4.5. Трассирование обходов барьерных мест

Барьерные места и назначение обходов. На многих железных дорогах, проектируемых в сложных природных условиях, встречаются участки трас­сы, на строительство которых требуется значительно больше времени, тру­да, финансов, чем на сооружение смежных более простых участков. Такие сложные участки называют барьерными местами. К барьерным объектам относятся тоннели, большие мостовые переходы, виадуки, очень высокие насыпи, глубокие выемки. Для ускорения укладки сплошного рельсового пути и открытия в установленный срок сквозного движения поездов на строящейся линии, а иногда и для снижения первоначальных строитель­ных затрат проектируют и сооружают обходы барьерных мест.

По продолжительности действия обходы подразделяют на краткосроч­ные, временные и долговременные.

Краткосрочные обходы предназначаются для организации рабочего дви­жения поездов со строительными материалами, конструкциями, строи­тельной техникой и используются в течение короткого периода времени, как правило, не более года.

Временные обходы предназначаются для использования в течение не­скольких лет и могут применяться в период временной эксплуатации ли­нии для перевозки строительных и хозяйственных грузов.

Долговременные обходы предназначаются для эксплуатации в течение длительного времени до сдачи линии в постоянную эксплуатацию. При соответствующем обосновании такие обходы могут использоваться и после сдачи линии в постоянную эксплуатацию.

Трасса обходов. По расположению трассы обхода относительно посто­янной трассы несколько условно различают смежные и дальние (глубокие) обходы [5]. Смежным называют обход, ось которого располагается в непо­средственной близости (примерно до 1 км) от проектной трассы и положе­ние которого может быть определено расчетом. При этом в целях сокра­щения объема бросовых земляных работ путь на части обхода может рас­полагаться на общем земляном полотне с постоянным путем (рис. 4.28). В этом случае расстояния между осями постоянного пути и временного об­хода (с, и с₂ на рис. 4.28) рассчитываются в зависимости от разности уров­ней этих путей:

на части обхода, где временный путь располагается в более глубокой выемке по сравнению с постоянным путем (сечение А — А на рис. 4.28),

_С|=кк+д_{Ч; (}4.7)

на части обхода, где временный путь располагается на более низкой насы­пи по сравнению с постоянным путем (сечение В — В на рис. 4.28),

где Ь_п — ширина основной площадки земляного полотна постоянного пути; />,_|(к) и Ал) ^— то же соответственно постоянного и обходного путей, включая ширину кю­ветов поверху (ширину основной площадки земляного полотна на обходах Ь₀ при толщине балластного слоя 20-25 см принимают, м [5]: при использовании недре-

а)

Обходной путь располагается

Обходной путь располагается

/// '/// /// ///!/// /У/ /я м

Работы Л этапа / / Работы I этапа

Рис. 4.28. Схема устройства смежного обхода в пониженном уровне:

а - план; б — продольный профиль, в - поперечные профили земляного полотна, / — по­стоянный путь; 2 — обходной путь

^

нирующих грунтов на обходах долговременных - 5,5; временных - 5,3; краткосроч­ных — 4,8; при дренирующих грунтах соответственно — 5,0; 4,6; 4,2; ширина кюве­тов поверху на долговременных и временных обходах допускается в размере 1,4 м, а на краткосрочных обходах — 1,1 м; на участках с вечномерзлыми грунтами преду­сматривают уширение земляного полотна с учетом его осадки вследствие возмож­ного оттаивания основания); Ah — разность отметок основной плошадки земляного полотна постоянного и обходного путей; 1 : п_п и 1: л„ — крутизна откосов земляно­го полотна соответственно постоянного и обходного путей (на временных и крат­косрочных обходах крутизна откосов в грунтах некоторых категорий принимается большей, чем на постоянном пути, например при раздробленных скальных слабо- выветривающихся и выветривающихся грунтах она составляет на обходах соответ­ственно 1 : 1,3 и 1 : 1,25 [5] против значения 1 : 1,5 на постоянном пути).

