Перелом продольного профиля дороги

Проекция оси земляного полотна железнодорожной линии на вертикальную плоскость представляет собой ее продольный профиль. На чертеже – это сочетание отрезков прямых, изображающих горизонтальные площадки, подъемы и спуски различной длины и крутизны. Проектируя профиль, надо помнить, что крутизна уклонов отдельных элементов не должна превышать руководящего уклона, принятого для данной линии.

Руководящим уклоном называют наибольший уклон на прямом участке, по которому рассчитывают норму массы грузового поезда при одиночной тяге и заданной скорости движения; его устанавливают технико-экономическими расчетами, учитывая предстоящий объем перевозок, темп роста грузооборота, род тяги поездов и топографические условия местности, а также массу поездов на прилегающих линиях и направлениях сети. Наиболее часто руководящий уклон равен 6–9‰. В горных условиях на вновь строящихся линиях I и II категорий он может доходить до 15‰, на линиях III категорий – до 20‰, а IV и V категорий – до 30‰. При строительстве вторых путей обычно принимают руководящий уклон существующего пути. В кривых участках руководящий уклон должен быть уменьшен в соответствии с дополнительным сопротивлением движению поезда от кривой.

Станции, разъезды и обгонные пункты, как правило, располагают на горизонтальных площадках. Отступление от этого должно быть обосновано в проекте. В отдельных случаях допускаются уклоны до 1,5‰, в трудных условиях – до 2,5‰, а там, где не предусматриваются маневры и отцепка локомотивов или вагонов от составов, по согласованию и до 12‰, но при этом должны быть обеспечены условия для удержания поездов тормозами локомотивов, а также условия трогания поездов с места. Во всех случаях должна быть исключена возможность самопроизвольного ухода подвижного состава с роликовыми подшипниками со станционного пути.

Продольный профиль проектируют элементами возможно большей длины и с наименьшей алгебраической разностью сопрягаемых уклонов. Как правило, длина каждого элемента должна быть не менее половины полезной длины приемо-отправочных путей, принятой на перспективу, чтобы на расстоянии, равном длине поезда, не было более одного перелома профиля. Чем больше длина приемо-отправочных путей, тем меньшей допускается алгебраическая разность сопрягаемых уклонов. С большими длинами приемо-отправочных путей связана большая масса поездов, а для них трогание с места при значительной разности уклонов может оказаться необеспеченным. Для линий первых трех категорий допускается наибольшая разность сопрягаемых уклонов:

Для развязок в узлах разрешается уменьшать длину элементов продольного профиля до 200 м, а на путях линий IV и V категорий – до 100 м. Смежные прямолинейные элементы при алгебраической разности уклонов более 3 ‰ сопрягают в вертикальной плоскости круговой кривой радиусом не менее 15000 м на линиях I категории, 10000 м на линиях II и III категорий и не менее 5000 м на линиях IV категории.

Сопряжение элементов продольного профиля (рис. 1) рассчитывают следующим образом. Расстояние от точки перелома профиля до точек начала и конца сопрягающей кривой (линии тангенсов)

где R – радиус сопрягающей кривой, м;

i1 и i2 – уклоны сопрягаемых элементов, ‰.

Повышение отметок в точке перелома при вогнутом профиле и понижение при выгнутом профиле

Знак плюс принимают при сопряжении подъема со спуском, а знак минус – при сопряжении подъема с подъемом или спуска со спуском.

Для промежуточных точек между началом и концом сопрягающей кривой и точкой перелома продольного профиля вычисляют ординаты

где x – расстояние от начала или конца сопрягающей кривой до точки, для которой определяется величина ординаты, м.

Рис. 1 – Сопряжение элементов продольного профиля: а – площадки со спуском; б – подъема с подъемом; в – подъема со спуском

При проектировании новых линий I категории и строительстве вторых путей с учетом скоростного движения пассажирских поездов величину руководящего уклона принимают не более 9‰, а сопряжения смежных прямолинейных участков в вертикальной плоскости предусматривают круговыми кривыми радиусом 15000 м.

