WWW.KONFERENCIYA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Конференции, лекции

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИЗЫСКАНИЙ, ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ РОССИЙСКИХ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ МАТЕРИАЛЫ ВСЕРОССИЙСКОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ 10-11 октября 2007 Том ...»

-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

«ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИЗЫСКАНИЙ,

ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СТРОИТЕЛЬСТВА И

ЭКСПЛУАТАЦИИ РОССИЙСКИХ ЖЕЛЕЗНЫХ

ДОРОГ»

МАТЕРИАЛЫ ВСЕРОССИЙСКОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ

КОНФЕРЕНЦИИ

10-11 октября 2007 Том 2 ИРКУТСК 2007 УДК 624.131 УДК 681.3:656.1 УДК. 625.1.033 УДК 625.111 Проблемы и перспективы изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации российских железных дорог, материалы всероссийской научно-практической конф., 10- октября 2007 г. [Текст]. – Иркутск: ИрГУПС, 2007. – Т. 2. – 219 с.; – 200 экз. – ISBN 978-5-98710-038- В работе конференции приняли участие работники ВУЗов, транспортных предприятий, ОАО «РЖД».

Рассмотрены вопросы реформирования железных дорог, ресурсосберегающих технологий, подвижного состава, системы подготовки кадров.

Тексты статей воспроизведены с авторских оригиналов.

ISBN 978-5-98710-038- 30 лет кафедрам «Путь и путевое хозяйство» и «Изыскания, проектирование, постройка железных дорог и управление недвижимостью»

Кафедра "Путь и путевое хозяйство" образована 1 августа 1977 г. при разделении кафедры «Путь, путевое хозяйство и эксплуатация железных дорог». На протяжении 30 лет (С 1977 по февраль 2007 гг.) кафедру возглавлял к.т.н., профессор – Поздеев Владимир Николаевич. С 1973 года назначен директором Иркутского филиала НИИЖТа, а с 1975 года по год ректором вновь организованного на базе филиала, Иркутского института инженеров железнодорожного транспорта.

За период работы в высшей школе стал кандидатом технических наук

(1971г.), доцентом (1973г.), профессором (1991г.), членом- корреспондентом Международной академии педагогического образования (1999г.), Академиком академии транспорта РФ (2002г.).

В.Н. Поздеев является автором 65 печатных работ. Постоянный эксперт по крушениям и авариям по вине работников путевого хозяйства. Им проведено с 1980 г. 25 судебно-технических экспертиз, все они отмечены глубокими знаниями вопросов взаимодействия пути и подвижного состава и требуют при работе высокой квалификации.

С февраля 2007 года возглавляет кафедру к.т.н., доцент - Филатов Евгений Валерьевич. Выпускник ИрИИТа (1996 г.) В 1996 году поступил в очную аспирантуру. С 1999 работал преподавателем кафедры «Путь и путевое хозяйство» в должности ассистента. В июне 2004 г. защитил кандидатскую диссертацию на тему «Особенности угона железнодорожного пути в кривых участках и разработка мероприятий по его предотвращению».

С 2005 года работал доцентом. В период с 2004 по 2006 г.г. являлся заместителем декана факультета «Строительство железных дорог».

Кафедра является выпускающей на факультете "Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство" по специальности "Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство".

В 1985 г. на основании Указания Зам. министра путей сообщения Калиничева В.П. В-31046 от 05.01.85г. и приказа ректора от 20.10.85г. №132АФ при кафедре открыт филиал кафедры на производстве при службе пути Восточно-Сибирской железной дороги. Традиционно заведующим кафедры на производстве является заместитель начальника дороги по пути. В разные годы филиал кафедры на производстве возглавляли:

Войлошников В.Д. - 1985-1990г.

Подолинский В.К. - 1990-1992г.

Шишмарев А.А. - 1992-1999г.

Алексеев Н.Т. - 1999- по настоящее время.

Коллектив кафедры насчитывает 13 преподавателей, в том числе профессор и 6 доцентов, 3 старших преподавателя и 3 ассистента. А также человек учебно-вспомогательного персонала. В аспирантуре кафедры сегодня обучается 4 человека.

Тематика научно-исследовательских работ кафедры определяется потребностями дорог Сибири и отраслевыми программами. На протяжении ряда лет кафедра ведет комплексное исследование взаимодействия пути и подвижного состава в условиях горно-перевальных участков, обращения тяжеловесных поездов и их влияния на интенсивность бокового износа.