Смежный обход целесообразно проектировать в такой последовательно­сти:

проектируют продольный профиль обходного пути и определяют обра­зующуюся разницу в уровнях постоянного и обходного путей Ah в харак­терных точках;

назначают типы поперечных профилей земляного полотна обходного пути, исходя из значений Ah и местных условий;

вычисляют величину потребного удаления оси обхода от постоянного пути с в характерных точках;

исходя из значений с проектируют план обхода и определяют оконча­тельные величины с;

окончательно проектируют поперечные профили земляного полотна.

Глубоким обходом называют обход, трасса которого находится на значи­тельном удалении (более 1—2 км) от оси постоянного пути. При трассиро­вании таких обходов нужно учитывать следующие положения [35].

Трассу обхода целесообразно приближать к карьерам (земляным, балла­стным) с тем, чтобы эти материалы могли быть использованы при соору­жении и обхода, и постоянной трассы.

При трассировании обходов необходимо учитывать возможность ис­пользования в будущем участков обхода и отдельных его сооружений в хо­зяйственном освоении района строительства дороги.

При выборе направления обхода следует избегать частых пересечений его трассы с трассой будущего постоянного пути. Если возникает необхо­димость таких пересечений, то для упрощения переключения движения поездов с одной трассы на другую целесообразно располагать оба пути в одном уровне.

При проектировании обходов больших тоннелей трассу обхода следует располагать с учетом создания благоприятных условий для завоза необхо­димого оборудования к порталам тоннеля и размещения поселков строите­лей тоннеля.

На трассе обходов перевальных тоннелей с целью сокращения длины и объема работ по сооружению обхода может быть целесообразным приме­нение тупиковых заездов по примеру временного обхода тоннеля на Ки­тайской Восточной железной дороге (см. рис. 4.13).

Продольный профиль и план обходов. Нормы проектирования трассы об­ходов устанавливают с учетом необходимого сокращения объемов работ и сроков строительства обходов при одновременном обеспечении безопасно­сти их эксплуатации.

Величину ограничивающего уклона продольного профиля обходов уста­навливают на основе технико-экономических расчетов в зависимости от топографических условий местности и во взаимосвязи с нормой массы по­езда и значением руководящего уклона постоянной трассы, а также с уче­том продолжительности эксплуатации обхода. Максимальный уклон, как правило, не должен превышать 30 %с на долговременных обходах и 40 %с на временных и краткосрочных обходах [5]. Более крутые уклоны допуска­ется предусматривать при соответствующем обосновании на участках обхо­дов, требующих выполнения больших объемов земляных работ. В этих ус­ловиях на долговременных обходах наибольшие уклоны определяют в со­ответствии с мощностью и тормозным оснащением (электрический тор­моз) используемых локомотивов, но не более 40 %с, а на краткосрочных обходах — 50 %о [5].

Сопряжения смежных элементов продольного профиля на обходах про­ектируют согласно СТН Ц-01-95 по нормам железных дорог IV категории при полезной длине приемо-отправочных путей 850 м, т. е. наибольшую рекомендуемую алгебраическую разность смежных уклонов Л/_н принимают

равной 13 %о, а наибольшую допускаемую разность уклонов — 20 %о при длине элементов профиля /_н равной 200 м. В трудных условиях допускается увеличивать алгебраическую разность уклонов Д;_н до 30 %о при длине эле­ментов профиля /_и не менее 100 м.

Смежные элементы продольного профиля при алгебраической разности их крутизны на долговременных обходах более 6,3%с, временных — более 8,9 %с и краткосрочных — более 12,6 %с сопрягаются в вертикальной плоскости кривой радиусом не менее 2000, 1000 и 500 м соответственно [5]. На выпуклых переломах профиля радиус вертикальных кривых должен быть не менее 1000 м также и на краткосрочных обходах с целью предот­вращения саморасцепа вагонов в поезде [20].

