Железнодорожные инраструктуры

Андрес ЛОПЕС ПИТА

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЕ ИНРАСТРУКТУРЫ

Предисловие

В последние три десятилетия наблюдается возрождение европейских железных дорог, по которым осуществляется междугородные пассажирские перевозки, это возрождение происходит в результате строительства новых инфраструктур и предоставления услуг скоростного транспорта

Как следствие, в этот период достигнут значительный прогресс в исследовании (изучении) различных сфер (областей), с которыми связан железнодорожный транспорт. Этот прогресс получил отражение в специальных технических публикациях, для чтения и изучения которых у специалистов-железнодорожников, и особенно у молодых специалистов, которые начинают работать на ж/д транспорте, часто нет необходимого времени.

Однако, с каждым днем все очевиднее важность ознакомления с достижениями технического прогресса, благодаря чему результаты инженерного труда все более соответствуют современным требованиям и экономически целесообразны. В качестве примера можем указать, что еще двадцать лет тому назад не выглядели актуальными такие технические проблемы как резонанс (колебания?) ж/д мостов, задержки (остановки?) скоростных поездов в туннелях или вибрации из-за материалов балластового слоя? (насыпи?).

Поэтому, мы на кафедре предприятий (промышленных предприятий? ) в Высшей технической школе инженеров дорог, каналов и портов г. Барселоны, над которой шефствует COMSA, полагаем, что научному сообществу будет интересна книга, которая отразит современное состояние изучения железнодорожных инфраструктур. Данная публикация предназначена для специалистов в данной области, а также для тех, кто желает в ней специализироваться.

Я хочу поблагодарить профессора Лопеса Питу за то, что он взял на себя труд и написал эту книгу, которая представляет собой исключительно важную работу. Эта работа не является более или менее удачным воспроизведением уже известных сведений, а представляет собой хорошо организованное, структурированное произведение, отражающее личные оценки автора, которые являются новым взглядом на общепринятые представления. Я убежден, что данная работа, благодаря своей оригинальности и очевидному вкладу в науку, представляет значительный интерес для отрасли железнодорожного транспорта.

Хорхе Мьярнау Монтсеррат

Президент Группы COMSA

Г. Барселона, 2006 г.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Одной из задач университетов является передача обществу тех знаний, которые они создают, и приобщение к этим знаниям профессионалов и всех тех, кто интересуется данной отраслью, в данном случае, речь идет об отрасли железнодорожного транспорта.

Осознавая данную задачу как профессиональный долг, мы, университетские специалисты, в течение последних двух десятилетий подготовили работу, в нескольких томах, под общим названием «Курс по железным дорогам». С тех пор технический прогресс значительно продвинулся в различных секторах данной отрасли. Поэтому мы посчитали целесообразным, с учетом современных требований, подготовить новую публикацию, которая бы позволила читателю расширить и углубить знания в такой постоянно обновляющейся отрасли как ж/д транспорт XXI века.

Книга, которая сейчас перед вами, называется «Железнодорожные инфраструктуры», за ней последует другой том – «Эксплуатация ж/д линий».

В работе, которая предшествовала появлению этой книги, мне бескорыстно помогали многие люди, перед которыми я в неоплатном долгу. И хотя трудно перечислить их всех, я хотел бы, чтобы они почувствовали в этих словах мою благодарность.

В первую очередь, хочу поблагодарить всех тех, кто «открыл передо мной двери» в отрасль транспорта, прежде всего, железнодорожного и оказал всяческую поддержку. Без них эта работа была бы невозможна. Непосредственно в личном плане, моя благодарность – Фернандо Оливейросу, в том, что касается деловой части - благодарю РЕНФЕ (аналог наших РЖД – прим. пер.).

Я также должен отметить заслуги Хорхе Мьярнау Бануса, который в 70-е годы прошлого века, когда я был еще молодым преподавателем, всячески способствовал тому, чтобы я подготовил материалы, которые стимулировали бы интерес студентов инженерных факультетов к отрасли ж/д транспорта. Его работа на протяжении ряда лет привела к созданию кафедры COMSA в Высшей технической школе инженеров дорог, каналов и портов Барселоны (ETSECCPB) и в конечном итоге, способствовала выходу в свет этой книги. Хорхе Мьярнау Монтсеррат продолжил работу своего отца, я всегда получал от него необходимую помощь для продолжения исследований в области ж/д транспорта, подготовки инженерных кадров и распространении научных знаний в этой области.