В стесненных условиях допускается уменьшение радиуса сопрягающей кривой до 10000 м. Переломы профиля должны отстоять от начальных и конечных точек переходных кривых, а также от пролетных строений, на которых рельсо-шпальная решетка расположена не на балластном слое, на расстоянии не менее 7,5 м на каждую 1‰ разности сопрягаемых уклонов при радиусе сопрягающей кривой 15000 м и не менее 5 м на каждую 1‰ разности уклонов при сопрягающей кривой радиусом 10000 м. Сопрягающие кривые не должны заходить и в пределы стрелочных переводов. На эксплуатируемых дорогах при введении скоростного движения пассажирских поездов существующий продольный профиль не изменяют.

На чертеже продольного профиля линии приводят также ее план, профиль земной поверхности, расположение сооружений и ситуацию прилегающей местности. По масштабу изображения и количеству содержащихся данных различают два вида чертежей продольного профиля: нормальный (подробный) и сокращенный. Нормальный продольный профиль обычно используют для решения различных проектных задач (проектирование вторых путей, примыканий веток и путей необщего пользования, развития станций и так далее), а сокращенный продольный профиль предназначен главным образом для машинистов локомотивов, дизель- и электропоездов.

Нормальный продольный профиль (рис. 2) вычерчивают в масштабе 1:10000 для горизонтальных расстояний и 1:1000 для вертикальных. Нижняя его часть называется сеткой, а верхняя представляет собой собственно профиль. Внизу сетки расположена линия плана. На ней прямые участки пути представлены отрезками горизонтальных прямых, над ними проставлены длины участков в метрах, а под ними – углы поворота (румбы). Отходящие от прямой дуги обозначают кривые участки. Если линия на местности поворачивает вправо, дугу располагают справа, если линия поворачивает влево – слева. Внутри дуг приведены характеристики элементов кривых: углы поворота, радиусы и длины кривых, длины линий тангенсов и переходных кривых. Ниже линии плана отмечают километры пути, а выше – пикеты. Каждый километр пути содержит десять пикетов по 100 м. В графе пикетов отмечены цифрами расстояния, называемые плюсами, до характерных точек рельефа, не совпадающих с границами пикетов. Над графой пикетов и плюсов проставлены абсолютные или условные отметки земной поверхности, которые называют черными.

Рис. 2 – Образец нормального продольного профиля

Выше черных отметок расположена графа, в которой для каждого элемента профиля наклонной линией показаны проектные уклоны. Наклон линии снизу вверх означает подъем, а сверху вниз – спуск. Уклоны элементов в тысячных показаны над линией, а длина в метрах – под линией. Цифры, у вертикальных линий, разграничивающих элементы профиля, показывают расстояния до ближайших пикетов. Над проектными уклонами расположена графа, в которой вписаны отметки земляного полотна, называемые красными отметками. Они отсчитаны от того же неизменяемого уровня, что и черные. Узкая графа над красными отметками имеет вспомогательное значение – в ней повторено расположение пикетов и плюсов для облегчения дальнейшего построения профиля.

В следующей графе изображена ситуация прилегающей местности на 100 м в обе стороны от оси пути (дороги, реки, лес, кустарники, поля и т. д., а также населенные пункты и схемы путей раздельных пунктов). Выше ситуации приведены сведения о грунтах земной поверхности, а над этой графой расположен собственно продольный профиль. Он представлен отложенными вверх против каждого пикета и плюса соответствующими черным отметкам отрезками в принятом вертикальном масштабе, концы которых соединены прямыми линиями. На границах элементов продольного профиля восстановлены перпендикуляры, соответствующие красным отметкам, и концы их соединены. Полученная ломаная линия представляет проектный продольный профиль земляного полотна. Разности между красными и черными отметками называют рабочими отметками. Они указывают высоту насыпей (цифры над линией профиля) и глубину выемок (цифры под линией профиля). На линии профиля, кроме того, отмечены оси переездов, расположение путевых зданий, искусственных сооружений и раздельных пунктов (рис. 3).

