§ 5. ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ И ПЛАН ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
Чтобы установить места, где надо срезать землю и где ее подсыпать, при строительстве земляного полотна поверхность земли предварительно нивелируют, т. е. определяют при помощи прибора—нивелира—высоту точек и вычисляют, на сколько одни из них расположены выше других. Высоту точек обыкновенно определяют относительно уровня воды в Балтийском море. Такая высота называется абсолютной отметкой точки. Если высота точки земли найдена относительно какого-то другого уровня, то в этом случае отметку называют условной.
Разность между отметками точек называется превышением, а частное от деления превышения на расстояние между точками — уклоном местности. Предположим, что точка А имеет отметку 123,25 м, а точка Б — 124,45 м, т. е. превышение точки Б над точкой А составляет 124,45— 123,25 = 1,2 м. Расстояние между точками равно 400 м. Тогда уклон местности между точками А и Б равен (рис. 6)
Уклон в три тысячных можно написать и так: 3%.
Вертикальный разрез по продольной оси земляного полотна, развернутый на плоскость, называется продольным профилем земляного полотна,
Поверхности земляного полотна в продольном направлении придают плавное очертание с разнообразными продольными уклонами. На одних участках эти уклоны могут достигать максимального своего значения, на других они могут быть пологими и даже иметь нулевое значение. Наибольший уклон, который придают земляному полотну на той или иной линии и по которому определяют вес грузового поезда при одиночной тяге, называется руководящим, или расчетным. Места, где уклоны продольного профиля имеют нулевое значение, называются площадками.
Рис. 6. Превышение одной точки над другой и уклон
Руководящий (расчетный) уклон железной дороги устанавливают технико-экономическими расчетами в зависимости от предстоящей работы дороги и топографических условий местности, а также в зависимости от вида тяги и мощности локомотива, принятого для обращения на этой дороге. Технико-экономическими расчетами учитываются и весовые нормы поездов на прилегающих участках существующей сети железных дорог. Во всяком случае, руководящий уклон не должен превышать величин, приведенных в табл. 1. В этой же таблице даны предельные значения уклонов, которые преодолеваются усиленной тягой.
Строящиеся железные дороги делятся на три категории по следующим признакам:
- категория — железные дороги с большой первоначальной грузонапряженностью или быстрым темпом ее роста, а также железные дороги с большим пассажирским движением;
- категория — железные дороги (или отдельные участки вновь строящихся железных дорог), на которых первоначальные размеры и темпы
роста перевозок в первые годы эксплуатации невелики, но в перспективе возможно их значительное увеличение;
III категория—железные дороги местного значения с малой грузонапряженностью на перспективу.
Грузонапряженностью называется вес грузов, перевезенных за год по каждому километру пути.
Отрезки продольного профиля, ограниченные точками перелома, называются его элементами.
Рис. 7. Изменение направления трассы при обходе препятствий
Для движения поездов важно, чтобы элементы продольного профиля были длинными и имели между собой плавные переходы. Поэтому по «Строительным нормам и правилам» элементы продольного профиля следует делать возможно большей длины, на переломах же профиля — на «горбах» и в «ямах» — устраивать разделительные площадки. Разрешается разделительные площадки не делать, если алгебраическая разность двух смежных уклонов не превышает величины руководящего уклона и высота спуска меньше 10 м.
Рис. 8. Элементы кривой
Повышение или понижение линии на элементе продольного профиля определяют по формуле
(1)
где Н — повышение или понижение линии в м;
L — длина элемента профиля в м;
i — уклон в тысячных.
Если требуется определить уклон элемента профиля, то превышение одной точки над другой (величину Н) необходимо разделить на расстояние между точками (величину L), т. е.
Смежные элементы продольного профиля пути, имеющие уклоны, алгебраическая разность которых больше 30/00, сопрягаются в вертикальной плоскости круговой кривой радиуса 10 000 м на железных дорогах I и II категорий и радиуса 5 000 м на железных дорогах III категории.
При трассировании линии, т. е. при определении положения оси земляного полотна, стремятся, чтобы направление будущего железнодорожного пути было прямым.
В этом случае его строительная длина будет наименьшей. Однако трассирование линии по прямой не всегда удается. На местности могут быть холмы, где для прокладки железной дороги по прямой с заданным руководящим уклоном потребуется выполнять очень большие объемы земляных работ; могут быть встречены озера, населенные пункты и другие препятствия.
Рис. 9. Нормальный продольный профиль
Во всех таких случаях первоначальное направление трассы приходится изменять. Оно изменяется и при выборе места для станции, если на прямом направлении нет для нее площадки достаточной длины и ширины, и при подходе к рекам, чтобы пересечь их под прямым углом, и в других случаях (рис. 7).
Рис. 10. Условные обозначения
Угол а, который образуется между первоначальным направлением линии и новым ее направлением, называется углом поворота линии. Точка пересечения двух направлений О называется вершиной угла (рис. 8).
Одно направление линии с другим сопрягают посредством круговой кривой. Радиус для такой кривой принимают возможно больший и, как правило, стандартной величины: 4 000, 3 000, 2 000, 1 800, 1 500, 1 200, 1 000, 800, 700, 600, 500, 400, 350 или 300 м. В трудных условиях разрешается разбивать кривые радиуса 250 м на железных дорогах I и II категорий и радиуса 200 м на дорогах III категории.
Точки М и Н примыкания круговой кривой к прямым участкам называются: первая — началом кривой, вторая — концом кривой. Отрезки прямых Т между вершиной угла и точками примыкания кривой к прямым участкам, называются линиями тангенса; иногда их называют просто тангенсами. Линия Б соединяющая вершину угла с серединой кривой называется биссектрисой. Длина кривой К есть расстояние между точками М и Н по кривой. Продольный профиль линии изображается на специальном чертеже в развернутом на плоскость виде. На продольном профиле (рис. 9) вычерчивают линию поверхности земли и линию бровки земляного полотна. Отметки земли и земляного полотна вычисляют относительно уровня воды в Балтийском море, причем эти отметки даются через пикет, т. е. через каждые 100 м, и, кроме того, в характерных точках поверхности земли и в точках перелома профиля.
Кроме отметок земли (черных отметок) и отметок бровки земляного полотна (красных отметок), на продольном профиле вверху указывают рабочие отметки, равные разности отметок земляного полотна и земли. Для насыпей рабочие отметки пишут выше проектной линии, для выемок — ниже ее. Рабочими отметками характеризуются объемы земляных работ при устройстве земляного полотна. На продольном профиле указывают также грунты, помещают ситуацию (условное изображение местности), дают продольные уклоны и расстояния между точками перелома профиля, показывают пикетаж и километраж, условно изображают план линии с указанием протяжения прямых и основных элементов кривых, причем направление вогнутости кривой в плане показывает направление кривой на местности (правая, левая). Если продольный профиль имеет масштабы: для горизонтальных расстояний — 1/10 000 и для вертикальных — 1/1 000, то такой профиль называют нормальным. На железных дорогах пользуются также утрированными и сокращенными профилями, имеющими иные масштабы. На рис. 10 показаны условные обозначения для продольных профилей. Этими обозначениями показывают на профиле расположение станций, переездов, путевых зданий, искусственных сооружений.