Моя благодарность ему!

Как профессионал, наилучшим моим спутником был профессор Франсеск Робуст_?, который помогал в создании Центра инноваций на транспорте, что стало возможным, благодаря решающей поддержке Правительства Каталонии и Каталонского политехнического университета (КПУ)-(UPC), что и позволило выпустить эту книгу. Содержание книги значительно выиграло, благодаря комментариям и замечаниям Ф. Робуст_?, динамизм и креативность которого трудно кому-либо превзойти. Спасибо ему!

Многие другие люди на протяжении моей профессиональной карьеры способствовали моему участию в важных мероприятиях, моему профессиональному росту, благодаря чему, на протяжении ряда лет я смог подготовить эту книгу. Моя самая искренняя благодарность всем им.

Я очень благодарен Ане Перес за ее высокий профессионализм и всегдашнюю готовность вновь и вновь вносить новые правки в очередную версию начального варианта рукописи. Мне хочется поблагодарить ее еще раз за это терпение.

Я хочу поблагодарить Издательство КПУ (UPC) и персонально Ану Марти за ее помощь в подготовке обильной графической документации и Монтсе Мане – за тщательную подготовку издания этой книги.

И помимо всего этого, моя благодарность моей жене Майте и моим детям Сильвии, Лауре и Андресу, которые с пониманием относились к моему долгому отсутствию, связанному с подготовкой этой книги. Их поддержка была совершенно необходима для того, чтобы закончить эту трудную работу и подготовить эту публикацию. При таких обстоятельствах слова благодарности недостаточны, чтобы выразить полностью истинные чувства.

А. Лопес Пита

Развитие ж/д сетей 19

Ж/д инфраструктуры в современном мире 19

Infraestructuras ferroviarias en Europa 21

Ж/д сеть Европы в увязке с дорожной сетью 22

Главные маршруты в ж/д сети Европы 22

Характеристики испанской ж/д сети 26

Индикаторы трудности эксплуатации ж/д инфраструктуры 34

Основные характеристики ж/д пути 41

Общая конфигурация 41

Рельс? Колея, рельсовый путь? 44

Шпалы и крепления 45

Placas de asiento - 1. Опорная плита, 2. Рельсовая подкладка 47

Balasto - балласт 47

Основные характеристики транспортных средств с моторами (del material motor) 53

Общая конфигурация локомотива 53

Влияние расположения моторов на вертикальную динамику

(Incidencia en la dinбmica vertical de la disposiciуn de los motores) 58

Отражение поперечной динамики в конструктивном дизайне 58

пассажирские вагоны 65

Обычные транспортные средства и вагоны Talgo 65

тележка (вагона или локомотива) как элемент транспортного средства 65

Эволюция основных типов (вагонных?) тележек 68

Новое поколение тележек для (скорости) 160/200 км/час 68

Вагоны Talgo 68

Транспортные средства, пригодные для движения по колее разной ширины 72

самоходные устройства? 79

Новшества, связанные с сокращением подвесного веса (подвесной нагрузки?

Т. е. веса вагона и тележки) 79

Тяга концентрированная и тяга распределенная (Tracciуn concentrda y tracciуn distribuida) 81

Тележки для скоростных транспортных средств 81

Грузовые вагоны 85

Общая конфигурация 85

Современные тележки для вагонов 85

Условия при движении вагонов

Классификация линий UIC 90

Элементы сцепки и тяги 91

Вагоны, пригодные для движения по колее разной ширины 93

Габариты подвижного состава? и габариты препятствий? 95 (Gбlibo del material y gбlibo de obstбculos 95)

Исходный? Контур? (Contorno de referencia) 95

Техническая часть? Единица? (Unidad Tйcnica) 95

Габариты A, B, C и производные 97

Устойчивость хода и комфорт пассажиров 101

Индекс(? Коэффициент?) Шперлинга для оценки устойчивости хода 101

Индекс(? Коэффициент?) Шперлинга для оценки комфорта пассажиров 101

Новая формулировка (формула?) коэффициента Шперлинга 102

Коэффициент Шперлинга и его влияние на конструкцию транспортных средств (вагонов?) 103