Проводятся работы по внедрению прогрессивных конструкций пути в регионе Восточной Сибири, в том числе бесстыкового пути и железобетонных шпал. Научно-исследовательские работы проводятся в тесном сотрудничестве с Всеросийским научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта.

Становление кафедры «Изыскания, проектирование, постройка железных дорог и управление недвижимостью» выпало на последнюю четверть XX века.

Кафедрой руководили:

1977-1984 г.г. – Александр Игнатьевич Проценко, к.т.н., доцент;

1984-1990 г.г. – Вадим Юрьевич Гора, к.т.н., доцент;

1990-2002 г.г.– Наталья Михайловна Быкова, к.т.н., доцент.

с 2002 по настоящее время – Подвербный Вячеслав Анатольевич, др техн. наук, доцент.

Основателем кафедры был первый проректор ИрИИТа по научной работе, кандидат технических наук, доцент Александр Игнатьевич ПРОЦЕНКО.

И сегодня, в дни празднования 30-летия кафедры, мы хотим отдать дань памяти нашему Учителю - Александру Игнатьевичу Проценко.

Александр Игнатьевич Проценко родился 28 февраля 1937 года в Новосибирске в рабочей семье. После школы поступил в НИИЖТ, окончил с отличием в 1959 г. строительный факультет и был рекомендован в аспирантуру.



Молодой специалист А.И. Проценко начал свою трудовую биографию в качестве инженера проектной группы дорожно-строительного управления.

В 1961 году по просьбе руководства НИИЖТа Александра Игнатьевича переводят в институт на преподавательскую работу.

С первых дней Александр Игнатьевич горячо берется за освоение педагогического мастерства и приёмов научных исследований, и в короткий срок становится квалифицированным педагогом и пытливым научным работником.

В 1962 г. А.И. Проценко по заданию ректората организует курсы повышения квалификации ИТР и руководит ими до 1967 г.

В июле 1969 г. Александр Игнатьевич успешно защитил кандидатскую диссертацию, а в марте 1972 г. ему было присвоено учёное звание – доцент.

Работа постоянно сочеталась у него с активной общественной деятельностью – зам. декана по науке, куратор группы, председатель профбюро, участник художественной самодеятельности!

По указу министра в 1976 г. Александра Игнатьевича переводят в ИрИИТ проректором по учебной и научной работе. Одновременно он организует кафедру «Изыскания проектирование и постройка железных дорог» и руководит её коллективом.

В этот период им разработана подсистема АСУ «Вуз» и комплексная система управления качеством подготовки специалистов.

В 1984 году Александр Игнатьевич вернулся в НИИЖТ.

А.И. Проценко был увлечённым исследователем. Ещё в 1963 г. он участвовал в разработке научно-исследовательской теме «Повышение скоростей на главном Сибирском ходу».

В круг его научных интересов постоянно входили «Оптимизация проектирования плана железнодорожного пути», «Оптимизация параметров плана профиля железной дороги», «АСУ путевого хозяйства», «Разработка банка данных о техническом состоянии пути».

Все разработки А.И. Проценко широко внедрялись на ВосточноСибирской, Красноярской, Западно-Сибирской, Белорусской и Казахской железных дорогах.

Прекрасное владение методикой преподавания позволило ему опубликовать ряд методических пособий, а результаты его научных исследований нашли отражение в 60 с лишним публикациях.

Вся деятельность А.И. Проценко - в педагогической и научноисследовательской областях – характеризовалась обстоятельностью, смелостью, новизной решений и тесной связью с железнодорожным транспортом, широким общением со студентами.

Таким был наш товарищ – педагог, исследователь, наставник молодёжи – Александр Игнатьевич Проценко.

А.И. Проценко умер от лейкемии 30 декабря 1988 г. в Новосибирске.

Сегодня кафедра «ИППЖДиУН» – выпускающая кафедра факультета «Строительство железных дорог» по двум специальностям: «Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство» «Экспертиза и управление недвижимостью». Преподавание ведется более чем по 50 дисциплинам.

Преподаватели кафедры читают лекции, проводят практические и лабораторные занятия, руководят курсовым и дипломным проектированием, учебной, производственной и преддипломной практиками.

За период со дня основания до настоящего времени по кафедре «ИППЖДиУН» выпущено около 1400 инженеров путей сообщения – строителей.

