CC BY
89
Современные технологии - транспорту
33
УДК 656.21
Ю. И. Ефименко, А. Г. Филиппов
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I
ОСОБЕННОСТИ ОБОСНОВАНИЯ РАЗВЯЗОК МАРШРУТОВ В ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ УЗЛАХ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Рассмотрены особенности проектирования развязок маршрутов в одном уровне и путепроводных развязок на подходах к узлам в условиях рыночной экономики, определен состав строительных затрат и эксплуатационных расходов для обоих вариантов. Ввиду того, что сооружение путепроводных развязок с большим углом пересечения путей обеспечивает наименьшую длину путепровода, но значительно увеличивает длину развязываемого подхода, установлена зависимость стоимости сооружения железнодорожной развязки от угла пересечения путей в двух уровнях. Также в статье сформулировано условие целесообразности перехода от развязки маршрутов в одном уровне к путепроводной развязке.
путепроводная развязка, пост-шлюз, развязка маршрутов, угол пересечения путей в разных уровнях, железнодорожный узел.
Введение
Современный этап развития теории обоснования проектных решений при проектировании развития и реконструкции объектов железнодорожной инфраструктуры характеризуется широким внедрением современных математических методов, прежде всего, имитационного моделирования с учетом реалий рыночных реформ. Это в полной мере может быть отнесено к обоснованию выбора наиболее целесообразного вида развязки маршрутов и подходов к железнодорожным узлам.
Известны три вида развязок маршрутов: в одном уровне в горловинах станций; в одном уровне с сооружением постов-шлюзов и в разных уровнях со строительством путепроводных развязок.
Последний вид развязок с эксплуатационной точки зрения является наиболее радикальным, позволяющим полностью исключить задержки подвижного состава на пересечении маршрутов, однако требует значительных капиталовложений и вызывает увеличение эксплуатационных расходов на тягу поездов
из-за увеличения пробега и изменения профиля подходов с применением крутых уклонов вплоть до руководящего для обеспечения разности уровней верха головок рельсов пересекающихся путей на путепроводах до 7,5 и более м.
Развязки маршрутов в горловинах станций за счет секционирования путей позволяют несколько снизить задержки, а сооружение постов-шлюзов задержек подвижного состава в целом не исключает, но позволяет устранить их полностью на основном ходу за счет увеличения задержек поездов, следующих на отклонение, поэтому сооружение постов-шлюзов может рассматриваться как промежуточный этап между развязками маршрутов в одном уровне без постов-шлюзов и пересечением в разных уровнях со строительством путепроводной развязки.
Для выбора варианта проектного решения необходимо предварительно определить капиталовложения в строительство путепроводной развязки, а также подсчитать эксплуатацион-
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2014/4
34
Современные технологии - транспорту
ные расходы при сохранении пересечения маршрутов в одном уровне и после ввода в строй путепроводной развязки.
1 Состав строительных расходов на сооружение путепроводных развязок
Он приобрел важное значение с переходом к рыночной экономике и с началом приватизации земельных участков в пригородных зонах.
Приближенная формула для оценки зависимости стоимости путепровода в зависимости от угла пересечения путей а, предложенная В. Н. Образцовым [1], имеет вид:
Стоимость сооружения путепроводной развязки будет складываться из стоимости трех составляющих:
• самого путепровода;
• сооружения подхода к путепроводу;
• земельного участка для строительства путепроводной развязки.
Все три элемента капиталовложений будут существенно зависеть от угла пересечения путей на путепроводе. При небольших углах увеличивается длина самого путепровода, но уменьшается длина подходов к путепроводу и площадь земли, занимаемая путепроводной развязкой (рис. 1). Кроме того, на стоимость сооружения путепроводной развязки будут влиять топография местности, геологические и гидрологические условия, застройка территории, выделяемой под строительство развязки, а также положение развязки по отношению к городу (в пределах или за пределами города). Последний фактор, определяющий кадастровую стоимость земли, может оказать-
КП = A + B + C,
(1)
где А - стоимость пролетного строения путепровода; B - стоимость устоев; C - стоимость фундамента.