Коэффициент Шперлинга и его (со)отношение к качеству пути и скорости движения 103

Реакция человека на вибрации 104

Движение по кривой 111

Центробежное ускорение без компенсации. Недостаточность возвышения (наружного рельса?) и

Коэффициент souplesse 113

Поезда с «качающимися» вагонами (вагоны снабжены моторами, позволяющими компенсировать вибрацию и наклоны на поворотах, для удобства пассажиров)

(Vehнculos de caja incunable) 116

Практические последствия использования «качающихся» вагонов

(Repercusiуn prбctica de utilizar vehнculos de caja incunable) 119

Практическое определение высоты (наружного?) рельса на поворотах (кривых). Превышение или недостаточная высота рельса 122

Кривые (параболы?)вертикального согласования? (Acuerdos verticales) 122

Переходные кривые? (Curvas de transiciуn) 123

Длина переходных кривых - Longitud de las curvas de transiciуn 124

Параметры проекта высокоскоростных линий - Parбmetros de diseсo de lнneas de alta velocidad 126

Факторы, от которых зависит увеличение скорости при движении на криволинейных участках -

Factores sobre los que actuar para incrementar la velocidad de circulaciуn en curva 129

Общие положения - Marco general 129

Сокращение ускорения из-за геометрических дефектов пути (колеи?) 129

Изменение высоты (возвышения) рельса на пути (колее) 130

Использование активной поперечной подвески (подрессоривания?) - Utilizaciуn de una suspensiуn transversal activa 130

Использование «качающихся» вагонов (Empleo de vehнculos de caja incunable) 130

Изменение радиуса кривого участка пути - Modificaciуn del radio en planta de las curvas 132

Строительство новой линии 133

Несуществующая дуальность (двойственность) между поездами с «качающимися» вагонами и высокоскоростными линиями (La inexistente dualidad entre vehнculos de caja incunable y lнneas de alta velocidad) 139

Геометрическое качество пути 145

Параметры, характеризующие геометрическое качество пути 145

Измерение параметров геометрического качества 147

Поезда с оборудованием для динамического обследования пути (безконтактной геометрической аускультации? (проверки качества пути, рельсов?)

(Vehнculos de auscultaciуn geomйtrica sin palpadores con contacto) 147

Числовое квантование (оценка? Определение?) геометрического качества? - Cuantificaciуn numйrica de la calidad geomйtrica 152

Специфические проблемы при регистрации и обработке геометрических параметров 157

Зд.: букв. Спектр мощностной плотности? Дефектов геометрии пути? (исп. Консультант указывает зд. На анализ Фурье геометрических параметров? путей?)

Espectro de densidad de potencia de los defectos de la geometrнa de una vнa 160

Вертикальные воздействия (нагрузки?), осуществляемые транспортом на путь 169

Введение 169

Динамические эффекты: приблизительные подходы? 169

Формула Прюдомма 172

Синтез вертикальных воздействий, осуществляемых ж/д транспортом 181

Новая формула Айзенмана 183

Специфические воздействия, вызывающие особые дефекты пути или транспортного средства 185

Перегрузки при движении на криволинейном участке 185

Механический анализ поведения пути при вертикальной нагрузке 187

Воздействие на путь из-за изгиба рельса. Метод Циммермана. 188

Практическое применение метода Циммермана 191

Порядки величин состояния напряженности и деформированности пути 193

Влияние изменения структурных характеристик пути из-за вертикальных нагрузок 194

Волна подъема пути ? (Onda de levante de la vнa) 195

Тенденции в Европе в отношении площади опоры шпал (Tendencias europeas en relaciуn con el бrea de apoyo de las traviesas) 197

Разнородность вертикального сопротивления пути в продольном направлении???