Базами практик являются дистанции пути и путевые машинные станции, дистанции гражданских сооружений, водоснабжения и водоотведения Восточно-Сибирской, Красноярской и Забайкальской железных дорог, подразделения Строительно-монтажного треста № 14, Иркутский проектно-изыскательский институт «Иркутскжелдорпроект», Закрытое акционерное общество «Востсибтранспроект» и другие.

Кроме образовательной деятельности, ИрГУПС является центром транспортной науки Восточной Сибири. Свыше 60 докторов вместе с кандидатами наук решают актуальные научно-исследовательские задачи в области транспорта.

На кафедре «ИППЖДиУН» сегодня ведутся исследования по таким направлениям:

- совершенствование организации и технологии строительства транспортных объектов, - совершенствование норм проектирования продольного профиля железных дорог на участках активного неотектогенеза, - совершенствование методик расчета систем водоснабжения и водоотведения, - оптимизация технологии производства земляных работ в стесненных условиях, - определение тягово-эксплуатационных показателей проектируемых и эксплуатируемых железных дорог, - принятие решений в многокритериальных недетерминированных задачах проектирования железных дорог, - повышение эффективности производственных процессов на основе оптимизации сетевых графиков с использованием методологии управления проектами, - мониторинг железнодорожного пути и объектов инфраструктуры, - повышение эффективности проектного дела за счет внедрения передовых программных комплексов, - повышение эффективности проектирования капитальных ремонтов пути, реконструкции участков сети и качества их содержания за счет применения современных ГИС-технологий, - совершенствование и внедрение прецизионных методов железнодорожных изысканий в практику проектно-изыскательских институтов.

Вместо заключения Коллективы кафедр благодарят специалистов: изыскателей, проектировщиков, строителей, путейцев, принявших участие в конференции и выражают уверенность в дальнейшем плодотворном сотрудничестве, нам выпало жить в великую эпоху транспортного освоения Сибири и Дальнего Востока! Построена Байкало-Амурская магистраль (1984 год), линия Чара – Чина (2001 год), начато строительство дороги Улак – Эльга (2001 г.), продолжается строительство Амуро-Якутской магистрали, идет реконструкция Транссибирской магистрали, Сахалинской железной дороги.





А впереди реализация новых проектов к богатейшим месторождениям полезных ископаемых Сибири и Дальнего Востока!

МАКСИМАЛЬНЫЕ СКОРОСТИ ПАССАЖИРСКИХ ПОЕЗДОВ

В КРИВЫХ

Максимальная скорость пассажирского поезда в кривой зависит от ее радиуса R, возвышения наружного рельса h и нормируемого допуска на величину непогашенного центробежного ускорения aн (рис.1) Vmax где g = 9,81 – ускорение свободного падения, м/с2, s – расстояние между кругами катания колес подвижного состава, мм (для колеи 1520 мм s = 1600 мм).

Рис. 1. Зависимость максимальной скорости пассажирского поезда от радиуса кривой и величины возвышения наружного рельса ( aн = 0,7 м/с2) размере 150 мм.

непогашенное ускорение a нг не должно быть менее 0,3 м/с2 (рис.2):

Рис. 2. Зависимость максимальной величины возвышения наружного рельса от скорости потока грузовых поездов и радиуса кривой В связи с этим максимальная скорость пассажирского поезда в кривой, км/ч При aн = 0,7 м/с2 и aнг = 0,3 м/с2 максимальная скорость равна, км/ч На рис. 1 показана зависимость максимальной скорости движения пассажирских поездов от радиуса кривой при различной величине возвышения наружного рельса. Видно, что при максимальном возвышении наружного рельса (150 мм) скорость пассажирского поезда 200 км/ч может быть реализована на кривых радиусом не менее 2000 м.

На рис. 3 показана зависимость максимальной скорости движения пассажирских поездов в кривых различных радиусов от скорости потока грузовых поездов, VПгр. Видно, что во всем диапазоне возможных значений VПгр по условиям рациональной работы пути скорость пассажирских поездов 200 км/ч в кривой радиуса 2000 м реализована быть не может.

Минимальный радиус кривой, действительно обеспечивающий реализацию скорости пассажирского поезда 200 км/ч в большинстве расчетных случаев, равен 3000 м. Лишь при движении всех грузовых поездов с максимальными скоростями эта скорость может быть обеспечена в кривых радиусом 2500 м.

