Katedra Mostów i Kolei dr inż. Jacek Makuch WYKŁAD 3 PROJEKTOWANIE DRÓG SZYNOWYCH W PROFILU DROGI KOLEJOWE WYBRANE ZAGADNIENIA studia II stopnia, specjalność IMO, semestr 3 rok akademicki 2017/18
ELEMENTY GEOMETRII TRASY W PROFILU: 1) Odcinki o stałym pochyleniu (proste): w górę WZNIESIENIA w dół SPADKI na tej samej wysokości POZIOMY podstawowy parametr: POCHYLENIE i [ ] kiedyś (projektowanie ręczne): i zawsze > 0 obecnie (w programach komputerowych): dla wzniesień i > 0 dla spadków i < 0 przebieg trasy w profilu podłużnym nazywamy NIWELETĄ przy opisie długości trasy nie posługujemy się odległościami rzeczywistymi (od A do B) lecz ich rzutami na oś poziomą (d)
2) Załomy: - wklęsłe - wypukłe podstawowy parametr: algebraiczna różnica sąsiednich pochyleń n [ ]: kiedyś (projektowanie ręczne): pochylenia zgodne: pochylenia przeciwne: obecnie (w programach komputerowych): niezależnie od przypadku:
3) Łuki pionowe W wierzchołek (teoretyczny punkt załomu) P początek S -środek (długości) K koniec parametry: i 1 pochylenie wejściowe [ ] i 2 pochylenie wyjściowe [ ] n algebraiczna różnica pochyleń i 1 i i 2 [ ] R (R V ) promień t styczna [m] z odległość SW (strzałka) [mm] UWAGA: powyższe wzory dają wartości przybliżone programy komputerowe (Inrail, Civil3D, Ferrovia) mogą wyliczać nieco inaczej łuków pionowych nie pokazujemy na etapie koncepcji (KPP)
MAKSYMALNE WART. POCHYLEŃ PODŁ.: przyczyny stosowania ograniczenia: aby nie doprowadzić do poślizgu kół: zapewniających napęd umożliwiających hamowanie aby ułatwić ruszenie z miejsca (stacje, przystanki) aby uniemożliwić niekontrolowane zbiegnięcie - ruch pod wpływem własnej siły ciężkości (stacje) wartości stosowane obecnie (od 2014 r.): tory przeznaczone do: ruchu wyłącznie pociągów pasażerskich 25 ruchu mieszanego (poc. pas. i tow.) albo wyłącznie pociągów towarowych 12,5 postoju pociągów przy peronach: na przystankach 10 na stacjach 6 postoju pojazdów kolejowych odłączonych od pojazdu trakcyjnego 2,5 w torach linii przebudowywanych dopuszcza się wartości nie większe niż występujące przed przebudową
wartości stosowane do 2014 r.: tory: linii kat. 0 i 1 6 linii kat. 2 10 linii kat. 3 i bocznic kol. 20 (były to tzw. pochylenia miarodajne ) w łukach poziomych należało odjąć i R : opory ruchu spowodowane krzywizną w planie, wyrażone w pochylenia podłużnego wyliczane ze wzorów empirycznych: albo gdzie: R promień łuku poziomego [m] α kąt zwrotu łuku poziomego [º] Ł długość łuku poziomego [m] ponadto w tunelach dłuższych niż 250 m należało stosować 70 % wartości maksymalnego pochylenia (ze względu na wilgoć)
MINIMALNE WART. POCHYLEŃ PODŁ.: tylko w przypadku niwelety w przekopie przyczyna - ze względu na odwodnienie (umożliwienie grawitacyjnego spływu wody w rowach) wartości i min : 3 1 wyjątkowo na krótkich odcinkach (?) wymogi te nie występują w przepisach kolejowych (!) znajdziemy je w literaturze dotyczącej odwodnienia dróg kołowych
MINIMALNA DŁUG. ODC. O STAŁYM POCH.: nie mniej niż długość najdłuższego pociągu kursującego daną linią w trudnych war. ter. może być zmniejszona do 1/3 w przepisach do roku 2014 przypadek ten dotyczył sytuacji: stosowania wstawek o pochyleniu pośrednim zmniejszania pochylenia miarodajnego (o i R ) w łukach poziomych w strefach połączeń torowych - może być zmniejszona nawet poniżej 1/3 niestety przepisy kolejowe (budowlane) nie regulują maksymalnej długości pociągów - informacje na ten temat znajdziemy w literaturze: dla linii kat. 0 i 1 800 m = 150 osi obl. x 5 m + 2 x 25 m (dł. lok.) dla linii kat. 2 650 m (120 osi obl.) dla linii kat. 3 550 m (100 osi obl.) dla inwestycji finansowanych ze środków unijnych wg zaleceń UE max. 750 m przyczyna ograniczenia tak aby na długości jadącego pociągu znajdował się (w danej chwili) nie więcej niż jeden załom: załomy (jako miejsca zmiany pochylenia podłużnego) powodują zmianę siły pociągowej jaką musi zapewnić pojazd trakcyjny, było to szczególne ważne w przypadku parowozów obecnie (lokomotywy elektryczne i spalinowe) niektóre zarządy kolejowe na świecie zrezygnowały z tego ograniczenia