Рис. 3 – Условные обозначения на продольном профиле

Сокращенный продольный профиль (рис. 4) в отличие от нормального имеет более мелкий горизонтальный (2 см = 1 км) и более крупный вертикальный (2 мм = 1 м) масштаб. На нем наносят проектный продольный профиль земляного полотна и план линии, километраж, оси раздельных пунктов и расстояния между ними, входные и проходные сигналы, входные стрелочные переводы с указанием расстояния до них от оси остановочных пунктов, путевые здания, переезды, искусственные сооружения.

Рис. 4 – Образец сокращенного продольного профиля

Имея план местности в горизонталях, можно составить ее продольный профиль в намеченном направлении, провести линию заданного уклона, определить водораздельные и водосливные линии. Допустим, требуется спроектировать путь необщего пользования от станции А до пункта В, расположенного в некотором отдалении на берегу реки (рис. 5, а). Намеченное на плане направление этого пути в точках а, б, в, г, д пересекает горизонтали с различными отметками.

Рис. 5 – Профиль местности в заданном направлении АВ: а – план в горизонталях; б – профиль

Чтобы составить профиль местности по этому направлению, то есть дать ее вертикальный разрез по линии А – а – б – в – г – д – В, развернутый на плоскость, нужно на линии АВ (рис. 5, б) в определенном масштабе отложить отрезки Аа1; а1б1; б1в1; в1к1; к1г1; г1д1 и д1В, соответствующие расстояниям между точками А, а, б, в, к, г, д, В; затем из точек А, а1, б1, в1, к1, г1, д1, В восстановить перпендикуляры и на них в принятом масштабе отложить отметки А′ – В′ соответствующих точек местности. Отрезки прямых, соединяющие полученные точки, образуют ломаную линию, которая и представляет собой профиль местности в заданном направлении.

Для определения отметок точек к и В, расположенных между горизонталями, пользуются отношениями:

где h – разность отметок рядом расположенных горизонталей;

m, n и m1, n1 – расстояния на плане от рассматриваемых точек до ближайших горизонталей соответственно с меньшими и большими отметками;

Н и Н1 – отметки ближайших к точкам к и В горизонталей с отметками меньше искомых.

Спуски и подъемы линии обобщенно называют уклонами, крутизну которых измеряют – в тысячных долях – частным от деления разности h отметок конечных точек элемента профиля на его длину l (расстояние между смежными точками переломов профиля) и обозначают десятичной дробью, например 0,008 или целым числом со специальным знаком, например, 8‰; это обозначает, что разность отметок (в м) двух рассматриваемых точек равна 8 при расстоянии между ними 1000 м. Для построения линии с заданным уклоном i из точки А по направлению к В (рис. 6) необходимо найти на плане расстояние l между смежными горизонталями при разности их отметок h

l = h / i.

По найденному расстоянию l в принятом для плана горизонтальном масштабе устанавливают раствор ножек циркуля и из точки А с отметкой Н засекают ближайшую горизонталь с отметкой H + h; из полученной точки l засекают следующую горизонталь с отметкой H + 2h и так далее до тех пор, пока не будет достигнута конечная точка В. Ломаная линия, соединяющая полученные точки А, 1, 2, 3, 4, В, и есть линия заданного уклона. Из любой точки она может быть направлена и в другую сторону, например от точки 3 так, как показано на рис. 6 (штриховая линия).