Таким образом, максимальные скорости пассажирских поездов на линиях со смешанным, грузовым и пассажирским, движением существенно зависят от фактических скоростей движения тяжелых грузовых поездов и не могут увеличиваться независимо от них.

Рис. 3. Зависимость максимальной скорости пассажирского поезда в кривой радиусом 2000 - 3000 м от скорости потока грузовых поездов Из анализа результатов выполненных расчетов следует, что на линиях со смешанным движением:

максимальная скорость пассажирских поездов не может превышать 250 км/ч, а в реальных условиях значительно ниже (рис.4), для обеспечения скорости 200 км/ч величина минимального радиуса кривых составляет около 3000 м, для скорости 180 км/ч – около 2500 м;

максимальная скорость пассажирских поездов в кривых зависит от алгебраической разности нормируемых величин непогашенного ускорения для пассажирских и грузовых поездов;

максимальное возвышение наружного рельса (150 мм) может быть реализовано лишь в кривых малого радиуса. Например, в кривой радиусом 4000 м возвышение, ни при каких условиях, не может быть более 80 мм.

Повышение скоростей движения грузовых поездов приводит к увеличению максимальных скоростей движения пассажирских поездов. При этом существует определенное различие в подходе к установлению рациональных скоростей движения в пассажирском и грузовом движении.

Рост скоростей пассажирских поездов непосредственно связан с повышением максимальных скоростей их движения – легкий пассажирский поезд на всем пути следования движется со скоростью близкой к максимальной.

Рост скоростей грузовых поездов в значительно меньшей степени зависит от максимальной скорости их движения на участке в целом – ходовая скорость тяжелого грузового поезда полностью определяется профилем пути.

Таким образом, реализуемые скорости движения пассажирских поездов прямо связаны с уровнем их максимальных скоростей. А реализуемые скорости грузовых поездов зависят от уровня их максимальных скоростей лишь на отдельных участках или не зависят вообще.

Рис. 4. Зависимость максимальной скорости пассажирского поезда от круговой кривой и скорости потока грузовых поездов В соответствии с этим на всех железных дорогах мира максимальные скорости грузовых поездов находятся на уровне 90-120 км/ч, и тенденций к их более или менее существенному росту не наблюдается.

Лишь на высокоскоростных магистралях с длинными тоннелями (трансальпийские линии, тоннель под Ла-Маншем), где максимальные скорости пассажирских поездов достигают 250 км/ч и более, максимальная скорость специализированных грузовых поездов для перевозки личного автотранспорта и автомобильных фур составляет 160 км/ч.

Таким образом, повышение скоростей движения грузовых поездов связано, прежде всего, со снятием нижних ограничений скорости.

Если не касаться вопроса повышения скоростей движения поездов, грузовых и пассажирских, путем ликвидации постоянных ограничений скорости по состоянию пути и других постоянных устройств – первоочередной задачи на железных дорогах России, то единственным резервом повышения скоростей движения грузовых поездов является снижение их массы.

Данная мера, естественно, приведет к ухудшению практически всех эксплуатационных и экономических показателей грузовых перевозок, одновременно улучшая практически все эксплуатационные и экономические показатели пассажирских перевозок.

Анализ зарубежного опыта по этой проблеме сводится к следующему.

В тяжеловесном движении (с поездами массой 10 тыс.т и более), действительно, осваивается до 2/3 общего объема грузовых перевозок на железных дорогах США, Канады, ЮАР и Австралии. В этом же направлении развиваются железные дороги России и Китая. Различие состоит в том, что в странах первой группы тяжеловесное движение развивается в основном на специализированных линиях, а в России и Китае – на линиях со смешанным движением поездов при наличии большого, а иногда и очень большого, объема пассажирских перевозок.

В то же время, на железных дорогах стран – членов ЕС обращается мало тяжеловесных поездов. Масса грузовых поездов здесь редко превышает 2000 т, а средняя масса грузового поезда составляет около 1000 т.

Исключением являются лишь железные дороги Швеции, где в течение нескольких десятилетий на специализированной линии для перевозки железной руды масса поездов в регулярной эксплуатации достигает 8000 т (до 2001 г. – 5000 т).

