Тема 4 залізничні та транспортні вузли
4.1 Визначення, склад і класифікація залізничних і транспортних вузлів
4.1.1. Визначення, склад і класифікація транспортних вузлів.
Транспортним вузлом називається комплекс транспортних пристроїв у пункті взаємодії декількох видів магістрального транспорту, які спільно виконують операції з обслуговування транзитних, місцевих і міських перевезень вантажів і пасажирів. Транспортний вузол як система - це сукупність транспортних процесів і засобів для їх реалізації в місцях стикування двох або декількох магістральних видів транспорту. Отже, поняття транспортного вузла включає власне перевізний процес (пересування пасажирів і переміщення вантажів), технічні пристрої (станції, порти, магістралі, склади тощо), засоби контролю і управління.
До складу транспортного вузла входять залізничні станції та підходи магістральних залізничних ліній, морські порти та підходи до них, річкові порти та водяні вузли, вузли автомобільних доріг магістрального та місцевого значення, пристрої промислового транспорту, аеропорти й інші пристрої повітряного транспорту, пристрої міського транспорту загального користування (мережа магістральних вулиць, траси трамвая, метрополітену тощо).
У транспортному вузлі виконується передача вантажів з одного виду транспорту на інший і здійснюється пересадка пасажирів. Тому кожен транспортний вузол має ряд стикових пунктів між різними видами транспорту, що здійснюють зазначені операції. До пасажирських стикових пунктів відносяться залізничні пасажирські станції та зупинкові пункти, автовокзали, аеропорти, морські та річкові порти, вузлові станції метрополітенів; до вантажних стикових пунктів - вантажні залізничні станції загального користування, портові, наливні й інші спеціальні станції, спеціалізовані бази, аеропорти тощо.
Транспортні вузли класифікуються за наступними ознаками: кількістю видів транспорту, які обслуговують вузол, характером експлуатаційної роботи, географічним положенням, чисельністю населення, розташуванням транспортних пристроїв, схемою вузла.
За кількістю різних видів обслуговуючого транспорту вузли поділяються на три групи: залізнично-автодорожні, залізнично-водно-автодорожні, водно-автодорожні.
За характером експлуатаційної роботи вузли бувають: 1) транзитні, які обслуговують транзитні потоки у прямому та змішаному видах сполучень; 2) з великою місцевою роботою, які обслуговують транзитні (у тому числі перевалочні) та місцеві потоки; 3) місцеві (кінцеві).
За географічним положенням вузли поділяються на сухопутні та розташовані на берегах морів і судноплавних рік.
В залежності від чисельності населення міста, яке обслуговується вузлом, вони поділяються на три групи: 1) малі та середні з населенням до 100 тис. мешканців, зі слабко розвитою промисловістю; 2) великі та крупні з населенням до 1 млн. мешканців, з великою обробною або видобувною промисловістю; 3) найкрупніші з населенням понад 1 млн. мешканців, із сильно розвитою промисловістю.
За розташуванням транспортних пристроїв розрізняються вузли: 1) однокомплектні, з об'єднаним розташуванням пристроїв основних видів транспорту; 2) однокомплектні, з роздільним розташуванням пасажирського та вантажного районів; 3) багатокомплектні з об'єднаним розташуванням пристроїв різних видів транспорту; 4) багатомплектні комбіновані.
За схемою розрізняють вузли кінцеві, радіальні, витягнуті в довжину, радіально-напівкільцеві, радіально-кільцеві і комбіновані.
Кінцеві транспортні вузли розташовуються поблизу морів, великих рік, гористої місцевості. Для них типова невелика кількість залізничних і автодорожніх ліній, що примикають до вузла, з вираженими кінцевими рухом і характером вантажних і пасажирських операцій.
У радіальних вузлах залізниці й автомобільні шляхи сходяться променями-радіусами до одного району міста. Існують вузли з двома центрами (фокусами), коли в одному з них сходяться автомобільні шляхи, а в іншому - залізничні лінії. У радіальних транспортних вузлах залізничні лінії розташовуються за радіальною, трикутною або хрестоподібною схемами.
Вузли, витягнуті в довжину, типові для районів зі складними топографічними умовами. В багатьох випадках вони розташовуються на берегах рік, морів і в гірській місцевості. Такі вузли обслуговують міста з прямокутним плануванням, витягнуті в довжину. В місцях злиття залізничних ліній, що сходяться, на підходах до міста споруджуються декілька послідовно розташованих станцій, які виконують роботу з обслуговування під'їзних колій і поїздоутворення й обробляючих кутові потоки.
