674
.pdfСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
Учебное пособие
НОВОСИБИРСК 2009
УДК 625.11
Р47
Решение задач проектирования реконструкции железных дорог: Учеб. пособие / Г.П. Ващенко, Т.В. Лукьянович, В.И. Ядрошников, Л.В. Николаева, С.А. Тихомиров. — Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2009. — 60 с.
ISBN 5-93461-393-6
Изложена методика решения основных задач проектирования реконструкции существующих железных дорог для их усиления и приведения в соответствие с нормами проектирования.
Рассмотрены расчет выправки кривой в плане, методика реконструкции продольного профиля и поперечных профилей железнодорожного пути, расчет схода на прямых и кривых участках, а также габаритного уширения на двухпутных линиях. Даны примеры решения.
Пособие предназначено для студентов вузов железнодорожного транспорта всех форм обучения по специальности 270204 — Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство.
Утвержденоредакционно-издательскимсоветомуниверситета в качестве учебного пособия.
Ответственный редактор канд. техн. наук, доц. каф. «Изыскания, проектирование
и постройка железных и автомобильных дорог» СГУПСа
Г.П. Ващенко
Р е ц е н з е н т ы:
завкафедрой«Путьижелезнодорожноестроительство»Уральского государственного университета путей сообщения д-р техн.
наук, проф. Г.А. Аккерман
замначальника Западно-Сибирской железной дороги канд.
техн. наук И.Я. Пименов
главныйинженерпроектаинститута«Сибжелдорпроект»канд.
техн. наук А.Д. Цигипов
главныйспециалистотделаизысканийОАО«Сибгипротранс»
В.Н. Мазуренко
ISBN 5-93461-393-6
Ващенко Г.П., Лукьянович Т.В., Ядрошников В.И., Николаева Л.В., Тихомиров С.А., 2009
Сибирский государственный университет
путей сообщения, 2009
ВВЕДЕНИЕ
Вданных методических указаниях представлены методы решения основных задач проектирования реконструкции и усиления существующих железных дорог, которые изучаются в заключительном разделе курса «Изыскания и проектирование железных дорог».
Изложен метод расчета выправки расстроенной кривой в плане, представленной стрелами изгиба по хорде 10 м.
Показана методика проектирования переустройства продольного профиля существующей железной дороги для приведения его в соответствие с нормами, с возможной сменой верхнего строения пути.
Изложеныалгоритмырешения рядазадачпопроектированию плана второго пути.
Представлена методика проектирования реконструкции поперечных профилей существующего земляного полотна.
Вкурсовом проектировании перечисленные задачи решаются на участке существующей железной дороги, заданном схематическим продольным профилем длиной несколько километров.
Вдипломном проекте рассматривается участок в два перегона
свыбором лимитирующего, имеющего большее время хода на пару поездов.
3
1. ПЕРЕУСТРОЙСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КРИВЫХ С СИММЕТРИЧНЫМИ ПЕРЕХОДНЫМИ КРИВЫМИ ЗАДАННОЙ ДЛИНЫ
1.1. Расчет выправки кривой
Рассматривается расчет выправки расстроенной в процессе эксплуатации кривой, основанный на теории нормалей [4].
Эпюра проектныхи натурных стрел в этом случае будет иметь вид, представленный на рис. 1.1 [4, рис. 50].
|
K |
|
|
fi |
LI |
|
Fi |
|
0 |
C |
I |
|
l1 |
Lc |
Рис. 1.1. Эпюра проектных и натурных стрел
1.1.1. Предварительные расчеты
Расчеты проводятся в табличной форме (табл.1.1) [4, табл. 13], где в гр. 3 записываются измеренные натурные стрелы fi, а в гр. 4 — исправленные натурные стрелы fi.
Проверка правильности измерения натурных стрел проводится по формуле [4, ф-ла (7)]
|
2 |
N |
|
2S |
|
|
|
|
fi |
|
, |
(1.1) |
|||
a |
|
||||||
|
0 |
|
a |
|
|||
величина является углом поворота кривой (рад), a = 10 000 мм
—хорда съемки.