Таким образом, вопрос о рациональном соотношении массы грузового поезда и максимальной скорости пассажирского поезда на линиях со смешанным движением не может быть решен однозначно в пользу грузового или пассажирского движения, а требует технико-экономического обоснования.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПЛАНА СУЩЕСТВУЮЩЕГО

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

Цифровые модели плана железнодорожного пути, полученные по данным измерений (съемки), представляют собой дискретные последовательности координированных точек, расположенных на оси пути.

Различие в подходах к математическому моделированию данных состоит в выборе системы координат: прямоугольной декартовой или криволинейной, использующей ось существующего пути как ось абсцисс.

В первом случае координаты точек представляют собой именно прямоугольные координаты (обычно, геодезические), во втором – за абсциссу принимается расстояние от начала съемки до рассматриваемой точки, за ординату – или угол поворота касательной (угловые диаграммы), или кривизна оси пути (графики кривизны). Угловые диаграммы представляют собой графические интегралы от графиков кривизны.

Учитывая, что данные съемки всегда носили, носят и будут носить дискретный характер, следует различать теоретические (непрерывные) угловые диаграммы и графики кривизны и угловые диаграммы и графики кривизны, построенные по дискретным данным. Первые, характеризующие очертание плана линии последовательно в каждой математической точке, не могут быть получены путем натурных измерений, вторые – основаны на гипотетическом представлении об изменении очертания плана между точками съемки.

Например, при моделировании плана существующего пути в виде угловой диаграммы (графически или численно) предполагается, что его очертание между точками съемки состоит из отрезков круговых кривых с линейно-изменяющимся углом поворота, а при моделировании плана графиком кривизны – из отрезков клотоид (спиралей Эйлера) с линейноизменяющейся кривизной (рис.1).

Если модель плана существующего пути дискретна и построена на основе некоторых гипотетических предположений о его очертании между точками съемки, то и модель плана проектного пути также должна быть дискретной и строиться на основе тех же гипотетических предположений.

В путейской практике работы с планом четко различают графики кривизны, рассматриваемые в теоретических исследованиях, и графики стрел существующего и проектируемого путей, используемые на всех стадиях практической работы с планом – измерение, расчет, реализация (рис.2).

В проектной практике такого различия не делается – модель плана существующего пути строится по дискретным данным, модель плана проектного пути – непрерывная.

На рис.3 показаны угловая диаграмма плана существующего пути, полученная по данным съемки правильной круговой кривой радиуса Rc методом И.В. Гоникберга, и непрерывная угловая диаграмма плана проектного пути, которая будет совмещена с первой и использована при расчете сдвигов.

Рис. 1. Моделирование плана между точками съемки:

Явное, в данном случае, несоответствие подходов к моделированию плана существующего и проектного путей приведет к одному из следующих вариантов проектного решения:

концевые участки угловой диаграммы существующего пути будут распознаны как переходные кривые (которых нет) длиной l = h 3, где h – шаг съемки, м (рис. 4);

переходные кривые не устраиваются, увеличивается радиус круговой кривой, Rп = Rc + В первом случае для устройства переходных кривых требуется выполнить смещение всей круговой кривой к ее центру на величину Рис. 2. Непрерывные графики кривизны (а) и графики стрел (б), Однако этого не произойдет проектные сдвиги малы и их реализация приведет лишь к небольшим деформациям оси пути в зонах начала и конца кривой.

Во втором случае увеличение радиуса круговой кривой требует ее смещения к центру на величину, которого при реализации проектных сдвигов также не произойдет, но деформации оси пути распространятся на всю кривую Рис. 3. Съемка кривой методом И.В. Гоникберга: а – схема съемки;

б – угловая диаграмма существующей кривой, построенная по в – непрерывная угловая диаграмма проектной кривой, СК – середина Приведенные данные об ошибках при распознании параметров элементов плана носят предельный характер. При фактическом наличии переходных кривых они будут меньше, но всегда присутствовали, присутствуют и будут присутствовать до тех пор, пока подходы к моделированию плана существующего и проектного путей не будут приведены во взаимно однозначное соответствие. Теоретические исследования в этой области возможны, однако в настоящее время теряют актуальность в связи с повсеместным переходом (в проектной практике) на координатное моделирование плана железнодорожного пути.

Исходная координатная модель плана существующего пути представляет собой упорядоченную последовательность дискетных точек с известными координатами. В основе математического моделирования общего очертания оси пути, как и во всех других случаях, лежит фрагментарное моделирование очертания оси пути между точками съемки.

