Рельсовые пути трамваев - Проектирование продольного профиля линии

Вертикальное положение трамвайного или внутризаводского пути определяется абсолютными или относительными отметками его конструктивных элементов (головки рельса, оси или бровки земляного полотна) в характерных точках продольного или поперечного сечения. Эти отметки, естественно, неодинаковы и, следовательно, соединяющие их линии имеют уклоны разной величины и разного направления: спуски, подъемы, горизонтальные площадки.
Проектирование вертикального положения пути, т. е. определение его отметок в указанных характерных точках, соединяющих их уклонов и других характеристик, осуществляется составлением и расчетом продольных и поперечных профилей, а в некоторых случаях так называемых красных (проектных) горизонталей.
Если линия проектируется независимо от городской улицы или внутризаводского проезда, достаточно разработки продольного и поперечных профилей, если необходима увязка с существующей застройкой, вертикальной планировкой безрельсовых дорог и другими элементами городской или промышленной площадки, целесообразно составление профилей дополнить проектными горизонталями. Общие сведения о продольном профиле и содержащейся в нем информации приведены в гл. I.
Так же как и к трассированию линии в плане, к проектированию продольного профиля рельсовых путей предъявляют некоторые обязательные требования. Основные из них:
продольный профиль должен обеспечивать безопасность и плавность движения поездов. Для этого установлены ограничения по так называемому общему шагу проектирования (наименьшей длине элемента профиля — расстоянию между соседними точками его перелома), минимальной длине площадок, разделяющих соседние уклоны, а также по условиям сопряжения смежных элементов профиля. Наименее благоприятны по условиям плавности движения резкие «ямы», «горбы» или «уступы» — так называют участки пути с профилем вогнутого, выпуклого или ступенчатого очертания;
продольный профиль должен быть экономичен, т. е. при проектировании следует так подбирать уклоны и длины его элементов, чтобы приведенные расходы были бы минимальны. Кроме того, дополнительное сопротивление движению от подъемов нигде не должно превышать расчетных значений;
продольный профиль должен обеспечивать надежный водоотвод от пути, а при необходимости и всего примыкающего малого бассейна на улице, заводской площадке и т. д.;
положение элементов продольного профиля и особенно его переломов должно быть увязано с планом линии. Не следует допускать совпадения вертикальных и горизонтальных переходных кривых без специального технико-экономического обоснования. Переломы профиля должны размещаться вне переходных кривых в плане на расстоянии от их начала или конца не менее тангенса вертикальной кривой. В пределах круговых кривых такое размещение переломов профиля допускается во всех случаях.
Эти общие требования справедливы как для трамвайных, так и для внутризаводских рельсовых путей. Однако нормы и ограничения, вытекающие из этих требований, различны.
На внутренних железнодорожных путях, по которым обращаются поезда и маневровые подачи, предельная крутизна (отношение разности соседних отметок к разделяющей их протяженности) определяется. так называемым руководящим уклоном. Руководящий уклон — это наибольший уклон на прямом участке, по которому рассчитывается нормативная масса поезда при заданной тяге и скорости движения. Такой предельный уклон для соединительных путей устанавливается в 30%, а для карьерных и лесовозных путей — в 40%. Наибольший допускаемый уклон соединительного пути при условии оборудования поезда достаточными тормозными средствами может быть более 40%, но не круче 60%. Следует иметь в виду, что так как на кривых участках пути появляются дополнительные сопротивления движению, а сумма сопротивлений от кривых и от уклонов не должна превышать строго определенной величины, крутизну руководящего уклона на кривых нужно уменьшить. Величина этого уменьшения, которая называется эквивалентным уклоном (подъемом), определяется как i=7-103/Rg-1, где R — радиус кривой, м, a g — ускорение свободного падения, м/с2.
Уклоны (спуски) на подходе к грузовым фронтам при наличии на вагонах включенных тормозов не должны превышать 20%. Если тормоза не включаются, то наибольший уклон определяется в зависимости от массы подачи и типа локомотива (от 4 до 20%).
Пути для перевозки горячих грузов, как правило, должны располагаться на горизонтальной площадке. Так же размещаются внутризаводские станции и разъезды, где выполняются маневровые работы. Лишь в трудных условиях допускается увеличение уклона станционной площадки до 2,5%0.
Постоянные пути в пределах грузовых фронтов также должны проектироваться на площадке или уклоне не круче 1,5%0 и лишь при необходимом обосновании до 2,5%. Не круче 2,5% должны быть уклоны на передвижных погрузочно-выгрузочных путях, и лишь при производстве грузовых операций без отцепки локомотива они могут достигать 10%0.
Для уменьшения объемов земляных работ элементы продольного профиля следовало бы проектировать короткими элементами, однако такое решение, особенно при значительной разнице уклонов, заметно снижает плавность движения. При незначительной разности уклонов коротких элементов трудно содержать путь в проектном положении. Поэтому продольный профиль следует проектировать элементами возможно большей длины и с наименьшей алгебраической разностью соседних уклонов.
Для соединительных путей длина элемента (шаг проектирования) должна быть не менее 100 м и, как правило, не менее половины длины поезда или маневровой подачи и лишь в трудных условиях не менее 50 м. По тем же нормам принимается длина элементов профиля на станционной площадке.
Таблица 46. Условия сопряжения продольных уклонов внутризаводского пути