Погрешность измерения стрел по модулю не должна превы-
шать
| S | = 1,5 
N (при одинаковых гр. 3 и 4 эта погрешность равна нулю).
Подсчитываются первые S и вторые S суммы стрел изгиба и записываются соответственно в гр. 5 и 6. При этом сумма значений гр. 4 должна быть равна последнему значению гр. 5, а
4
сумма значений гр. 5 — последнему значению гр. 6. Сумма значений гр. 6 равна тройной сумме стрел изгиба.
1.2. Определение положения характерных точек
Находим расстояние до центра тяжести эпюры натурных стрел:
Lc |
|
S |
. |
(1.2) |
|
||||
|
|
S |
|
|
Вычисляем значение квадрата радиуса инерции эпюры натурных стрел:
2 |
|
S |
|
S |
S |
|
||
r0 |
2 |
|
|
|
1 |
|
. |
(1.3) |
S |
|
|
||||||
|
|
|
S |
S |
|
|||
Определяем длину круговой кривой при nср = 0:
K 12r2 |
l2 . |
(1.4) |
0 |
1 |
|
Определяем проектную стрелу в пределах круговой кривой:
F |
S |
|
(1.5) |
|
K |
||||
|
|
|||
и соответствующий ей радиус
R |
500a2 |
|
|
|
. |
(1.6) |
|
|
|||
|
F |
|
|
Расстояние от последней точки съемки I до начала выходной переходной кривой
LI |
|
S |
|
|
K l1 |
. |
(1.7) |
S |
|
||||||
|
|
2 |
|
|
|||
Определяем пикетажные значения характерных точек:
начало первой переходной кривой НПК1 I Lc |
K l1 |
; |
|||||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
начало круговой кривой HKK I Lc |
K |
HПК1 |
|
l1 |
; |
||
|
|
||||||
2 |
|
|
2 |
|
|
||
конец первой переходной кривой КПК1 = НПК1 + l1; |
(1.8) |
||||||
конец второй переходной кривой КПК2 = I – LI – l1;
конец круговой кривой KKK I LI l1 ; 2
начало второй переходной кривой НПК2 = I – LI.
Все длины и пикетажныезначения характерных точек вычисляются в дам с точностью до 0,001 м (дам — отрезок длиной 10 м).
5
1.3. Определение проектных стрел
Рассчитываем проектные стрелы для точек в пределах переходных кривых:
F
первой — Fi l1 i НПК1 , i = 1, 2, 3, …;
второй — F |
F |
НПК i , |
i I,I 1,I 2,... . |
(1.9) |
l |
|
|||
i |
2 |
|
|
1
Проектные стрелы заносятся в гр. 7 и корректируются так, чтобы
N N
Fi fi.
11
1.4.Расчет сдвигов
Находим разность проектных и натурных стрел в каждой точке деления fi = fi – Fi и записываем в гр. 8.
Вгр. 9 записываются удвоенные разности стрел со сдвигом на одну точку вперед по ходу нумерации точек.
Вгр. 10 записываем сумму удвоенных разностей, а в гр. 11 — сумму сумм удвоенных разностей. Следовательно, в гр. 11 запишется величина сдвига сосвоим знаком. Напомним, что знак «минус» показывает сдвиг внутрь, а «плюс» — наружу кривой.
Так как fi = Fi, то нормаль в последней точке должна быть равна нулю.
Полученную невязку распределяем на все точки.
Невязка в последней точке возникает из-за округления проектных стрел до 1мм.
Вкурсовой работе невязку можно распределять полинейному закону, равномерно [4, табл. 13]. Более подробно о распределении невязки можно прочитать в [4, с. 109–111].
Пример.
ТребуетсярассчитатьвыправкукривойПК288+20…ПК292+20, если длина l1 = 60 м = 6 дам.