Радіально-кільцеві транспортні вузли характерні для великих міст, де вони мають звичайно кілька кілець залізниць і автомобільних шляхів з радіусами та діаметрами усередині міста.
Радіально-напівкільцеві транспортні вузли великих міст, розташованих на берегах морів, великих озер або штучних водоймищ, а іноді й біля великих рік, мають по одному кільцю або кілька півкілець.
Комбіновані транспортні вузли являють собою сполучення: тупикового залізничного та радіального автодорожнього вузлів із прямокутним або радіальним плануванням вуличних мереж; залізничного вузла з паралельними ходами, вуличних мереж прямокутного планування та радіального автодорожнього вузла; залізничного вузла, витягнутого в довжину, або з паралельними ходами, вуличних мереж з радіальним плануванням і радіальним автодорожнім вузлом.
Межами транспортного вузла є пункти злиття ліній, які підходять до вузла, та пункти, які виконують роботу з розподілу поїздів (машин, судів), які прибувають, по головному ході, обходу, кільцю та внутрівузловим з'єднанням. По кожному виду транспорту встановлюється самостійна межа: для залізничного транспорту - передвузлові пости, роз'їзди або станції; для водного транспорту - портові станції, причали, окремі канали й інші пристрої; для автодорожнього - по вантажному руху аналогічно межі залізничного вузла, а при відсутності автодорожніх кільцевих ліній, обходів і з'єднань - по окраїні міста, для пасажирського - умовними (розміри пасажиропотоків і характер руху) і кінцевими пунктами проходження приміського пасажирського транспорту.
4.1.2. Визначення, склад і класифікація транспортних вузлів.
Залізничний вузол - це пункт перетинання або примикання декількох ліній, які об'єднують ряд пов'язаних з’єднувальними ходами станцій та інших роздільних пунктів, що працюють за єдиною технологією (у взаємодії).
Межами залізничного вузла є межі вхідних роздільних пунктів, від яких починається розгалуження та злиття головних колій за різними напрямками та станціями, а також кінцеві зони інтенсивного приміського руху та пункти розташування промислових підприємств, що обслуговуються станціями даного вузла.
До складу залізничного вузла входять: станції (сортувальні, вантажні і пасажирські тощо) з їхніми пристроями; головні та з’єднувальні колії; пости й обходи; під'їзні колії; усі види шляхопровідних розв'язок, розташованих у межах вузла; самостійні виробничі одиниці залізничного транспорту (заводи, тягові підстанції, матеріальні склади тощо).
Залізничні вузли класифікуються за наступними ознаками: 1) за характером експлуатаційної роботи; 2) за географічним положенням; 3) за чисельністю населення міст; 4) за характером продуктивних сил; 4) за системою керування; 5) за схемою розміщення основних пристроїв.
За характером експлуатаційної роботи вони бувають: 1) транзитні з невеликим обсягом сортувальної роботи без тягового обслуговування (прохідні); 2) транзитні з невеликим обсягом сортувальної роботи з тяговим обслуговуванням; 3) із великою місцевою роботою та наявністю транзитних перевезень; 4) тільки з місцевою роботою (кінцеві); 5) перевалочні, які виконують перевалочні операції з водного транспорту на залізницю та навпаки; 6) перевантажувальні, які виконують перевантажувальні операції з вагонів однієї ширини колії у вагони іншої; 7) промислові, які обслуговують крупні промислові райони.
За географічним положенням вузли поділяються на три групи: 1) сухопутні, 2) розташовані на берегах морів, 3) розташовані на берегах судноплавних рік.
За чисельністю населення міст вузли бувають: 1) малих міст - до 50 тис. жителів; 2) середніх – 50…100 тис. жителів3) крупних – понад 100 тис. жителів.
За характером продуктивних сил вузли бувають: 1) розташовані в районах із місцевою промисловістю; 2) розташовані в районах зі значною видобувною промисловістю; 3) розташовані в районах зі значною обробною промисловістю.
За системою керування вузли бувають об'єднані та роздільні.
