, учитывающий равномерность распределения грузопотока по направлениям.

Приведенные затраты на строительство нового спрямленного участка составят:

Э_с=L_с*a_с+L_с(α*N*e+k)*, тыс. у.е.. (7)

где L_с – длина спрямленного участка, км; a_с – стоимость сооружения одного километра спрямленного участка, тыс. у.е./км;

При известной доле протяженности, участков, подлежащих реконструкции под скоростное движение от общей длины существующей трассы (λ) выражение (6) можно записать в следующем виде:

Э_р= λ L_сущ*a_p+L_сущ(α*N*e+k)*, тыс. у.е.. (8)

Спрямление трассы целесообразно производить, при условии, что Э_р> Э_c, когда удельная протяженность участков реконструкции:

λ≥, (9)

где с=(α*N*e+k) * - эксплуатационные расходы на один километр, тыс. у.е./км; - сокращение длины существующего участка при спрямлении трассы, км.

Если принять, что стоимость строительства одного километра нового участка линии больше затрат на реконструкцию в γ раз, то выражение (4.9) можно упростить,тогда:

, (10)

где b= - константа.

Проанализировав формулу (10), можно сделать вывод о том, что λ зависит, прежде всего, от длин существующего и спрямленного участков.

Ввод скоростного пассажирского движения осуществляется, главным образом, для того, чтобы железнодорожный транспорт мог конкурировать с автомобильным. Решающим фактором является время поездки. При спрямлении трассы выигрыш во времени (Δt) может быть более существенным, чем при реконструкции плана линии.

Выигрыш во времени можно найти, используя следующую формулу, мин:
Δt=60*, мин. (12)

где, V_C; V_н – соответственно скорости на существующем и спрямленном участке, км/ч; V_C - это скорость движения поездов, которая получается после частичной реконструкции трассы, когда полная реконструкция затрудняется из-за сложных условий плана. На практике скорость движения поездов на реконструируемом участке не всегда достигает заданного значения, поэтому снятие ограничения скорости по сложным участкам плана требует радикальных способов реконструкции.

При спрямлении трассы могут возникнуть несколько вариантов либо подвариантов прохождения новых участков и главным критерием для сравнения данных вариантов является показатели приведенных затрат.

Так, например, к спрямлению трассы железных дорог при вводе скоростного пассажирского движения можно, в известной степени, отнести также вариант исключения средней кривой при реконструкции модуля, состоящего их трех обратных кривых.

При этом максимальный радиус, который можно использовать, находится по следующей формуле:

R_max=, м.

где, L₁₃ – расстояние между ВУ первой и третьей кривой, м; D_p - нормативная длина прямой вставки, м; α₁, α₃ – угол поворота соответственно первой и третьей кривой, градусы; β₁, β₁ - угол между осями существующей и проектной трассы соответственно первой и третьей кривой, градусы.

Используя спрямление сложных участков трассы, можно добиться значительного улучшения характеристик многих железнодорожных линий, на которых вводится скоростное пассажирское движение.

В качестве примера был рассмотрен условных Ю(южный), Г(глобальный), С(северный) три участка железной дороги, на которой предусматривается введение скоростного пассажирского движения, что требует снятия ограничения скорости, в том числе и за счет реконструкции плана трассы. Линия двухпутная, первой категории с руководящим уклонов – 9%, длина рассматриваемого участка – 37км.

План трассы:

- протяжение прямых и кривых участков на трассе составляет 22368м и 14632м соответственно;

- средний радиус соответствует 1366м;

-минимальный радиус – 849м;

- максимальный радиус – 4310м.

Улучшение характеристик трассы данного участка для введения скоростного движения (V_пас = 160км/ч) путем реконструкции линии было рассмотрено при участии автора в дипломном проекте студента 4 курса КУПС Тулегенова Б.Н., где скорости движения пассажирских поездов увеличивались за счет снятия ограничений по плану линии.

Для спрямления трассы данного участка было запроектированы три варианта – Южный, Северный и Глобальный. Основные характеристики вариантов представлены в таблице 2.

Разница в длине существующего и спрямленного участков следующая:

- Южный: 362,47м;

- Глобальный: 4311,44м;

- Северный: 407,89м.

Произведем технико-экономическую оценку вариантов спрямления по вышеуказанным критериям.

Подставляя значения в правую и левую часть выражения (3), а затем и в формулу (5) для всех трех вариантов спрямления, получим, что по критериям строительной стоимости и разницы в длине целесообразно спрямление трассы по Северному варианту.

Таблица 2 Основные характеристики вариантов спрямленных участков.

Показатели	Варианты спрямленных участков
	Глобальный	Южный	Северный
Протяженность, км	25,8	18,0	12,6
План линии: - радиус, м - сумма углов поворота, градусы - протяженность прямых, м - протяженность кривых, м	2000 75 23182,20 2617,80	2000 156 12554,98 5445,02	2000 135 7887,62 4712,38
Продольный профиль: - протяжение площадок, м - протяжение участков с руководящим уклоном, м	0 11800	1600 3600	0 4000
Объем земляных работ, тыс.м^3	4553,94	652,72	301,62

Подсчитаем показатели приведенных затрат для реконструкции существующего плана и для вариантов спрямления. Результаты подсчитанных приведенных затрат сведены в таблицу 3.

Таблица 3 Приведенные затраты.

Улучшение параметров существующего плана	Значение приведенных затрат, тыс. у.е.(условных единиц)
Вариант реконструкции	25185
Южный вариант спрямления	15204
Северный вариант спрямления	10269
Глобальный вариант спрямления	32536

По результатам таблицы 3 можно сказать о том, что спрямление трассы по Южному и Северному вариантам требует меньших затрат, чем реконструкция сложных участков плана линии для введения скоростного движения поездов.

Результаты сравнения с критерием приведенных затрат, используя формулу (10) приведены в таблице 4. Так как соотношение длин реконструкции и существующего плана постоянно (0,35), то изменяется только правая часть выражения (10).

Итог сравнения величины критерия – 0,35 с результатами таблицы 4, а именно, что для улучшения параметров плана целесообразней Северный и Южный варианты спрямления, аналогичен результатам, полученным при анализе таблицы 3.

Итак, после сравнительного анализа можно сказать, сто из предложенных вариантов спрямления наиболее целесообразен к реализации Северный вариант, так как данный вариант на предварительной стадии удовлетворяет всем поставленным критериям. Длина спрямляющего участка – 12,6км, выигрыш во времени составит 8,47мин, общая длина участка сократится на 0,4км. Но также следует более подробно рассмотреть возможность спрямления трассы по Южному варианту, так как сравнение с главным критерием – значением приведенных затрат показал целесообразность улучшения характеристик плана по этому варианту спрямления трассы. Длина Южного варианта – 18,0км, выигрыш во времени составит 8,5 мин, общая длина участка сократится на 0,36км.

Таблица 4. Оценка вариантов спрямления.

Вариант спрямления	Критерий
Южный	0,30
Северный	0,20
Глобальный	0,39

Сравнение вариантов спрямления по критерию ЧДД следует применять, когда варианты существенно различаются по величине получаемого результата.

Литература:

1. Проектирование высокоскоростных специализированных железнодорожных магистралей. /И.И. Кантор, В.А. Копыленко, В.Ю. Козлов, Л.В. Элькина; Под ред. И.И. Кантора. М.: МИИТ, 1996. – 67.

2. Проектирование путевого развития железнодорожных станций. Справочное и методическое руководство. /Под ред. Г.З. Верцмана и К.Г. Гусевой. М.: Транспорт, 1973. – 127 стр.