Проектирование трассы высокоскоростных магистралей в условиях сложного рельефа

Федеральная система — железнодорожный транспорт, представляющий единый производственно-технологический комплекс с примышленными предприятиями, требует тщательного планирования и эффективного управления. В условиях конкуренции потери от неправильного выбора стратегий развития транспортной системы могут значительно превышать экономию от внедрения различных ресурсосберегающих технологий и сокращения эксплуатационных расходов.

В настоящее время при стабилизации промышленного производства и перевозок нужно обеспечить обоснованное планирование развития железных дорог страны на долговременной основе.

Для железных дорог наиболее предпочтительными являются стратегии глубокого проникновения на транспортный рынок в кооперации с другими видами транспорта, повышение качества транспортного обслуживания и переход на более совершенные технологии. Общей для дорог на сегодняшний день должна быть стратегия, обеспечивающая повышение доходности, обеспечения прибыльности и нормальной рентабельности, улучшения социально-экономического положения работников отрасли. Эффективность работы железнодорожного транспорта в значительной степени связана с обоснованностью решений, принимаемых в различных условиях функционирования транспортного комплекса.

В 60−70-х гг. XX в. на железнодорожном транспорте ряда стран Азии и Европы начались работы по созданию сети магистралей, на которых скорости движения поездов превышают 200км/ч. Эти железные дороги получили название высокоскоростных магистралей (В СМ).

Актуальность работы. Постановлением Коллегии МПС от 28 сентября 1994 г. утверждена программа развития высокоскоростного пассажирского движения поездов на железных дорогах Российской Федерации на период до 2010 г.

В ряде зарубежных стран имеется опыт проектирования и строительства высокоскоростных магистралей, однако особенности нашей страны (большие расстояния, разнообразие топографических условий) требуют, наряду с учетом зарубежного опыта, проведения самостоятельных исследований по обоснованию параметров трассы ВСМ.

В качестве одного из наиболее вероятных проектов ВСМ в России рассматривается новая железнодорожная магистраль Москва — Ростов-на-Дону и далее на Сочи и Минеральные Воды с пересечением Главного Кавказского хребта. В связи с этим возникает задача выбора параметров трассы высокоскоростной железной дороги в условиях сложного рельефа, что подтверждает актуальность данного исследования.

Целью исследования является разработка методики выбора основных параметров трассы высокоскоростной магистрали, прокладываемой в сложных условиях рельефа местности, а также оценка степени влияния этих параметров на тягово-эксплуатационные показатели движения поездов.

Предметом исследования являются основные параметры и показатели трассы: крутизна максимального уклона продольного профиля пути, длина линии, степень использования максимального уклона, величины радиусов круговых кривых в плане. В число анализируемых тягово-эксплуатационных показателей движения поездов включены следующие: скорость и время хода поездов, расход электроэнергии на передвижение поездов, расходы по пробегу поездов и суммарные эксплуатационные расходы.

Методика исследования базируется на анализе влияния основных параметров трассы высокоскоростных магистралей на тягово-эксплуатационные показатели движения поездов и включает экспериментальное проектирование по топографическому материалу, максимально приближенному к реальным условиям. В исследовании применен метод экспертных оценок и метод идеальной точки для решения многокритериальной задачи оптимизации параметров трассы ВСМ.

Научная новизна.

1. В диссертации обоснована возможность применения максимального уклона продольного профиля пути до 45%о при использовании перспективного отечественного моторвагонного подвижного состава с удельной мощностью тяги не менее 18−20 кВт на 1 т массы поезда и мощным тормозным оснащением.

2. Впервые для высокоскоростных магистралей обоснована эксплуатационная эффективность ограничения максимальной скорости следования поездов по крутым затяжным спускам. Рациональное значение уровня ограничения скорости зависит не только от величины уклона и протяженности спуска, но и от видов критериев, которые надлежит минимизировать.

3. Показано, что применение на высокоскоростных магистралях, проектируемых в сложных условиях рельефа, кривых в плане относительно малого радиуса (вплоть до 2000;3000м) не приводит к существенному ухудшению тяго-во-эксплуатационных показателей движения.

4. Разработана методика выбора основных параметров трассы ВСМ в условиях сложного рельефа.

Практическая ценность. Предложенная в диссертационном исследовании методика выбора основных параметров трассы ВСМ в условиях сложного рельефа местности позволяет: на предпроектной стадии установить количественную оценку эксплуатационно-экономических показателей работы железной дороги по намеченным вариантам направления магистрали на участках преодоления значительных высотных препятствий, сократить число рассматриваемых проектных решений, сформировать эффективную область альтернатив параметров трассына стадии ТЭО-Проект обоснованно рекомендовать к реализации лучший из запроектированных вариантов трассы ВСМ на основе решения многокритериальной оптимизационной задачи, учитывающей совокупность технико-экономических показателей по каждому варианту трассы.

Результаты выполненных исследований могут быть использованы при разработке технического регламента нормативов по проектированию высокоскоростных магистралей, а также проектно-изыскательскими институтами при разработке проектов ВСМ.

Положения, выносимые на защиту.

• Оценка влияния максимального уклона продольного профиля пути на тягово-эксплуатационные показатели высокоскоростного движения.

• Обоснование максимальной скорости поездов на участках ВСМ с крутыми затяжными спусками продольного профиля пути.

• Анализ влияния параметров плана трассы на тягово-эксплуатационные показатели высокоскоростного движения.