1.Предварительныерасчеты.Приуглеповорота =0,23855 рад из формулы (1.1)
fi |
a |
10000 0,23855 |
1193 мм, |
||
N |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
2 |
|
||
6
Невязка 1197 – 1193 = 4 мм < 1,5
37 [4].
Уменьшаем стрелы в точках 9, 15, 19 и 28. Сместив на одну точку вперед,найдем последовательно Si и Si для каждой точки. Так, в точке 3
S3 = 4, S3 = 0 + 4 = 4,
в точке 4 S4 = 4 + 12 = 16, S4 = 4 + 16 = 20 и т. д. (см. табл. 1.1).
В результате расчетов получаем
40 |
|
40 |
S fi |
1193 мм; |
S Si 23987 мм; |
2 |
|
3 |
40
S Si 300816 мм при I = 40.
3
2. Определим положение характерных точек и длины по формулам (1.2)…(1.8):
Lc 23987 20,106 дам, 1193
r02 2 300816 20,106 21,106 79,945 дам2, 1193
K 
12 79,945 62 30,386 дам,
F 1193 39,25 мм. 30,386
Округляем до целого числа и принимаем проектную стрелу в пределах круговой: F = 39 мм, тогда по формуле (1.6) R = = 1282 м.
Положение характерныхточек пикетажа определяемв точках деления кривойдамами,т.е.через10м,ив дамах,поф-лам(1.8), а также в обычном пикетаже от начала кривой, ПК+.
НПК1 = 40 – 20,106 – |
30,386 6 |
= 1,701 дам, или ПК 288+37,01; |
|
|
|||
2 |
|
|
|
КПК1 = 1,701 + 6 = 7,701 дам, |
ПК 288+97,01; |
||
НКК = 1,701 + 3 = 4,701 дам, |
ПК 288+67,01; |
||
ККК = 4,701 + 30,386 = 35,087 дам, |
ПК 291+70,87; |
||
НПК2 = 35,087 + 3 = 38,087 дам, |
ПК 292+0,87; |
||
КПК2 = 35,087 – 3 = 32,087 дам, |
ПК 291+40,87. |
||
Расстояние от последней точки I = 40 до НПК2
LI = I – НПК2 = 40 – 38,087 = 1,913 дам.
7
3. Определяем проектные стрелы по формулам (1.9):
|
|
F |
39 |
(2 1,701) 2 мм; |
|
||||||
|
|
6 |
|
||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
F3 |
|
|
39 |
(3 1,701) 8 мм; |
и т.д. по первой |
|||
переходной кривой. |
6 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
По второй переходной кривой |
|
||||||||||
F |
|
39 |
|
(38,087 38) 0,087 1 мм; |
|||||||
|
|
||||||||||
38 |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
F37 |
|
|
39 |
(38,087 37) 8 мм и т.д. по второй пе- |
|||||||
|
|
||||||||||
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
||
реходной кривой.
При этом Fi = fi = 1193 мм.
4. Подсчитываем нормали как сумму сумм удвоенных разностей стрел, сдвинутых на одно деление вперед.
|
4 |
|
Так |
n4 n4 |
0 4 (4 8) 16 мм, |
|
1 |
|
n5 = (12 + 2) + 16 = 30 мм и т.д.
В результате округления значений проектных стрел до целых чисел при вычислениях в конце кривой сдвижка не равна нулю. Разбрасываемневязку–26мм равномерно поточкам (гр.13табл. 1.1 расчета). Правильность вычисления нормалей можно проверить по формуле
Fi fi ni ni 1 ni 1 . 2
Полностьюрасчетвыправкипредставленниже,втабл.1.1,где все величины в гр 3…13 — в миллиметрах.