Рис. 6 – Линия заданного уклона на плане в горизонталях

Чтобы определить линии водораздела и водослива для проектирования водопропускных и водоотводных сооружений, на произвольном расстоянии друг от друга проводят линии наибольшего ската m (рис. 7), пересекающие горизонтали под прямыми углами. При соединении верхних точек перелома линий m получают линию водораздела n, а при соединении нижних – линию водослива к.

Рис. 7 – Линии водораздела и водослива

В процессе эксплуатации план и профиль пути проверяются в сроки, устанавливаемые начальником дороги; продольные профили сортировочных горок, полугорок, подгорочных и вытяжных путей на сортировочных, участковых и крупных грузовых станциях не реже одного раза в два года; профиль остальных путей – не реже одного раза в 10 лет. Обнаруженные нарушения проектного профиля устраняют.

Продольным профилем дороги называют графическое изображение вертикального разреза дороги по ее оси.

При ручном вычерчивании продольный профиль (рис. 3.9) изображают на миллиметровой бумаге с шириной листа 297 мм, а для горной местности — 420 мм. Для лучшего отображения рельефа при построении продольного профиля вертикальный масштаб принимается в 10 раз больше горизонтального. Для автомобильных дорог, проходящих в равнинной местности, принимается горизонтальный масштаб 1:5000, для узкоколейных железных дорог — 1:10000; вертикальный масштаб соответственно равен 1:500 и 1:1000. В горных условиях используются более крупные масштабы: для автомобильных дорог горизонтальный 1:500; вертикальный 1:50; для УЖД соответственно 1:1000 и 1:100. На продольном профиле вычерчивается линия поверхности земли по отметкам, полученным в результате нивелирования местности по оси дороги или взятым по карте с горизонталями.

Отметки характеризуют возвышение отдельных точек дороги над некоторой поверхностью, принятой за нулевую. При составлении топографических карт в России за нулевую отметку принимают средний уровень воды в Финском заливе, в Кронштадте. Такие отметки называют абсолютными. В практике вычерчивания продольного профиля обычно пользуются относительными отметками, условно задаваясь отметкой начальной точки дороги.

Отметки уровня земли записываются в соответствующую графу сетки продольного профиля.

Линию, соответствующую высоте бровки земляного полотна по оси дороги, называют проектной. Значения проектных отметок вписывают в графу «Отметки бровки земляного полотна». Разница между отметкой уровня земли и проектной называют рабочей отметкой. Она соответствует высоте насыпи, если проектная отметка больше отметки уровня земли, и глубине выемки в обратном случае.

Рабочие отметки насыпей пишутся над проектной линией, выемок — под проектной. Кроме рабочих отметок насыпи, выше проектной линии показывают реперы, наименование проектируемых искусственных сооружений, съезды, переезды через железнодорожные пути, нагорные и водоотводные канавы, места сброса воды.

Ниже линии поверхности земли вычерчивают грунтовый разрез по данным геологических исследований в вертикальном масштабе 1:50. Чтобы не затемнять проектную линию, грунтовый разрез смещают вниз на 2 см.

Проектная линия продольного профиля состоит из прямых участков и вертикальных кривых, вписанных в переломы проектной линии. Прямые участки определяются как отношение превышения одной точки над другой к горизонтальной линии, соединяющей эти точки. Величина уклона обозначается одним из трех способов: / = 0,020 = = 2% =20%о. На продольном профиле дорог обычно уклон выражают в промилле (%о).

Рис. 3.9. Продольный профиль автомобильной дороги

На лесовозных дорогах ввиду одностороннего направления грузовых потоков в грузовом направлении уклоны делятся на подъемы и спуски.

Наиболее важным является руководящий подъем.

Руководящий подъем (/р) — наибольший подъем в грузовом направлении на прямом участке пути, преодолеваемый одиночной тягой с равномерной скоростью без расцепки поезда на части.

На железных дорогах применяют подъемы больше руководящего: расцепочный и уклон кратной тяги.

Расцепочный уклон (/ ) — подъем больше руководящего, на котором состав вывозится по частям.