За схемою розміщення основних пристроїв розрізняють такі типи вузлів: з одною станцією, хрестоподібні, трикутні, з паралельним розташуванням станцій, з послідовним розташуванням станцій, радіальні, тупикові, кільцеві, напівкільцеві та комбіновані.
4.2 Принципові схеми та техніко-експлуатаційна характеристика залізничних вузлів: з послідовним розташуванням основних станцій, з паралельним розташуванням основних станцій, трикутного, хрестоподібного типу
4.2.1. Залізничні вузли з послідовним розташуванням основних станцій.
Такі вузли (рис. 4.1) - це вузли, витягнуті в довжину, які утворюються за особливих топографічних (у долині ріки) або планувальних (велике місто з промисловими підприємствами, розміщеними на великому протязі вздовж залізниці) умов розвитку міста та залізниці.
Рис. 4.1. Схема вузла з послідовним розташуванням основних станцій: С – сортувальна станція; ПС – пасажирська станція; ТП – технічна пасажирська станція; ГС – вантажна станція; ПрС – передвузлова станція (пост).
Найчастіше у вузлах такого типу послідовно розташовуються пасажирська та сортувальна станції, пов'язані з вантажною станцією. При цьому підходи залізничних ліній розташовуються в діаметрально протилежних кінцях вузла.
Такі вузли обслуговують в основному прямі вантажні та пасажирські потоки і місцеву вантажну роботу. Розміщення станцій у вузлі визначається в основному плануванням міста і розміщенням у ньому великих промислових районів.
Пасажирська станція розміщується, як правило, ближче до центральних районів міста (рис. 4.1), чим забезпечується гарний зв'язок з міськими магістралями. При значному протязі міста уздовж залізниці передбачаються пасажирські пристрої або споруджуються зупинні пункти в районах розташування інших станцій вузла.
Місце розташування сортувальної станції визначається з урахуванням забезпечення оптимальних умов технологічного процесу вузла за умови можливості виділення достатньої станційної площадки для її розміщення. Сортувальна станція повинна мати гарні зв'язки з великими промисловими підприємствами та забезпечувати потоковість подачі вагонів. Сортувальна станція розміщається на окраїні міста з боку тих підходів, звідки прибуває максимальна кількість поїздів у переробку. Сортувальна робота концентрується на одній станції. За наявності у вузлі однієї сортувальної станції в зв'язку із сильною концентрацією роботи значно збільшується можливість повної механізації й автоматизації процесів переробки вагонів і виключається повторна переробка транзитних вагонів. Однак при одній сортувальній станції у вузлі (рис. 4.1) виникають великі пробіги місцевих вагонів (крім відправницьких маршрутів), які викликані розміщенням сортувальної станцій на одному кінці вузла удалині від вантажних станцій, і зайві пробіги вагонів кутових потоків, які прибувають з боку, протилежного розміщенню сортувальної станції.
Вантажна станція примикає до сортувальної і розташовується поблизу великих промислових підприємств. Найчастіше вантажні станції розташовуються між сортувальною станцією та містом або на його окраїні.
Вузли, витягнуті в довжину, в окремих випадках утворюються на одній магістралі, на якій розміщається кілька станцій, що обслуговують великий промисловий центр або місто.
Перевагами вузлів з послідовним розташуванням основних станцій є: 1) висока пропускна спроможність; 2) порівняно незначний колійний розвиток; 3) простота розв’язок на підходах до вузла; 4) мінімальні кутові потоки, які обходять вузол з'єднувальними коліями на далеких підходах (100-200 км).
Недоліками таких вузлів є: 1) відірваність станцій одна від одної, що викликає значні перепробіги рухомого складу та затримки вагонів; 2) необхідність спорудження великої кількості шляхопроводів у місцях перетинань залізниці з міськими магістралями; 3) необхідність пропуску вантажних поїздів пасажирською станцією.
Схема вузла за наявності додаткових сортувальних станцій наведена на рис. 4.2.
Рис. 4.2. Схема вузла з послідовним розташуванням основних станцій: ДСС – додаткова сортувальна станція.
4.2.2. Залізничні вузли з паралельним розташуванням основних станцій.
Такі вузли (рис. 4.3) утворюються за певних місцевих умов і наявності широкої, але короткої площадки, достатньої для розташування пасажирської та сортувальної станцій. Подібні вузли виникають звичайно після розвитку об'єднаної станції, яка не забезпечує на певному етапі освоєння розмірів руху, або в зв'язку зі збільшенням обсягу продукції, що випускається підприємствами прилягаючого району.