Согласно интернет-обзору, в настоящее время ориентировочная стоимость железобетона для пролетных строений может составлять 15 000 руб./м3, бутобетонной кладки опор выше обреза фундамента - 4000 руб./м3, фундамента при закладке его в открытом котловане при шпунтовом ограждении -
ся решающим при выборе варианта решения. / /'-г
, Os Л Л | f \ существующая
/ \,Q Линия
а*'1
пФ
Рис. 1. Схема вариантов развязки при изменении угла пересечения путей
2014/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
35
3500 руб./м3. С учетом этих данных значения элементов формулы (1) для путепровода при одном пути над одним:
f
A = 15000
3,1 5,0
sin к tga
•1,25;
(2)
B = 4000
495,3 77,88
-------1-------
^ sin к tga
(3)
C = 3500
250,92 28,0
--------1------
sin к tga
\
+ 6,08
. (4)
J
части подхода зависит от принятого радиуса кривой R и угла пересечения путей и может быть определена в соответствии с рис. 2 по формуле
L1 = a + b + %R
r 2р + аЛ
l 180 ),
(5)
где a - прямая вставка между обратными кривыми, минимальная длина которой, согласно СТНЦ-01-95 [2], принимается равной 150 м плюс длина переходной кривой; b - прямой участок пути на путепроводе, принимаемый не менее e / sin к +Тв + 1п / 2. Здесь e - вели-
Результаты расчетов представлены в табл. 1.
ТАБЛИЦА 1. Зависимость стоимости путепровода от угла пересечения путей в развязке
Угол пересечения путей в развязке а,° Стоимость путепровода S, млн руб.
10 19,68
15 13,17
20 9,93
25 8,00
30 6,73
35 5,83
40 5,16
45 4,65
50 4,25
60 3,68
90 2,94
Железнодорожный подход развязываемой линии к путепроводу может быть разделен на две части: от точки А - начала ответвления от станции (узла) - до точки О путепроводного пересечения и от точки О до точки Б, находящейся за пересечением на трассе новой примыкающей линии (рис. 1). Длина первой
чина междупутья; Т - тангенс вертикальной кривой; l - длина переходной кривой в плане.
Рис. 2. Схема подхода к путепроводу
Для определения угла в необходимо предварительно рассчитать величину отклонения линии и от первоначального направления:
и = (Тв + ln /2)sin к+ R(1 - cos к). (6)
Тогда угол в может быть определен из формулы
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2014/4
36
Современные технологии - транспорту
^ в —a ±yja2 + u(4R - и) ^
= ~77, • (7)
2 4 R — и
В исследованиях [3-5] к расчету принимается лишь первая часть подхода к путепроводу, что приводит к погрешности в дальнейших расчетах. На наш взгляд, необходимо учитывать и вторую часть трассы от точки О до точки Б (см. рис. 1), протяженность которой зависит от угла подхода новой железнодорожной линии к существующей. Общая длина подхода к путепроводу при примыкании новой линии под углом 36° представлена в табл. 2.
Для подсчета общей стоимости подходов к путепроводу необходимо знать стоимость земляных работ, верхнего строения пути и отвода земель под сооружаемую развязку. Объем земляных работ определен для двух типичных случаев: 1) проектируемая линия поднимается (опускается) над существующей на половину расчетной высоты путепровода (рис. 3а); 2) проектируемая линия поднимается (опускается) на полную высоту путепровода (рис. 3б). Расчетную высоту путепровода примем равной 7,50 м.
Объем земляных работ определим как среднее при ходе насыпью и выемкой. Ширину земляного полотна поверху примем равной 6,6 м, крутизну откосов - 1:1,5. Объемы земляных работ приведены в табл. 3.
Площади дополнительного отвода земель представлены в табл. 4.
2 Состав эксплуатационных расходов, подлежащих учету при обосновании целесообразности сооружения путепроводной развязки
При рассмотрении двух вариантов примыкания новой железнодорожной линии -с пересечением маршрутов в одном уровне (вариант 1) или в разных уровнях с сооружением путепроводной развязки (вариант 2) - в составе эксплуатационных расходов должны быть учтены следующие элементы эксплуатационных затрат.