ŁAGODZENIE ZAŁOMÓW (maksymalna różnica pochyleń w załomie): wymóg obecnie nie obowiązuje do roku 2014: dla pochyleń odwrotnych większych niż 2,5 jeśli algebraiczna różnica pochyleń (n) przekraczała: 5 w torach linii kat. 0 i 1 połowę pochylenia miarodajnego w torach pozostałych linii (czyli również 5 - dla linii kat. 2 oraz 10 - dla linii kat. 3) należało wykonać wstawkę o pochyleniu pośrednim - nie krótszą niż 1/3 długości najdłuższego pociągu przyczyny ograniczenia: analogicznie jak poprzednio łagodzenie potrzeby zmiany siły pociągowej jaką zapewnić musi pojazd trakcyjny: kiedyś (parowozy) uzasadnione obecnie (lokomotywy elektryczne i spalinowe) - niekoniecznie nadal aktualne: załomy wypukłe niebezpieczeństwo rozerwania składu pociągu załomy wklęsłe niebezpieczeństwo wykolejenia (napieranie końca składu pociągu na jego początek)
MINIMALNE WART. PROMIENI ŁUKÓW PION.: przyczyny ograniczenia: załomy wklęsłe przeciążenie (uszkodzenie toru) załomy wypukłe odciążenie (wykolejenie) w obu powyższych przypadkach dyskomfort jazdy generalnie tak aby nie osiągnąć zbyt dużych wartości przyspieszenia odśrodkowego w łuku pionowym (choć przepisy nie określają wartości granicznych tych przyspieszeń jak to było w planie) wartości graniczne: 20 000 m tory nowobudowane z v > 160 km/h 15 000 m tory nowobudowane z 140 < v 160 km/h oraz modernizowane z v > 160 km/h 10 000 m tory gł. zas. linii kat. 0 i 1 5 000 m tory gł. zas. linii kat. 2 oraz tory gł. dod. linii kat. 0 i 1 2 500 m tory gł. dod. linii kat. 2 2 000 m tory linii kat. 3 oraz tory boczne 500 m tory boczne w trudnych war. terenowych
OGRANICZENIA stosowania załomów i łuków pionowych: załomy i łuki pionowe nie mogą być wykonywane na długości ramp przechyłkowych, a jedynie w odległości co najmniej 6 m od nich przyczyna ograniczenia niekomplikowanie geometrii toru: kiedyś uzasadnione obecnie (techniki komputerowe) - wątpliwe WYJĄTKI: 1) dla nowobud. linii kat. 0, 1 i 2 - załomy i łuki pionowe mogą być oddalone od ramp przechyłowych mniej niż 6 m albo znajdować się na ich długości, ale wtedy: łuk pionowy powinien być nie krótszy niż rampa jego promień nie powinien być mniejszy niż 5000 m pochylenie rampy nie powinno przekraczać 2 2) dla nowobud. linii kat. 3 oraz linii moderniz. - załomy i łuki pionowe mogą być wykonywane na prostoliniowych rampach przechyłkowych, jeśli: promień łuku jest nie mniejszy niż 5000 m pochylenie rampy nie przekracza 2 współrzędne toku szynowego z rampą są utrwalone w terenie za pomocą znaków regulacji osi toru - na dług. rampy i przylegających odcinkach o dług.15 m załom znajduje się w połowie długości rampy, a długość łuku jest równa długości rampy
załomy i łuki pionowe nie mogą być wykonywane na długości mostów i wiaduktów, a jedynie w odległości co najmniej 6 m od nich przyczyny ograniczenia: uniknięcie zjawiska oddziaływania siły odśrodkowej w łuku pionowym wklęsłym (dodatkowe obciążenie pionowe) niekomplikowanie geometrii toru - w celu ułatwienia projektowania obiektu: kiedyś uzasadnione obecnie (techniki komputerowe) - wątpliwe WYJĄTEK: 1) nie dotyczy obiektów z podsypką - dla załomów lub łuków: wypukłych w każdym przypadku wklęsłych tylko jeśli przy projektowaniu tych obiektów uwzględniono dodatkowe obciążenie ze względu na siłę odśrodkową do 2014 - załomy i łuki pionowe nie mogły być wykonywane w miejscach ułożenia rozjazdów, za wyjątkiem łuków pionowych: wklęsłych o R 2000 m wypukłych o R 5000 m przyczyny ograniczenia: zapewnienie poprawnego działania mechanizmów (iglice) dla załomów wypukłych - oddziaływanie siły odśrodkowej (odciążenie wykolejenie) - z tego powodu inna wartość graniczna R