Радиусы кривых в плане на обходах

Радиусы криволинейных в плане участков пути обходов следует соглас­но Методическим рекомендациям [5] принимать в соответствии с табл. 4.1.

Таблица 4.1

Виды обходов	Радиусы кривых в плане, м
	рекомендуемые	допускаемые в условиях
		трудных I	особо трудных
Долговременные	2000-500	250	200
Временные	2000-300	200	180
Краткосрочные	2000-250	200	180

При соответствующем обосновании допускается применение кривых радиусами 2500, 3000 и 4000 м. При эксплуатации обходов, обслуживаемых маневровым порядком, и при обращении локомотивов промышленных предприятий радиусы кривых допускается уменьшать до 160 м. В трудных условиях для лучшего вписывания обхода в рельеф местности допускается применение составных кривых разных радиусов.

Длины переходных кривых на обходах рекомендуется [5] принимать по табл. 4.2.

Таблица 4.2

Длины переходных кривых на обходах

Радиус кривой, м	Длина переходных кривых, м, на обходах
	долговременных	временных	краткосрочных
2000-1500	20; 0; 0	0	0
1400-1000	40; 20; 0	20; 0; 0	0
900-700	60; 40; 20	20; 0; 0	0
600-400	80; 60; 40	20; 20; 0	0
300-250	80; 60: 40	40; 20; 20	0
200-180	80; 60; 40	60; 40; 20	20; 0; 0
160	-	80; 60; 40	40; 20; 0

Примечание При трех значениях длин переходных кривых вторые значения допускает­ся применять в трудных условиях, третьи - в особо трудных условиях.

При невозможности устройства переходных кривых по нормам табл. 4.2 допускается проектировать их меньшей длины, определяемой по расчету в зависимости от проектируемого для данной кривой возвышения наружного рельса и уклона отвода возвышения. Уклоны отвода возвышения на долго­временных, временных и краткосрочных обходах принимают соответствен­но 1; 2 и 3 %с.

Прямые вставки между начальными точками переходных кривых, а при их отсутствии — между круговыми кривыми принимаются на обходах меньшей длины, чем на постоянной трассе. Согласно Методическим реко­мендациям [5] на долговременных обходах прямые вставки могут быть длиной 50 м, а на временных и краткосрочных обходах — 30 м. В соответ­ствии с СТН Ц-01-95 в трудных условиях на временных участках трассы, сооружаемых на период строительства, прямые вставки между переходны­ми кривыми допускается не устраивать. При отсутствии переходных кри­вых прямые вставки можно не устраивать, если не предусматривается воз­вышение наружного рельса в кривых.

Примеры проектирования и строительства обходов барьерных мест. В практике железнодорожного строительства есть много примеров сооруже­ния обходов барьерных объектов, которые оказали существенное влияние на организацию строительства, позволили раньше организовать рабочее движение поездов, что дало заметный экономический эффект. Характер­ные примеры обходов барьерных мест были при строительстве Байкало- Амурской магистрали. Некоторые из них приведены ниже.

Временный обход Байкальского тоннеля [4]. Байкальский тоннель протяжен­ностью 6,7 км являлся барьерным местом для ритмичного продолжения строитель­ства БАМа дальше на восток. Поэтому был разработан проект временного обхода тоннеля (рис. 4.29). Длина обхода - 16,3 км, ограничивающий уклон продольного профиля - 40 %с, минимальный радиус кривых — 180 м. Протяженность участков с ограничивающим уклоном составила около 70 %, длина криволинейных участков достигает почти 50 % обшей протяженности обхода, из них более половины (по длине) - кривые радиусов 300 м и менее.