Таблица 1.1
Расчет выправки кривой
|
|
|
fi |
|
|
|
|
|
|
|
Ис- |
По- |
|
|
Но- |
|
ис- |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
fi |
|
|
Fi |
fi – |
2(fi – |
2(fi – |
ni |
пра- |
пра- |
|||
ПК + |
мер |
прав- |
S |
S |
|||||||||
– Fi |
– Fi) |
– Fi) |
влен. |
вки |
|||||||||
|
точки |
|
лен- |
|
|
|
|
|
|
|
ni |
ni |
|
|
|
|
ные |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
|
288+20 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
4 |
4 |
0 |
0 |
2 |
2 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
3 |
12 |
12 |
4 |
4 |
8 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
0 |
|
|
4 |
16 |
16 |
16 |
20 |
15 |
1 |
8 |
12 |
16 |
16 |
0 |
|
|
5 |
24 |
24 |
32 |
52 |
22 |
2 |
2 |
14 |
30 |
31 |
1 |
8
Окончание табл. 1.1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
|
6 |
26 |
26 |
56 |
108 |
28 |
–2 |
4 |
18 |
48 |
50 |
2 |
|
7 |
38 |
38 |
82 |
190 |
34 |
4 |
–4 |
14 |
62 |
65 |
3 |
|
8 |
42 |
42 |
120 |
310 |
39 |
3 |
8 |
22 |
84 |
88 |
4 |
|
9 |
28 |
27 |
62 |
472 |
39 |
–12 |
6 |
28 |
112 |
117 |
5 |
289+20 |
10 |
28 |
28 |
189 |
661 |
39 |
–11 |
–24 |
4 |
116 |
121 |
5 |
|
11 |
40 |
40 |
217 |
878 |
40 |
0 |
–22 |
–18 |
98 |
104 |
6 |
|
12 |
40 |
40 |
257 |
1135 |
39 |
1 |
0 |
–18 |
80 |
87 |
7 |
|
13 |
33 |
33 |
297 |
1432 |
39 |
–6 |
2 |
–16 |
64 |
72 |
8 |
|
14 |
34 |
34 |
330 |
1762 |
39 |
–5 |
–12 |
–28 |
36 |
45 |
9 |
|
15 |
46 |
47 |
364 |
2126 |
40 |
7 |
–10 |
–38 |
–2 |
7 |
9 |
|
16 |
46 |
46 |
411 |
2537 |
40 |
6 |
14 |
–21 |
–26 |
–16 |
10 |
|
17 |
45 |
45 |
457 |
2994 |
40 |
5 |
12 |
–12 |
–38 |
–27 |
11 |
|
18 |
45 |
45 |
502 |
3496 |
40 |
5 |
10 |
–2 |
–40 |
–28 |
12 |
|
19 |
42 |
41 |
547 |
4043 |
40 |
1 |
10 |
8 |
–32 |
–20 |
12 |
290+20 |
20 |
40 |
40 |
588 |
4631 |
39 |
1 |
2 |
10 |
–22 |
–9 |
13 |
|
21 |
35 |
35 |
628 |
5259 |
39 |
–4 |
2 |
12 |
–10 |
4 |
14 |
|
22 |
35 |
35 |
663 |
5922 |
39 |
–4 |
–8 |
4 |
–6 |
9 |
15 |
|
23 |
34 |
34 |
698 |
6620 |
40 |
–6 |
–8 |
–4 |
–10 |
6 |
16 |
|
24 |
36 |
36 |
732 |
7352 |
39 |
–3 |
–12 |
–16 |
–26 |
–10 |
16 |
|
25 |
41 |
41 |
768 |
8120 |
39 |
2 |
–6 |
–22 |
–48 |
–31 |
17 |
|
26 |
42 |
42 |
809 |
8929 |
39 |
3 |
4 |
–18 |
–66 |
–58 |
18 |
|
27 |
46 |
46 |
851 |
9780 |
40 |
6 |
6 |
–12 |
–78 |
–59 |
19 |
|
28 |
50 |
49 |
897 |
10667 |
39 |
10 |
12 |
0 |
–78 |
–59 |
19 |
|
29 |
38 |
38 |
946 |
11623 |
39 |
–1 |
20 |
20 |
–58 |
–38 |
20 |
291+20 |
30 |
38 |
38 |
984 |
12607 |
39 |
–1 |
–2 |
18 |
–40 |
–19 |
21 |
|
31 |
38 |
38 |
1022 |
13629 |
39 |
–1 |
–2 |
16 |
–24 |
–2 |
22 |
|
32 |
37 |
37 |
1060 |
14689 |
39 |
–2 |
–2 |
14 |
–10 |
13 |
23 |
|
33 |
26 |
26 |
1097 |
15786 |
33 |
–7 |
–4 |
10 |
0 |
23 |
23 |
|
34 |
24 |
24 |
1123 |
16909 |
27 |
–3 |
–14 |
–4 |
–4 |
20 |
24 |
|
35 |
20 |
20 |
1147 |
18056 |
20 |
0 |
–6 |
–10 |
–14 |
10 |
24 |
|
36 |
18 |
18 |
1167 |
19223 |
13 |