Продольный профиль, запроектированный из таких сравнительно длинных элементов, называется прямолинейным в отличие от условно криволинейного продольного профиля, длина элементов которого должна быть не менее 25 м, а алгебраическая разность смежных уклонов не более 2%o. При этом общая длина сопряжения должна быть не менее длины, указанной в табл. 46. По этим же нормам устраивают сопряжения элементов профиля, алгебраическая разность уклонов которых превышает указанные в табл. 46. Если эта разность меньше, то длина переходных элементов может быть уменьшена до 50 м.
Смежные элементы профиля соединительных путей при алгебраической разности уклонов 6% и более (при скорости движения более 40 км/ч, а также 8% и более (при меньшей скорости) должны сопрягаться вертикальной кривой радиусами соответственно не менее 3000 и 2000 м. В трудных условиях допускаются радиусы не менее 1000 м. На путях перевозки горячих грузов применяются вертикальные кривые радиусом не менее 1000 м, если алгебраическая разность уклонов более 5%.
Радиус вертикальной кривой в пределах станций должен быть во всех случаях не менее 2000 м, а в пределах стрелочных горловин — не менее 5000 м.
На прямых участках трамвайных линий предельная величина продольного уклона установлена в 60% для обычного трамвая и в 50% для скоростного. Лишь в стесненных условиях (подходы к мостам, путепроводам, тоннелям) уклон на скоростных линиях может доводиться до 60%. На кривых участках пути величина предельно допускаемого продольного уклона должна быть уменьшена на величину ίэ, эквивалентную дополнительному сопротивлению от кривой радиусом Rίэ=1/2R. Нормируются и уклоны на путях отстоя вагонов, расположенных на территориях депо, заводов, конечных и промежуточных станций. Их величина не должна превышать 2,5% из условий самопроизвольного трогания вагона с места. Лишь в исключительных случаях при наличии специальных улавливающих устройств допускаются отступления от этого требования.

Таблица 47. Радиусы вертикальных кривых для трамвайного пути на самостоятельном полотне, м

В ряде трамвайных хозяйств есть участки пути, имеющие большие уклоны. На действующих линиях допускаются уклоны до 80% при движении трамвайных поездов, состоящих не более чем из двух вагонов, если один из них моторный, а другой прицепной, и не более трех при управлении трамвайного поезда по системе многих единиц. Уклоны до 90%o допускаются при движении одновагонных или двухвагонных поездов, управляемых только по системе многих единиц.
Участки пути с уклоном более 50%, затяжные (длиной более 200 м) спуски и подъемы с уклоном более 35%0, а также кривые радиусом менее 75 м, если они расположены непосредственно за такими уклонами, относятся к числу так называемых участков с тяжелыми условиями движения. Их эксплуатация должна осуществляться в соответствии с Типовой инструкцией, утверждаемой Минжилкомхозом РСФСР.
Элементы продольного профиля должны иметь возможно большую длину. Во всех случаях она должна быть не менее 50 м для скоростных линий и 20 м для обычного трамвая.
Соседние прямолинейные элементы продольного профиля путей, размещенных на самостоятельном полотне, сопрягают вертикальными кривыми в соответствии с табл. 47.
Между разнонаправленными вертикальными кривыми должны быть предусмотрены прямые вставки длиной не менее 7 м; если вертикальные кривые направлены в одну сторону, вставки можно не проектировать. Иначе сопрягаются смежные элементы продольного профиля путей, расположенных на совмещенном или обособленном полотне. 

Таблица 48. Радиусы вертикальных кривых для трамвайного пути на совмещенном или обособленном полотне, м

В этом случае радиусы вертикальных кривых следует принимать по нормам, установленным для соответствующих улиц и городских дорог (табл. 48).
Вертикальные кривые следует проектировать вне переходных кривых, вне пролетных строений мостов, путепроводов и эстакад с жестким освоением пути. Точно так же стрелочные переводы и глухие пересечения должны размещаться вне пределов вертикальных кривых и лишь в стесненных условиях в пределах вертикальных кривых радиусом не менее 2000 м.