Эксплуатационные расходы в первом варианте в общем виде будут:
ТАБЛИЦА 2. Зависимость общей длины участка подхода к путепроводу от угла пересечения путей и радиуса трассирования
Угол пересечения путей в развязке а,° Длина подхода L, м
R = 600 м R = 800 м R=1000 м
10 3117,27 3299,95 3479,58
15 3092,23 3307,44 3528,65
20 3030,92 3306,79 3552,25
25 3022,32 3326,51 3627,18
30 2972,26 3312,23 3665,26
35 2929,84 3316,25 3707,11
40 2946,75 3380,81 3811,57
45 2966,82 3439,07 3918,05
50 2987,85 3502,33 4018,56
60 3088,91 3690,24 4285,18
90 3643,75 4458,98 5309,00
2014/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
37
I
Рис. 3. Схема профиля путепроводной развязки: а) при подъеме проектируемой линии на половину расчетной высоты;
б) на расчетную высоту
ТАБЛИЦА 3. Объемы земляных работ при сооружении подхода путепроводной развязки
Угол пере- сечения а,° R = 600 м R = 800 м R=1000 м
Длина подхода L, м Объем, м 3 Длина подхода L, м Объем, м3 Длина подхода L, м Объем, м3
При H/2 = 3,75 м При H/2 = 7,50 м При H/2 = 3,75 м При H/2 = 7,50 м При H/2 = 3,75 м При H/2 = 7,50 м
10 3117 71 454 208 662 3300 75 641 220 890 3480 79 759 232915
15 3092 70 880 206986 3307 75 813 221392 3529 80 883 236199
20 3031 69 474 202882 3307 75 798 221 348 3552 81 424 237779
25 3022 69 277 202306 3327 76 250 222 668 3627 83 142 242 794
30 2972 68 130 198956 3312 75 922 221712 3665 84 015 245344
35 2930 67 157 196 116 3316 76 015 221981 3707 84 974 248145
40 2947 67 545 197248 3381 77 495 226303 3812 87 368 255137
45 2967 68 005 198 591 3439 78 830 230203 3918 89 809 262264
50 2988 68 487 199999 3502 80 280 234437 4019 92 113 268992
60 3089 70 804 206 764 3690 84 587 247016 4285 98 224 286839
90 3644 83 522 243 904 4459 102 208 298473 5309 121 692 355371
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2014/4
38
Современные технологии - транспорту
ТАБЛИЦА 4. Площади дополнительного отвода земель под сооружаемую развязку
Угол пересечения a,° R = 600 м R = 800 м R=1000м
Длина подхода L, м Площадь отвода земель, га Длина подхода L, м Площадь отвода земель, га Длина подхода L, м Площадь отвода земель, га
10 3117 9,35 3300 9,90 3480 10,44
15 3092 9,28 3307 9,92 3529 10,59
20 3031 9,09 3307 9,92 3552 10,66
25 3022 9,07 3327 9,98 3627 10,88
30 2972 8,92 3312 9,94 3665 11,00
35 2930 8,79 3316 9,95 3707 11,12
40 2947 8,84 3381 10,14 3812 11,43
45 2967 8,90 3439 10,32 3918 11,75
50 2988 8,96 3502 10,51 4019 12,06
60 3089 9,27 3690 11,07 4285 12,86
90 3644 10,93 4459 13,38 5309 15,93
С1 _ С1тс + С1ам + С1тяг + С1зд , (8)
где С1тс - расходы на текущее содержание пути и стрелочных переводов в варианте с пересечением маршрутов в одном уровне; С1ам -амортизационные отчисления на земляное полотно и верхнее строение пути; С1тяг - расходы на тягу поездов в сравниваемых границах; С1зд - эксплуатационные потери, связанные с задержками подвижного состава из-за враждебности маршрутов, включающие непроизводительные простои, а также дополнительные разгоны и торможения поездов (при их наличии).