Уклон кратной тяги (/ ) — подъем больше руководящего, который

кр

преодолевается двумя локомотивами.

Расцепочный уклон допускается применять на ветках и усах для вывозки состава с расчетной массой по частям. Уклон кратной тяги допускается применять в том случае, когда на трассе встречается участок дороги небольшой длины с крутым естественным уклоном, на котором применение руководящего подъема вызывает слишком значительное удлинение дороги или требует осуществления большого объема земляных работ.

Различают максимальные, вредные и безвредные спуски.

Максимальный спуск — наибольший спуск в грузовом направлении, на котором обеспечивается возможность остановки поезда путем торможения.

Вредный спуск — спуск, на котором требуется торможение во избежание недопустимого разгона поезда.

Безвредный спуск — спуск, на котором не требуется торможение для ограничения скорости движения.

Руководящий подъем и наибольший спуск на данной дороге называют предельными уклонами.

Наибольшие значения руководящих подъемов регламентируются СНиПом. Максимальный спуск на железных дорогах, кроме обеспечения остановки груженого поезда путем торможения, может определяться по условию доставки в лес порожних вагонов в количестве, необходимом для формирования состава поезда расчетной массы. Уклон, определяемый из последнего условия, называется уравновешенным.

Для наиболее экономичного проектирования дорогу следует предварительно разбить на примерно однородные участки по грунтовым и гидрологическим условиям. Для каждого участка определяют рекомендуемую рабочую отметку с учетом климатической зоны, типа местности по степени увлажнения, грунтовых и гидрологических условий.

Насыпь проектируют такой высоты, чтобы вода, поднимающаяся по капиллярам, не могла вызвать увлажнение грунта, подстилающего дорожную одежду

Земляное полотно при отсутствии опасности снежных заносов во всех дорожно-климатических зонах при первом типе местности по степени увлажнения на участках с отсутствием выраженного растительного слоя может проектироваться с таким расчетом, чтобы низ дорожной одежды располагался не ниже поверхности земли. При этом должен быть обеспечен надежный отвод воды от земляного полотна и основания проезжей части.

На участках с наличием выраженного растительного слоя при первом и втором типах местности по степени увлажнения рекомендуется проектировать земляное полотно насыпями высотой не менее 0,5 м. В этом случае не требуются снятие в их основании растительного слоя и корчевка пней.

В табл. 3.5 указано минимальное возвышение поверхности покрытия над поверхностью земли при втором и третьем типах местности, а также над уровнем грунтовых или длительно стоящих (более 30 суток) поверхностных вод.

Таблица 3.5

Наименьшее возвышение поверхности покрытия над поверхностью земли (в числителе) на участках с необеспеченным отводом поверхностных вод и над уровнем грунтовых или длительно стоящих (более 30 суток) вод

(в знаменателе)

Примечание. Для веток допускается введение понижающего коэффициента до 1,5.

Рекомендуемая высота насыпи при серповидном и полукорытном профиле дорожной одежды и втором и третьем типах местности по степени увлажнения

где hT — возвышение поверхности покрытия над поверхностью земли или над уровнем длительно стоящих вод, м; Ад 0 — толщина дорожной одежды у кромки проезжей части, м.

При третьем типе местности по степени увлажнения

где hT — возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод, м; hrB — глубина залегания грунтовых вод, м. Полученные значения рекомендуемой высоты насыпи сравнивают между собой, а для снегозаносимых мест и с расчетной высотой снежного покрова принимают за рекомендуемую наибольшую из сравниваемых величин.

Для поперечного профиля дорожной одежды корытного типа в формулах для определения hH и h’H значения /*до не учитываются.

В открытой местности для предотвращения снежных заносов высоту насыпи следует принимать не менее расчетной толщины снежного покрова плюс 0,6 м для дорог I категории и 0,5 м для дорог остальных категорий; в лесу — не ниже высоты снежного покрова.