Рис. 4. Существующая и смещенная проектная кривые: а – схема, Наличие такой модели позволяет решать конкретные проектные задачи, первой из которых является аналитическое определение длины пути в пределах участка съемки. Для этого отрезки пути между точками съемки должны быть описаны некоторыми кривыми. Обычно это фрагменты круговых кривых, радиус которых определяется по средней кривизне в сопряженных точках съемки. Для обеспечения гладкости модели по первой и второй производным возможно использование и более сложных кривых – эллипсов, парабол.

На рис.6 показан фрагмент оси железнодорожного пути с нанесенными точками съемки. Точное расстояние между этими точками не может быть определено аналитическим путем. Речь может идти только о приближенном расчете на основе математического моделирования очертания оси пути между каждой парой точек съемки.

Для обоснованного выбора типа кривой, моделирующей очертание оси существующего пути между точками съемки, необходимо учитывать специфику современных данных съемки плана линии, характеризующихся существенной нерегулярностью, что отличает их от данных, полученных традиционными методами.

Исследования, связанные с обоснованным выбором вида кривых для моделирования очертания оси пути между точками съемки, в настоящее время актуальны, так как являются основой для создания программных средств автоматизации проектных работ по реконструкции плана железнодорожного пути.

Рис. 5. Существующая и смещенная (проектная) кривые: а – схема, Рис.6. Расстояние между точками съемки по оси пути существующего пути между точками съемки позволяет автоматически:

– разбить аналитический пикетаж и привязать к нему положение любого объекта с известными координатами;

– определить расстояние от оси пути (по нормали к ней) до объектов с известными координатами типа опор контактной сети, светофоров, платформ и т.п. (габарит);

– определить в заданной в пикетаже точке существующего пути расстояние от его оси и по нормали к ней до соседнего пути (междупутье) и др.

Результаты автоматических расчетов, естественно, не будут абсолютно точными, речь может идти лишь об их правдоподобии. Задачей теоретически обоснованного выбора подхода к моделированию очертания оси пути между точками съемки является приближение этого правдоподобия к максимальному.

ПОИСК КРАТЧАЙШЕЙ СВЯЗЫВАЮЩЕЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНЫХ

ДОРОГ В РЕГИОНЕ

Важным вопросом для практического применения при проектировании развития региональной сети железных дорог (РСЖД) является нахождение кратчайшей связывающей железнодорожной сети (кратчайшего остова РСЖД) рассматриваемого региона или отдельных составных частей РСЖД.

Для этих целей может быть реализован алгоритм Р. Прима [1].

Под остовом дерева (в дальнейшем остовом) РСЖД понимается такая ее расчетная структура, узлы в которой связаны между собой путями сообщения, не имеющими циклов. То есть для любых двух узлов остова РСЖД существует единственный соединяющий их путь. Если количество узлов в РСЖД равно N, то число звеньев в остове составляет N 1.

Кратчайшим остовом является такой остов РСЖД, у которого сумма частных критериев по звеньям является минимальной (максимальной).

Алгоритм Р. Прима построен на двух основных принципах:

1) каждый узел сети соединяется, по крайней мере, с одним ближайшим узлом;

2) каждый фрагмент кратчайшей связывающей сети соединяется с другим фрагментом посредством одного из узлов.

Из вышеизложенного следует, что рассматриваемая задача о кратчайшем остове заключается в выборе таких звеньев расчетной структуры РСЖД (подмножество звеньев), чтобы их суммарная «стоимость» была минимальна и для любой пары узлов был обеспечен маршрут, соединяющий их:

(2) где N – количество узлов в расчетной структуре РСЖД; ZV – подмножество звеньев, вошедших в остов РСЖД; zv – частный критерий ij звена zvij, zvij ZV.

Для изложения алгоритма Р. Прима введем следующие обозначения: S – множество несоединенных узлов сети (исходное множество узлов); S – множество соединенных узлов в кратчайшую сеть (остов).

Первоначально множество S = { yz i }, i = 1, N, а множество S = (пустое множество). Суммарный критерий для формирования остова РСЖД L = 0.

Шаг 1. Выбирается произвольный узел k = i, i 1, N. Узел k исключается из множества S и включается в S. Рассматриваются все связи узла k с узлами из множества S. Назовем эти связи базовыми. Выбирается связь (звено) zvkj, имеющая минимальное значение критерия: min = kj. Она включается в подмножество ZV. Узел h = j исключается из S и включается в S. Запоминаются базовые связи zv kj и соответствующие им значения критериев kj. Определяется L = L + min.