5 |
0 |
–10 |
–24 |
1 |
25 |
|
37 |
6 |
6 |
1185 |
20108 |
7 |
–1 |
10 |
0 |
–24 |
2 |
26 |
|
38 |
2 |
2 |
1191 |
21599 |
1 |
1 |
–2 |
–2 |
–26 |
0 |
26 |
|
39 |
0 |
0 |
1193 |
22792 |
0 |
0 |
2 |
0 |
–26 |
0 |
26 |
|
40 |
0 |
0 |
1193 |
23985 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
292+20 |
41 |
1197 |
1193 |
23987 |
300816 |
|
|
|
|
|
|
|
1.5. Об автоматизации задач проектирования плана линии
Изложенные в данном методическом пособии принципы и практические приемы решения задач по проектированию реконструкции существующей железнодорожной линии отражают традиционную, так называемую бумажную технологию проектных работ.
Надежным инструментом в разработке проектов реконструкции в настоящий момент являются различного рода САПР, а также отдельные программныепродукты,широкоиспользуемые практически в каждой проектной организации.
Кафедра «Изыскания, проектирование и постройка автомобильных и железных дорог» в качестве одного из базовых программных продуктов по автоматизированному проектированию выправки железнодорожных кривых использует в процессе обучения систему«Навигатор», внедреннуюпрактическивовсех филиалах ОАО «РЖД».
9
Составная часть программного комплекса «Навигатор» — программа «Расчет выправки кривой» — позволяет:
а) оценить существующее (натурное) положение кривой, определив ее параметры, а также пикетажное значение характерных точек;
б) подобрать такие проектные параметры кривой, которые бы отвечали требованиям нормативов, обеспечивая при этом допускаемые величины сдвигов (рихтовок) для конкретных условий; в) оценить допускаемый уровень скоростей движения в дан-
ной кривой по нескольким параметрам.
Программа «Расчет выправки кривой» (RVK) позволяет проводить расчеты как для однорадиусной, так и для сложной (многорадиусной) кривой.
Исходными данными для расчета являются результаты съемки кривой, выполненные методом Гоникберга или стреловым методом, скорости в грузовом и пассажирском движении по данной кривой, шаг съемки кривой.
Результаты расчета:
а)параметрыкривой:уголповорота,радиускруговойкривой, длины переходных кривых;
б) пикетажное значение характерных точек кривой (НПК, НКК, КПК, КПК , ККК, НПК );
в)возвышениенаружногорельса, уклоны отвода возвышения в пределах переходных кривых;
г)величины проектныхстрел,сдвигов, возвышениенаружного рельса в каждой точке кривой;
д) уровень допускаемых скоростей движения.
Инструкция по использованию программы имеется на кафедре «Изысканий..» и в справках программы.
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕКОНСТРУКЦИИ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
2.1. Исходные данные
Основным техническим документом, разрабатываемым при проектированииреконструкциипродольногопрофиля железных дорог, является утрированный продольный профиль. Основными исходными материалами для составления этого технического
1 0