Рис. 4.29. Схема временного обхода Байкальского тоннеля:

а — план; б — продольный профиль; / — постоянный путь; 2 — трасса обхода

о

о

ч

О м

а &

СП = ч» I

Строительство обхода продолжалось 5 месяцев. Объем земляных работ составил около 60 тыс. м³ на 1 км (по некоторым данным значительно больше), было по­строено девять металлических гофрированных труб, восемь мостов с пакетными пролетными строениями на деревянных и металлических опорах и через р. Кунер- му большой мост со сборно-разборными пролетными строениями на опорах из инвентарных металлических конструкций.

По завершении строительства обхода сразу же началась его эксплуатация, обес­печившая доставку необходимого оборудования и материалов на восток за тоннель, которая продолжалась более 5 лет до ввода тоннеля в эксплуатацию. Движение по­ездов по обходу осуществлялось с использованием нескольких тепловозов, разме­шенных в голове и хвосте поезда.

Обход мысовых тоннелей вдоль озера Байкал [4]. Первоначально в проекте БАМа трасса вдоль северной оконечности озера Байкал (между Северобайкальском и Нижнеангарском) была проложена по берегу озера. Предусматривалось укрепле­ние прибрежной насыпи бермой шириной 40 м из горной массы с пятитонными каменными глыбами, а также разработка на участках скальных прижимов полувы­емок с высокими нагорными откосами. В процессе экспертизы проекта береговой вариант трассы был отклонен, ввиду значительной сложности сооружения полувы­емок с нагорными откосами высотой до 210 м и недостаточной защиты земляного полотна от размыва волногасящими бермами при высоте волны более 5 м. Кроме того, не обеспечивалась защита насыпи зимой от разрушения надвигом льда при высоте торосов до 8 м. Взамен берегового был предложен вариант частичного сме­шения трассы в сторону косогора с расположением пути в тоннелях на наиболее выступающих участках скальных прижимов. В результате на прибайкальском уча­стке БАМа началось строительство четырех двухпутных мысовых тоннелей общей протяженностью 5,1 км (рис. 4.30).

Согласно проекту организации работ окончание строительства тоннелей преду­сматривалось в 1985 г. Это привело бы к шестилетней задержке укладки пути на восток от Северобайкальска. Поэтому было решено построить обход тоннелей у уреза Байкала (см. рис. 4.30). Строительство железнодорожного обхода на совмещенном земляном полотне с притрассовой автомобильной дорогой протя­женностью 9,4 км было начато в 1977 г. и завершено в июле 1979 г. Впоследствии железнодорожный обход был электрифицирован и стал хорошим дублером тонне­лей, а автомобильная дорога, расположенная на его берме, эксплуатируется и сейчас.

Обход Улагирской петли с большим мостом через р. Улагир (рис. 4.31) [5]. Постоянная трасса БАМа на данном участке, пересекая р. Улагир металлическим мостом 3x34,2 м и вписываясь в узкую долину кривыми радиуса 400 м, врезается в оба склона долины глубокими выемками. Объем земляных работ в выемках состав­ляет почти 400 тыс. м\ а объем подходных к мосту насыпей, высота которых дос­тигает 23 м, превышает 550 тыс. м³. Наряду с такой концентрацией земляных работ на трехкилометровом участке, строительство осложнялось задержкой поставки про­летных строений постоянного моста. Поэтому было решено построить краткосроч­ный обход данного участка.

Длина обхода — 2,7 км, максимальный уклон продольного профиля пути - 37 %с, минимальный радиус кривых - 200 м. Земляное полотно на обходе отсыпа­но невысокими насыпями, в одном месте сооружена фильтрующая насыпь. Насыпь обхода в долине р. Улагир построена частично в теле постоянной насыпи (по схе­ме, приведенной на рис. 4.28 — сечение В — В). Общий объем земляных ра­бот по сооружению обхода составил 225 тыс. м³. Срок эксплуатации обхода — 6 месяцев.