(La heterogeneidad vertical resistente de una vнa en sentido longitudinal) 203

Размерность различных элементов (рельс, шпалы, балласт, насыпь?) ж/д суперструктуры и инфраструктуры

(Dimensionamiento de los componentes de la superestructura e infraestructura ferroviaria 207

Рельс? Устройство рельсовой колеи? 207

Шпалы 212

Крепления и рельсовые подкладки (опорные плиты?) 214

Система балласт – платформа? 219

Вертикальная жесткость инфраструктуры и ее соотношение с вертикальной жесткостью

Рельсовых подкладок 230

Поперечная динамика ж/д транспортного средства. Боковые усилия на путь 235

Движение оси 235

Кинематическое петлеобразное? Движение? Movimiento cinemбtico de lazo 237

Эквивалентная конусность 239

Динамическое движение оси 240

Кинематическое движение тележки 240

Динамическое движение тележки 242

Конусность и поперечная динамика транспортного средства 242

Главные аспекты движения ж/д транспорта на криволинейном участке 243

Определение поперечных усилий (нагрузок?) на путь на криволинейном участке 243

Механический анализ деформируемости пути под воздействием поперечных нагрузок 249

Линия без поезда (Vнa descargada) 249

Линия, на которой находится поезд (Vнa cargada) 255

Условия схода с пути ж/д транспорта 262

Механический анализ деформируемости пути под воздействием продольных нагрузок 265

Максимальное термическое воздействие? на рельс 265

Осевая сила (нагрузка?), вызывающая прогиб? Выпучивание? (рельса?)В горизонтальной плоскости 268

Вертикальная стабильность пути 272

Элементы путей? (Соединения и пересечения путей?) - Aparatos de vнa 273

Основные аспекты (характеристики?) перехода на другой путь (колею?)(стрелочные переводы?)

(Aspectos bбsicos de los desvнos) 273

Элементы путей на бетонных шпалах (Aparatos de vнa sobre traviesas de hormigуn) 279

Переход (стрелочный перевод?)на другую линию (колею?) на высокоскоростной дороге

(Desvнos de alta velocidad) 280

Перекрестные стрелочные переводы? Переезды? (Travesнas) 286

Распределение (расположение?) элементов путей (соединений и пересечений путей?) на протяжении дороги

(Distribuciуn y caracterнsticas de los aparatos de vнa a lo largo de una lнnea) 286

Ж/д мосты 289

Информация по истории испанских ж/дорог 289

Прокладка пути по мосту 292

Вертикальны жесткость пути на мостах и ее влияние на износ балластного слоя 294
(Пр)оседание пути на стыках моста и насыпи 297

Вертикальные нагрузки (усилия?) на ж/д мостах 298

Ограничения сдвигов помоста? Настила? 313

Поперечные воздействия на мост 316

Взаимодействие путь – мост из-за колебаний температур 316

Значение (важность) мостов на новых ж/дорогах 320

Ж/д туннели 325

История вопроса 325

Географическое расположение 325

Поперечное сечение (поперечный разрез?) 329

Ж/д путь в туннеле 329

Некоторые проблемы в существующих туннелях 332

Современное состояние и тенденции в строительстве ж/д туннелей 332

Основные аспекты аэродинамических явлений в туннелях высокоскоростных дорого 335

Тенденции в туннелях большой протяженности 357

Износ (порча) ж/д пути 361

Введение - 361

Цикл системы «движение – путь» 361

Порча пути и значение балласта 362

Исследования комитета D-117 ORE 362

Влияние компонентов ж/д инфраструктуры и суперструктуры 365

Воздействие движения, которое выдерживает путь 368

Значение монтажа и действий по техническом у уходу за линией 370

Порча пути на линии Париж – Лион: важный опыт 372

Шлифовка рельсов и ее влияние на ухудшение геометрического качества пути 372

Порча (ухудшение качества?) высокоскоростных линий из-за смешанного движения 376

Порча пути из-за вибраций, возникающих в балластном слое 378

Техническое содержание пути 385

Экономическое и техническое значение (важность) 385

Эволюция организации технического ухода (содержания) 385

Машины и оборудование для технического ухода за путем 386

Технический уход в настоящее время 386

Критерии и расчеты, по которым определяется очередность мероприятий по уходу за линией 390

Организация технического обслуживания на испанских ж/дорогах 397

Классификация линий и техническое обслуживание пути: Карта UIC 714-R 397

Техническое обслуживание высокоскоростных линий. Динамическое обследование акселерометрами 399

Практическое уменьшение геометрических дефектов пути 406

Обновление пути 411

Общие сведения 411

Порча компонентов пути 412

Системы обновления пути 421

Характеристики нового вооружения пути (рельсов с креплениями и шпалами) 432

Монтаж путей на новой линии 433

Приложение: Технические спецификации для однородности? высокоскоростных линий (разных стран)(инфраструктура) 437

Библиография 441