Проектирование серпантин
При развитии трассы по склону часто приходится назначать углы поворотов, при которых обычная разбивка кривых внутри угла невозможна, так как в связи с большой разницей в длинах кривой и тангенсов, участок кривой имел бы большой продольный уклон, для смягчения которого потребовались бы очень большие земляные работы. Закругление поэтому располагают с внешней стороны угла поворота. Такие закругления называют серпантинами.
Серпантины разрешается устраивать на дорогах II – V технических категорий. Серпантина состоит из основной кривой K, стягиваемой центральным углом γ, и обратных (вспомогательных) кривых. Между концами обратных кривых и основной кривой серпантины должно быть достаточное расстояние для размещения переходных кривых или прямых вставок, отгона виража и отвода уширения.
Расстояние между вершинами А и В – “шейка” серпантины при малой величине острия угла серпантины α определяется условиями размещения земляного полотна.
Расчёт элементов серпантины заключается в установлении величины отдельных её элементов и в проверке возможности размещения на местности земляного полотна с канавами и откосами.
Для расчёта элементов серпантины при определении длины трассы, задаются значениями радиусов основной и обратных кривых (R и r) и прямой вставки m, и находят угол поворота обратных кривых β. Длина тангенса обратной кривой связана с величиной угла поворота обратной кривой формулой:
Расстояние от вершины угла обратной кривой до начала основной кривой серпантины:
AE = T + m
Из треугольника AOE определяем:
где: R – радиус основной кривой серпантины, м.
Заменяя в предыдущей формуле tg(β) через β/2 и решая получающееся квадратное уравнение, находим:
что позволяет определить угол β.
Расстояние от вершины угла обратной кривой до вершины угла серпантины определяют из выражения:
Центральный угол γ, соответствующий основной кривой серпантины, равен:
а длина основной кривой серпантины:
Тогда полная длина серпантины, при длине обратной кривой Ko:
Если по условиям местности обратные кривые для лучшего согласования с рельефом местности целесообразно описать разными радиусами, для каждой обратной кривой ведут самостоятельный расчёт.
Рассмотренные серпантины, в которых обратные кривые расположены выпуклостью в разные стороны, называются серпантинами первого рода. В серпантинах второго рода обратные кривые обращены выпуклостью в одну сторону.
Неправильно сводить, как часто делают, проектирование элементов серпантины только к установлению геометрических элементов её трассы. Очертание серпантины зависит исключительно от конфигурации и геологического строения горного склона.
Поэтому необходимо его выбрать так, чтобы устойчивость полотна и условия движения были наилучшим образом обеспечены при наименьшем объёме строительных работ. Для устройства серпантин выбирают пологие участки устойчивых склонов, стремясь обеспечить разбивку основной кривой серпантины, возможно большим радиусом. На участке серпантины нужно снять план в горизонталях, чтобы камеральным путём найти наиболее целесообразное положение серпантины, смещая её в соответствии с особенностями рельефа. Наивыгоднейшее расположение и форму серпантины устанавливают путём сравнения вариантов.
Геометрические элементы серпантины назначают в зависимости от принятой скорости и интенсивности движения. При развитии трассы по склонам серпантины обычно располагаются вблизи одна от другой.
Наличие на дороге серпантин ухудшает её транспортные качества. На серпантинах приходится резко снижать скорость, а устройство их значительно удорожает строительство из-за больших объёмов земляных работ и необходимости устройства подпорных стен. Поэтому при проектировании горных дорог необходимо внимательно проанализировать возможности избежать серпантин.
Тоннели
При пересечениях горных хребтов, когда требования развития трассы приводят к значительному её удлинению и вынуждают использовать перевалы, закрывающиеся снегом на несколько месяцев, выгоднее провести трассу тоннелем.
Недостатком тоннельных вариантов является большая стоимость их строительства. При трассировании перевальных дорог обычно составляют несколько вариантов с различнымпроложением тоннеля по высоте.
Подходы к тоннелю начинают с устройства выемки. При благоприятных геологических условиях обычно принимают, что переход от выемки к тоннелю следует назначать при глубине выемки, равной по строительной и эксплуатационной стоимости одному погонному метру тоннеля. При строительстве выемок методом взрыва на выброс считают, что целесообразно переходить к тоннелю при глубине 20 – 35 м в зависимости от принятого сечения и длины тоннеля, гидрологических и гидрогеологических условий и стоимости строительства.
Поперечное сечение тоннеля назначают из условия обеспечения габарита мостов с ездой понизу, в случае необходимости устраивают каналы для вентиляции.
В плане и продольном профиле тоннели проектируют по тем же нормам, что и открытые участки автомобильных дорог, отдавая предпочтение расположению их на кривых. Радиусы кривых в тоннеле не должны быть менее 250 м. Продольный уклон в тоннелях не должен быть менее 4 ‰ и не более 40 ‰. При длине тоннелей до 300 метров, им придают продольный уклон в одну сторону, а свыше 300 м разрешается двухскатный с подъёмом к середине. Для складирования материалов и оборудования в тоннелях устраивают камеры шириной 2 м, глубиной 2 м и высотой 2,5 м, которые размещают в шахматном порядке через 300 м. При длине тоннеля 300 – 400 м предусматривают одну камеру в середине тоннеля.
В тоннелях длиной более 400 м необходима искусственная вентиляция. К очистке воздуха в связи с широким применением этилированных бензинов, продукты сгорания которых, содержат вредные примеси, предъявляют те же требования, что и на промышленных предприятиях. Скорость движения воздуха при вентилировании тоннелей должна быть не более 6 м/с. В последние годы вентиляцию в тоннелях на автомобильных дорогах делают не только для удаления окиси углерода, но и дыми от выхлопных газов автомобилей с дизельными двигателями, затрудняющего видимость.
Независимо от длины, все автомобильные тоннели должны иметь искусственное освещение. Освещённость тоннеля у входа на уровне проезжей части должна быть не менее: ночью – 10 люкс; днём у порталов – 300 люкс, а в середине тоннеля – 20 люкс.
Наблюдения показывают, что при въезде в длинный или криволинейный в плане тоннель, водитель, попадая с ярко освещённого открытого участка в слабо освещённый тоннель, на некоторое время теряет видимость (“явление светового порога”). Для его устранения входные участки ярко освещают или перекрывают сверху дорогу перед въездом в тоннель решётками (люверсами), постепенно снижающими освещённость покрытия.
При расчётах скоростей движения и тормозного пути на участках дорог, расположенных в тоннелях, следует учитывать следующие особенности:
-коэффициент сцепления выше, чем для открытых и влажных покрытий, и равен 0,4 – 0,5; так как в тоннелях проезжая часть предохранена от осадков за исключением коротких входных участков, куда автомобили могут заносить влагу и грязь;
-сопротивление воздуха больше из-за дополнительного сжатия струй воздуха в стеснённом зазоре между движущимися автомобилями и стенами тоннеля и турбулентности воздушного потока; сопротивление воздуха возрастает в тоннелях длиной более 500 м.