• Методика выбора основных параметров трассы ВСМ в условиях сложного рельефа местности.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и одобрены на конференциях МИИТа, проводимых в рамках «Неделя науки» (2001 — 2006 года), а также на заседаниях кафедры «Изыскания и проектирование железных дорог» МИИТа (2001;2006 гг).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах. ?

Структура диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Общий объем диссертационной работы — 180 страниц, в том числе 150 страниц основного текста, содержащего 22 таблицы, 37 рисунков и 18 страниц приложений.

Список использованных источников

содержит 118 наименований.

5.5 Выводы по главе 5.

1. В диссертации разработана методика выбора основных параметров трассы ВСМ в условиях сложного рельефа. Первая часть данной методики, которую предлагается использовать на предпроектной стадии, обеспечивает возможность исключения из дальнейшего рассмотрения нерациональных вариантов. Вторая часть методики, предназначенная для использования, как правило, на стадии ТЭО-Проект, основана на решении многокритериальной оптимизационной задачи методом идеальной точки. Методика учитывает совокупность технико-экономических показателей по каждому варианту трассы и базируется на применении экспертных оценок. Использование данной методики позволяет обоснованно рекомендовать к реализации лучший из запроектированных вариантов трассы ВСМ.

2. Метод идеальной точки с использованием экспертных оценок позволяет обеспечить выбор лучшего варианта трассы с одновременным обоснованием рационального значения уровня ограничения максимальной скорости поездов на крутых затяжных спусках.

3. В диссертационной работе даны рекомендации по установлению рационального времени хода поездов между станциями остановки. Наряду с этим в работе приведена методика приближенного определения времени хода поездов по показателям трассы, что позволяет на предпроектной стадии исключить из дальнейшего рассмотрения такие вариантные значения параметров трассы, при которых время хода поездов заведомо неприемлемо.

4. Результаты экспериментального проектирования трассы ВСМ в условиях сложного рельефа, близкого к склонам Главного Кавказского хребта, и технико-экономические расчеты подтвердили работоспособность предложенной в данном исследовании методики и обоснованность рекомендаций по выбору основных параметров трассы ВСМ, а также выводы по главам диссертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертационное исследование посвящено вопросам проектирования трассы высокоскоростных магистралей в условиях сложного рельефа.

В диссертации сделан обзор развития высокоскоростного движения пассажирских поездов в России и за рубежом, выполнен анализ влияния параметров плана и продольного профиля трассы ВСМ на тягово-эксплуатационные показатели, рассмотрен вопрос обоснования максимальной скорости поездов на участках ВСМ с крутыми затяжными спусками. Разработана методика выбора основных параметров трассы ВСМ в условиях сложного рельефа.

В исследовании получены следующие результаты и выводы:

1. В диссертации обоснована возможность применения максимального уклона до 45%о, при использовании перспективного отечественного моторва-гонного подвижного состава, удельная мощность тяги которого должна составлять не менее 18−20 кВт на 1 т массы поезда и при этом он должен быть оборудован мощной тормозной системой, включающей дисковый, электродинамический и линейный вихретоковый тормоза.

2. В сложных топографических условиях, характеризуемых большой крутизной склонов хребтов и водоразделов, использование весьма крутых уклонов продольного профиля в большинстве случаев приводит к значительному сокращению длины линии и существенно улучшает тягово-эксплуатационные показатели движения поездов.

При слабо выраженной зависимости длины линии от крутизны максимального уклона, что возможно, когда план трассы ВСМ «зажат» крутыми склонами ущелья, целесообразно использовать уклоны продольного профиля в диапазоне /тах=24−30%о, поскольку при таких уклонах обеспечивается минимальное энергопотребление на тягу поездов и минимум расходов по пробегу поездов.

3. Установлено, что на затяжных уклонах в условиях отсутствия ограничения максимальной скорости поезда на кривых в плане (радиусы кривых 6000−7000 м) существует оптимальная по критерию минимума расходов по пробегу поездов скорость на спусках.

4. При расположении в плане кривых радиуса 4000−6000 м на крутом затяжном уклоне в целях сокращения энергопотребления и расходов по пробегу поездов при следовании их по спуску целесообразно ограничивать максимальную скорость не только в пределах кривых, но и на всем протяжении затяжного спуска, даже в условиях, когда рациональное значение уровня ограничения максимальной скорости на спуске превышает величину допускаемой скорости в кривых (Уогр^птг* ^&bdquo-&bdquo-(кр)).

5. В диссертации предложена методика выбора основных параметров трассы ВСМ. Первая часть данной методики, которую предлагается использовать на предпроектной стадии, обеспечивает возможность исключения из дальнейшего рассмотрения нерациональных вариантов. Вторая часть методики, предназначенная для использования на стадии ТЭО-Проект, основана на решении многокритериальной задачи оптимизации методом идеальной точки. Методика учитывает совокупность технико-экономических показателей по каждому варианту трассы и базируется на применении экспертных оценок.

6. Результаты экспериментального проектирования трассы ВСМ в условиях сложного рельефа, близкого к склонам Главного Кавказского хребта, и технико-экономические расчеты подтвердили работоспособность предложенной в данном исследовании методики и обоснованность рекомендаций по выбору основных параметров трассы ВСМ, а также выводы по главам диссертации.

7. Результаты выполненных исследований могут быть использованы при разработке технического регламента нормативов по проектированию высокоскоростных магистралей, а также проектно-изыскательскими институтами при разработке проектов ВСМ.