Рис. 4.3. Схема вузла с паралельним розташуванням основних станцій
Пасажирська станція в таких вузлах (рис. 4.3) розміщається поблизу основних районів міста. Вантажна станція може розташовуватися між пасажирською та сортувальною або виноситися за допомогою шляхопроводної розв'язки в промислові райони (ПР) міста. Віддалення сортувальної станції збільшує витрати на міський транспорт і викликає необхідність будівництва спеціальних автодоріг у районі вузла.
Розв'язки забезпечуються шляхом спорудження шляхопроводів. У випадках необхідності влаштовуються обходи вузла для пропуску транзитних кутових поїздів.
Перевагами таких вузлів є: 1) гарний пропуск транзитних потоків (прямий пропуск і сортування) за наявності сортувальної станції з послідовним розташуванням парків; 2) значне полегшення роботи пасажирської станції в зв'язку з відсутністю пропуску нею вантажних поїздів; 3) покращення обслуговування пасажирів; 4) можливість використання у разі потреби частини пасажирських колій для вантажної роботи.
Недоліками таких вузлів є: 1) труднощі розміщенням сортувальної станції з послідовним розташуванням парків; 2) складності та дорожнеча повної розв'язки підходів (за відстані між станціями близько 1 км і більш); 3) необхідність широкої площадки для розміщення вузла; 4) складність зв'язку між районами міста, розміщеними по різні боки від залізничної лінії за межами пасажирської та сортувальної станцій.
4.2.3. Залізничні вузли трикутного типу.
Такі вузли (рис. 4.4) утворюються в пунктах злиття трьох-чотирьох магістральних ліній, які мають значну взаємну кореспонденцію поїздопотоків.
Рис. 4.4. Схема вузла трикутного типу
У трикутних вузлах важливо правильно спеціалізувати станції та встановити оптимальні відстані між ними, що багато в чому залежить від розташування міста. У вузлах, які мають кореспонденції пасажирських поїздів між двома взаємно перпендикулярними лініями, обслуговування пасажирів виконується на двох станціях 1 і 2 (рис. 4.4). Однак за певних схем розвитку міста (з боку лінії А-Б) пасажирські поїзди можуть обслуговуватися однією пасажирською станцією, розташованою в районі станції 1 або 3. Вибір кількості станцій, залежить також від розмірів міста та наявності транспортних магістралей, які зв'язують пасажирські пристрої з житловими районами.
Робота з розформування-формування составів поїздів найчастіше концентрується на одній станції, на якій розташовуються також локомотивне господарство або екіпірувальні пристрої. Розміщення вантажних пристроїв (вантажна станція або окремий вантажний район) визначається розташуванням промислових підприємств і наявністю автомагістралей у місті.
Транзитні поїзди звичайно пропускаються найкоротшими маршрутами. Так, у випадку спеціалізації для сортувальної роботи станцій 1 транзитні поїзди напрямку Б-В минають сортувальну станцію, проходячи тільки станціями 3 і 2, де влаштовуються екіпірувальні пристрої, розташовані звичайно на приймально-відправних коліях, на яких виконується екіпірування локомотивів і технічний огляд составів. В окремих вузлах для обслуговування роботи з розформування-формування составів спеціалізуються всі три станції. Таке рішення викликає значні витрати з утримання пристроїв, вимагає великих капітальних вкладень при розвитку всіх трьох станцій і може бути рекомендовано тільки у випадках, обґрунтованих техніко-економічними розрахунками, за великих розмірів руху та переробки.
У вузлах трикутного типу проектуються спеціальні з'єднувальні колії та шляхопроводні розв'язки, а за великих розмірів руху - додаткові розв'язки головних колій, які зв'язують основні станції вузла. Так, часто проектуються обхідні колії, які дозволяють пропускати пасажирські поїзди без зміни напрямку руху (див. рис. 4.4).
Під час проектування вузлів передбачається можливість будівництва зазначених вище споруд і розміщення станції так, щоб у перспективі була достатня територія та відстань між станціями.
Перевагами таких вузлів є: 1) велика маневреність, яка дозволяє перерозподіляти вагонопотоки по кожному з напрямків; 2) велика взаємозамінність станцій; 3) забезпечення повороту будь-якого транзитного потоку.