Рис. 117. Элементы вертикальной кривой
Установлены ограничения по размещению на уклонах таких путевых устройств и сооружений, как стрелочные переводы, пересечения, остановочные пункты и разъезды. Стрелочные переводы не могут располагаться на уклонах более 40%с. Пересечения трамвайных линий с железными или автомобильными дорогами могут быть размещены на элементах продольного профиля с уклоном не более 2,5% и длиной не менее 15 м между соседними вертикальными кривыми. При этом уклон на подходах к пересечению не должен превышать 30% на протяжении 50 м. Остановочные пункты и разъезды следует располагать на прямых участках пути с продольным уклоном не более 30%. В стесненных условиях этот уклон может быть увеличен до 40%.

На практике процесс проектирования продольного профиля заключается в последовательном выборе его элементов (их длины, направления и уклона), а также в расчете вертикальных кривых. При этом необходимо соблюдать все установленные выше ограничения и требования.
Длина вертикальной кривой Ζ, угол поворота вертикальной кривой а или разность уклонов смежных элементов Δί, а также радиус Rв сопрягающей кривой (рис. 117) взаимосвязаны:

Изменение отметок красной линии продольного профиля в связи с применением сопрягающей кривой, или, иначе говоря, ординаты вертикальной кривой можно определять по приближенному уравнению параболической кривой, где х — расстояние от начала кривой, м.
При х=Тв

Так определяется биссектриса вертикальной кривой.
При проектировании поперечного профиля разрабатывается планировочный поперечник, устанавливающий расположение пути относительно оси улицы, ее проезжей части, сооружений и коммуникаций, размеры существующих и проектируемых элементов улицы, положение красных линий застройки. Рабочие поперечные профили пути так же, как и продольные, определяют длину элементов поперечника, направление и величину уклонов основной площадки и откосов земляного полотна, балластной призмы, а также поверхности дорожного покрытия. Критериями при этом прежде всего являются габаритные ограничения, условия водоотвода, требования благоустройства и необходимость минимизации объемов земляных работ. Следует иметь в виду, что уровень головок рельсов на прямых участках двухпутных линий должен быть одинаков на открытых путях, а также в границах стрелочных переводов, пересечений и искусственных сооружений; на путях, имеющих дорожное покрытие, внутренние (ближние к оси междупутья) рельсы укладывают на 10 мм выше наружных. Таким образом, дорожное покрытие в междурельсовом пространстве имеет поперечный уклон 6,7%o. Аналогично ось междупутья выше внутренних ниток обоих путей на 5—7 мм (в зависимости от ширины междупутья). Отметки точек продольного и поперечных профилей должны быть взаимоувязаны.
Должно быть увязано и положение рельсовых путей в плане с вертикальной планировкой улиц, площадей и проездов. Наиболее наглядно решается эта задача применением метода проектных (красных) горизонталей. Проектные горизонтали — линии, соединяющие точки с одинаковыми отметками, — изображают проектируемые пути и проектное положение микрорельефа всей прилегающей зоны (улицы, проезда). Проектирование осуществляется на плане в масштабе 1:500, а для узлов и переездов — 1:200 или или 1:100. Проектные горизонтали обычно наносятся через 0,10; 0,20 и 0,50 м. Удобнее осуществлять проектирование на плане, где нанесены заранее и черные горизонтали.

Рис. 118. Пересечения трамвайной линии с улицами:
а — на вершине возвышенности; б — на водоразделе; в — на косогоре; г — в низине

На рис. 118 показаны различные варианты планировки трамвайной линии в увязке с улицами и проездами, решенные в проектных горизонталях. Основными исходными данными для построения проектных горизонталей являются поперечные профили улицы и пути, а также вертикальные отметки точек изменения продольных уклонов.
Проектирование начинается с определения положения проектных горизонталей по оси улицы, а в некоторых случаях по оси полосы движения или оси трамвайного междупутья (рис. 119). Принимается первая точка обычно на перекрестке или в другом определенном месте, от которого начинается построение. Определяется расстояние от нее до ближайшей по отметке горизонтали:

где Оа, Об — отметки первой точки и ближайшей к ней горизонтали; ip — продольный уклон участка.

Аналогично определяют все последующие значения I. В общем случае расстояние между любыми соседними горизонталями 1п = h/iр, где h — принятое сечение горизонталей, м.

Рис 119. Определение положения проектных горизонталей 

Затем определяют положение каждой горизонтали в характерных точках поперечника — рельсовых нитях, лотках проезжей части, бортовых камнях и тротуарах. Рассчитывают расстояния между этими точками, определяющие положение горизонталей.
Для внутренних рельсов
Если продольный уклон и поперечный профиль не меняют свои очертания и значения — все горизонтали будут параллельны, а расстояния их друг от друга одинаковы.
Сложнее проектировать перекрестки, особенно если сходящиеся направления имеют разные по величине и направлению уклоны. В этом случае поперечный профиль улицы более высокой категории как бы подчиняет себе поперечник пересекающего ее направления. Однако все сопряжения должны быть достаточно плавными, и с учетом этого определяется положение проектных горизонталей в таких случаях. Определяющими и здесь являются условия безопасности движения и поверхностного водоотвода.