Обход Северо-Муйского тоннеля [4]. Строительство самого длинного на БАМе Северо-Муйского тоннеля (15,3 км) началось в 1977 г. Тоннель пролегает в очень сложных инженерно-геологических условиях, в местности с сейсмичностью 9—10 баллов. По техническому проекту предстояло пересечь 26 тектонических зон,

Рис. 4.31. Схема обхода Улагирской петли через р. Улагир на БАМе: / — постоянный путь; 2 - трасса обхода

сложенных разрушенными и обводненными породами. Фактические условия ока­зались значительно сложнее. При проходке "Ангараканского размыва" произошли многочисленные выбросы водокаменной массы объемом в сотни и тысячи кубиче­ских метров в час. В сентябре 1979 г. сооружение тоннеля резко замедлилось. Стало очевидно, что задержка укладки верхнего строения пути с запада не обеспечит своевременную подачу строительных материалов и оборудования на участок вос­точней Северо-Муйского тоннеля для строительства моста через р. Витим, Кодар- ского тоннеля и укладки верхнего строения пути на смычку с востока. Поэтому было принято решение построить временный железнодорожный обход Северо- Муйского тоннеля (рис. 4 32). Этот однопутный обход длиной 26,4 км с уклоном 40 %о и минимальным радиусом кривых 250 м строился с конца 1979 г. по 1982 г. По этому обходу в течение 6,5 лет тепловозами ТЭМ2, оборудованными реостат­ными тормозами для обеспечения безопасности движения по 40-тысячным спускам со скоростью 25 км/ч, перевезено много тысяч поездов массой 1500 т и более.

Временный обход эксплуатировался до 1989 г., когда вступил в строй постоян­ный обход Северо-Муйского тоннеля. Этот обход протяженностью 54,3 км с мак­симальным уклоном 18 %о и наименьшим радиусом кривых 300 м построен в каче­стве второго главного пути БАМа на участке пересечения Северо-Муйского хребта. Линия строилась с 1985 г. по 1989 г. Дорога электрифицирована, на ней кроме двух мысовых тоннелей длиной 1,71 и 0,75 км сооружены и другие крупные искусствен­ные сооружения: виадук 10 х 34,2 м, эстакада 10 х 16,5 м, четыре противолавинных галереи общей протяженностью 510 м.

Рис. 4.32. Схема временного обхода Северо-Муйского тоннеля: а — план; б - продольный профиль; 7 — постоянный путь; 2 — трасса обхода

сл оо

Рис. 4.33. Схема пересечения хребта Сихотэ-Алинь трассой варианта 1939 г. (/) и долговременным обходом 1943 г. (2)

Обход тоннелей на пересечении хребта Сихотэ-Алинь [4]. При проектировании в 1939—1940 гг. восточного звена БАМа — железнодорожной линии Комсомольск- на-Амуре — Советская Гавань при пересечении Сихотэ-Алиньского хребта были предусмотрены два тоннеля: перевальный протяженностью 1890 м и бортовой дли­ной 330 м. Трасса на участке пересечения хребта проектировалась уклоном двойной тяги 17,5 %о (руководящий уклон на линии, как и на всем протяжении БАМа, - 9 %с). При строительстве дороги в трудные военные годы (1943—1944) в целях со­кращения объемов строительных работ, удешевления строительства и ускорения ввода линии в эксплуатацию был разработан вариант обхода Сихотэ-Алиньских тоннелей (рис. 4.33). По этому варианту была построена железная дорога с уклоном тройной тяги 25 %о на пересечении хребта, с минимальным радиусом кривых 200 м. Несмотря на такие параметры трассы, объем земляных работ на обходе очень велик: высота насыпей при пересечении логов составляет 20 м и более, глу­бина выемок достигает 25 — 30 м по оси линии, а высота нагорных откосов — 90 м. Долговременный обход Сихотэ-Алиньских тоннелей продолжает эксплуатироваться по настоящее время.