załomy i łuki pionowe wklęsłe pomiędzy pochyleniami odwrotnymi nie mogą być wykonywane w przekopach przyczyna: odwodnienie łuków pionowych nie wykonuje się (pozostawia się załom) jeżeli wyliczona odległość z < 8 mm przyczyna: szyna dzięki swej sprężystości sama wykształci łuk pionowy do 2015 (Id-1) dla z < 80 mm łuków pionowych można było nie wykonywać w niwelecie podtorza, a tylko dla główki szyny (zmniejszenie grubości podsypki) obecnie zasada ta dotyczy warunków trudnych, bez wymogu z < 80 mm, ale pod warunkiem zapewnienia minimalnej dla danej klasy toru grubości podsypki
NASYPY I PRZEKOPY: projektując niweletę linii kolejowej należy dążyć do minimalizacji robót ziemnych ze wzgl. na koszty wysokości nasypów: maksymalne: z porównania kosztów budowy nasypu i estakady 20 25 m poza terenem zurbanizowanym 8 10 m w terenie zurbanizowanym (droższe grunty) minimalne: 0,6 m problem opadów deszczu w terenie płaskim głębokości przekopów: maksymalne: z porównania kosztów budowy przekopu i tunelu 12 20m minimalne: nieokreślone, ale należy unikać przekopów płytszych niż 1 m (zaspy śnieżne) nasypy niższe niż 0,6 m oraz przekopy płytsze niż 1 m - należy stosować na krótkich odcinkach przy przejściach z nasypu w przekop stacje - zaleca się projektować wyłącznie w nasypie dla linii przebiegających przez tereny lasów należy unikać projektowania głębokich przekopów (obniżenie poziomu wód usychanie drzew)
W TORACH TRAMWAJOWYCH
WARUNKI TECHNICZNE JAKIM POWINNY ODPOWIADAĆ DROGI PUBLICZNE I ICH USYTUOWANIE rozporządzenie z 1999 r. (tylko podstawowe informacje) rozdział 10 Torowisko tramwajowe, 51: 3) pochylenie podłużne toru tramwajowego nie powinno być większe niż: a) 5 % na szlaku, jeśli przewidywany tabor ma odpowiednie właściwości trakcyjne b) 3 % na dojazdach do wiaduktu i estakady c) 2,5 % na przystanku tramwajowym i na rozjazdach 4) łuk w przekroju podłużnym powinien być stosowany, gdy algebraiczna różnica pochyleń podłużnych jest większa niż 0,6 % 5) promień łuku w przekroju podłużnym nie powinien być mniejszy niż 2000 m 2) w przypadku jednoczesnego występowania łuku w przekroju podłużnym i łuku w planie, promień łuku w planie nie może być mniejszy niż 200m
WYTYCZNE TECHNICZNE PROJEKTOWANIA, BUDOWY I UTRZYMANIA TORÓW TRAMWAJOWYCH broszurka z 1983 r. (więcej informacji, ale niektóre zapisy - nieaktualnie / niepoprawnie) rozdział II, punkt 2, podpunkt 2.1 Maksymalne pochylenia podłużne: na szlaku: (wrocławska Skoda: 52 ) 50 40 wagon silnikowy + 1 doczepa bierna 20 wagon silnikowy + 2 doczepy bierne na dojazdach do mostów, wiaduktów i estakad oraz na zjazdach pod wiadukty: zmniejszenie czy zwiększenie? 30 (względy bezpieczeństwa wykolejenie, ograniczenie na przystankach / w rozjazdach: 25 przyczyna - poślizg koła na szynie, przy jeździe: na wzniesienie i przy hamowaniu (bardziej niebezpieczne) stodwójki i stopiątki nie miały piasecznic!!! (Gdańsk - trasa na Chełm: 55 ) widoczności) / ( furtka dla szczególnych sytuacji) (Triest: 80 ) (Lizbona: 145 ) ruszanie z miejsca / brak ciągłości toku szynowego większe ryzyko wykolejenia w torach postojowych na pętlach, krańcówkach i w zajezdniach: 2,5 pozostawienie pojazdu bez dozoru problem ruszenia z miejsca pod wpływem siły ciężkości
podpunkt 2.2 Zasady następstwa pochyleń, długości, łuki pionowe: łuki pionowe: dla załomów z algebr. różnicą pochyleń n 6 dla małych n, szyna (dzięki swej sprężystości) sama wykształci łuk pionowy na kolei nieco inaczej: dla z 8 mm, ale wychodzi prawie na to samo (dla n = 6 przy Rv = 2000 m z = 9 mm) dla torowisk wbudowanych w jezdnię ulic oraz w rozjazdach zaleca się stosować łuki pionowe dla każdego n wyokrąglone promieniem: zalecanym: 2000 m 5000 m wyjątkowo 1000 m, ale tylko jeśli n 10 na kolei R v min = 2000 m (wrocławska Skoda: 500 m) analogia do kolei, gdzie załomy i łuki pionowe nie pokrywały się z krzywymi przejściowymi (przyczyna kłopotliwa kontrola geometrii) załomy i łuki pionowe: na prostej wyjątkowo w łukach poziomych o R 200 m w niektórych typach węzłów rozjazdowych NIE DO UZYSKANIA!!! minimalna długość odcinka o stałym pochyleniu: 50 m analogia do kolei (nie krócej niż długość pociągu) w tramwajach nieuzasadniona dla torowisk wbudowanych w jezdnię ulic niezgodność z zasadami projektowania niwelety drogowej (np. Sienkiewicza 2005 r.)