Во втором варианте эксплуатационные расходы определятся из выражения
С2 = С2тс + С2ам + С2тяг + Снал , (9)
где С2тс - расходы на текущее содержание пути подхода и путепровода в тех же границах, что и в первом варианте; С2ам - амортизационные отчисления на земляное полотно, верхнее строение пути и путепровод; С2тяг -расходы на тягу поездов при наличии путепроводной развязки; Снал - расходы на аренду
или налоговые отчисления за дополнительный земельный участок, использованный для сооружения путепроводной развязки.
В связи с тем, что сооружение путепроводной развязки вызывает удлинение подходов к узлу, а также дополнительный отвод земель и усложнение профиля по сравнению с первым вариантом, расходы по текущему содержанию и амортизации устройств подхода будут выше, чем в первом варианте. Кроме того, появятся дополнительные расходы, связанные с налогом на землю или арендной платой за дополнительную площадь используемых земель. Однако во втором варианте отсутствуют задержки подвижного состава на пересечениях маршрутов, что помимо экономического эффекта обеспечит повышение безопасности движения поездов и маневровой работы.
В первом же варианте решения рассмотрены меньшие расходы на содержание постоянных устройств, амортизационные отчисления и плата за пользование землей. Вместе с тем возникнут задержки подвижного состава из-за враждебности маршрутов, определение которых представляет довольно сложную
2014/4
Proceedings of Petersburg Transport University
Современные технологии - транспорту
39
задачу, которая в каждом конкретном случае может быть решена только методом имитационного моделирования.
Сооружение путепроводной развязки может оказаться целесообразным не сразу при примыкании нового подхода к узлу, а на определенном году эксплуатации t, когда расходы, связанные с задержками поездов из-за враждебности маршрутов, превзойдут дополнительные затраты на строительство и эксплуатацию путепроводной развязки. Срок целесообразности перехода от развязки маршрутов в одном уровне к путепроводной развязке может быть определен согласно теории этапного развития из выражения [6]
EAKj < Ct+1д — Ct+1,2, (10)
где E - норма дисконта; ДК2 - дополнительные капиталовложения на сооружение путепроводной развязки; Ct+11, Ct+12 - эксплуатационные расходы по вариантам в год эксплуатации t+1.
Заключение
При определении состава строительных затрат на сооружение путепроводной развязки необходимо учитывать стоимость сооружения путепровода, подхода к нему и выделяемого для строительства земельного участка. Значительное влияние на перечисленные элементы
капитальных вложений будет оказывать угол пересечения путей на путепроводе. При этом сооружение путепроводной развязки станет оправданным в тот год эксплуатации, когда расходы, связанные с задержками поездов из-за враждебности маршрутов, превзойдут дополнительные затраты на строительство и эксплуатацию путепроводной развязки.
Библиографический список
1. Туннельные путепроводы при проектировании узлов и станций / В. Н. Образцов // Избр. труды : в 3 т. / ред. комисия : д-р техн. наук проф. Ф. И. Ша-ульский и др. ; биобиблиогр. очерк Ф. И. Шауль-ского ; Акад. наук СССР. Т. 1. - Москва, 1957. -С. 374-387.
2. Строительно-технические нормы МПС РФ : Железные дороги колеи 1520 мм : СТН Ц-01-95 / утв. МПС РФ 25.09.1995 г. - Москва : МПС РФ, 1995. - 86 с.
3. Выбор оптимального угла пересечения путей в развязках железнодорожных узлов / А. М. Корна-ков. - Москва : Б. и., 1958. - 46 с.
4. Развязки железнодорожных линий в узлах / А. М. Корнаков. - Москва : Трансжелдориздат, 1962. - 154 с.
5. Путепроводы / В. Маркович, А. Мочилин // Тр. МИИТ. - Вып. VIII. - Москва, 1928.
6. Обоснование этапности развития железнодорожных станций и узлов : дис. ... д-ра техн. наук / Ю. И. Ефименко. - Санкт-Петербург : ПИИТ, 1992. - 394 с.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2014/4