Недоліками таких вузлів є: 1) перепробіг частини вагонопотоку, який переробляється,; 2) в деяких випадках необхідність спорудження повного комплексу пристроїв на магістралях, які зливаються у вузлі; 3) необхідність додаткових витрат з утримання штату та пристроїв на трьох станціях.
4.2.4. Вузли хрестоподібного типу.
Такі вузли (рис. 4.5) склалися в пунктах перетинання магістральних ліній, які мають незначний обсяг взаємної кореспонденції вагонопотоків. Вони можуть будуватися у випадках, коли дві лінії перетинаються під прямим або близьким до прямого кутом, а також на нових лініях зі значним прямим транзитним поїздопотоком і, як правило, за невеликого обсягу переробки, що не потребує у вузлі сортувальної станції. Як перша черга розвитку вузла такого типу може проектуватися вузол з однією станцією.
Рис. 4.5. Схема хрестоподібного вузла
Всі роботи з формування-розформування составів поїздів концентруються на одній зі станцій (станція 1 на рис. 4.5). Це дозволяє усунути повторні переробки вагонів і значно зменшити витрати на маневрову роботу. Друга станція вузла практично стає допоміжною, на яку покладена робота з пропуску транзитного руху (технічний огляд і зміна локомотивних бригад) і пропуск пасажирських поїздів. Вибір місця розміщення основної станції визначається розташуванням міста й обсягами робіт з пасажирського і вантажного руху (транзит і переробка).
У таких складно обробляти кутові поїзди і пропускати пасажирські. Для створення достатніх умов для виконання даної роботи, а також для передачі вагонів, які проходять вузол з переробкою з лінії на лінію, споруджуються спеціальні з'єднувальні колії V, VI (рис. 4.5). За наявності таких колій створюється можливість зосередження переробки вантажних поїздів обох ліній на станції 1 і пропуску транзитних поїздів у напрямках Б-В і Б-Г. Для створення зручностей пасажирам, які пересаджуються у вузлі, можуть застосовуватися наступні рішення:
1) пропуск пасажирських поїздів двома станціями зі зміною напрямку руху поїзда, що дуже незручно;
2) спорудження спеціальних обхідних колій VІІІ, VІІІа (рис. 4.5), які забезпечують можливості заходу пасажирський поїздів, що прямують з В на Г (і навпаки), на станцію 1;
3) використання міського транспорту або автомотрис для доставки пасажирів з однієї станції на іншу.
Вибір оптимального рішення визначається порівнянням витрат на спорудження пристроїв (колій), експлуатаційних витрат на додатковий міський транспорт, економією часу та зручностями пасажирів, що пересаджуються у вузлі.
Реконструкція хрестоподібних вузлів зі зміною їхніх схем утруднена, тому для поліпшення експлуатаційної роботи звичайно споруджуються спеціальні сполучні колії, що забезпечують зручний зв'язок між окремими станціями вузла.
У хрестоподібних вузлах (див. рис. 4.5) всі основні операції (переробка, формування, обслуговування пасажирів) концентруються на основній станції магістралі А-Б з великими розмірами руху. Ця станція, як правило, велика дільнична або сортувальна. На іншій станції вузла виконуються в основному операції з транзитними вантажними та пасажирськими поїздами, які прямують лінією В-Г. Часто станція цієї лінії дільнична або проміжна.
Перевагами таких вузлів є: 1) наявність незалежних пересічних ліній, які забезпечують мінімальні пробіги транзитних поїздів (це особливо важливо за наявності великих транзитних потоків); 2) повне розосередження руху поїздів окремими лініями; 3) зручне розміщення вантажних станцій осторонь від міста.
Недоліками таких вузлів є: 1) деяка відірваність станцій пересічних ліній одна від одної; 2) необхідність будівництва для їх зв'язку спеціальних з’єднувальних ліній; 3) значний перепробіг і частково подвійна переробка кутових вагонопотоків при передачі з лінії на лінію; 4) великі витрати на спорудження дублюючих пристроїв; 5) відсутність загального для ліній пункту зупинки пасажирських поїздів.
Такі вузли ефективні лише при виражених транзитних потоках на лініях, які перетинаються.
Схема вузла за наявності чотирьох станцій наведена на рис. 4.6.
Рис. 4.6. Схема хрестоподібного вузла