Шаг 2. Осуществляется переход к узлу k = h. Последовательно сравниваются критерии kj связей zvkj с критериями ij базовых связей. При kj < ij для базовых связей производится замена ij = kj и i = k.

Шаг 3. Выбирается связь (звено) zvij, имеющая минимальное значение критерия: min = ij. Она включается в подмножество ZV. Узел h = j исключается из S и включается в S. Запоминаются базовые связи zvij и соответствующие им значения критериев ij. Определяется L = L + min.

Шаг 4. Шаг 3 выполняется до тех пор пока все узлы не будут принадлежать множеству S, и соответственно множество S = Работу вышеизложенного алгоритма Р. Прима покажем на примере РСЖД.

Пусть задана расчетная модель облика структуры РСЖД (рис.1).

Исходные данные приведены в табл. 1, представляющей собой матрицу G = ij. Критерий ij = между узлами i и j, которые не соединены между собой участками магистралей или железнодорожными линиями.

Выбираем узел k = 1. Базовые связи имеют следующий вид множества узлов. Подмножество ZV = {zv15 }.

Осуществляется переход к узлу k = h = 5. Путем сравнения критериев 5й строки исходной матрицы значений критериев осуществляется корректировка базовых значений:

Осуществляется переход к узлу k = h = 6.

Подмножество ZV = {zv15, zv56, zv52 }.

Осуществляется переход к узлу k = h = 2.

Подмножество ZV = {zv15, zv56, zv52, zv23}.

Осуществляется переход к узлу k = h = 3.

Подмножество ZV = {zv15, zv56, zv52, zv23, zv34 }.

Осуществляется переход к узлу k = h = 4.

Подмножество ZV = {zv15, zv56, zv52, zv23, zv34, zv37 }.

На рис. 2 приведены результаты определения кратчайшего остова РСЖД.

Рисунок 2, а – результат рассмотренного выше примера.

Рисунок 2, б – его альтернативный вариант. Такой вариант получается, если при k = 6 за минимальное значение принять min = 53 = 5, h = 3, При дальнейшем расчете в кратчайший остов войдут следующие звенья:

ZV = {zv15, zv56, zv53, zv32, zv34, zv37 }. Значение суммарного критерия составит L = 26.

Задача нахождения кратчайшего остова сети железных дорог может найти широкое практическое применение. С помощью построения кратчайшего остова, например, можно решать задачи прокладки новых железнодорожных линий для освоения природных ресурсов в регионе, анализ надежности и живучести РСЖД, доставки определенного вида груза на отдельные станции и т.п.

1. Прим Р. Кратчайшие связывающие сети и некоторые обобщения [Текст] // Кибернетический сборник. – М., 1961. – С. 43-56.

ГЕОТЕХНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ НАСЫПИ УСТРОЙСТВА НА

ВЕЧНОМЕРЗЛОМ ОСНОВАНИИ

Для исследования работы насыпи на вечномерзлом основании в условиях строительства новой железнодорожной линии Томмот – Якутск в процессе промерзания, морозного пучения и оттаивания требуется совместная оценка теплофизического и напряженно-деформированного состояния грунтов (НДС) в процессе их промерзания-оттаивания. В случае развития сил морозного пучения в основании объемные деформации грунта различаются как по глубине, так и по времени, притом, что механические характеристики различных слоев резко изменяются в ходе промерзания.

Установлению НДС системы «железнодорожная насыпь-основание»

при промерзании-оттаивании всегда предшествует решение нестационарных теплофизических задач. Наиболее строгое решение этих задач должно предусматривать учет фазовых превращений в интервале отрицательных температур, а также наличие в зоне промерзания влаги, перемещенной в нее за счет миграции. Именно эта влага при близости к фронту промерзания подземных вод составляет значительную величину в деформации морозного пучения, а также последующего оттаивания.

Для обеспечения проектных решений проводились теплотехнические расчеты, позволяющие судить о прогнозе изменения температурновлажностного режима грунтов тела земляного полотна и оснований после проведения охлаждающих и конструктивных мероприятий. Основой для теплотехнических расчетов по грунтам основания принимались теплофизические данные, рассчитанные для каждого инженерногеологического элемента. Было проведено численное моделирование работы насыпи с разработкой конструктивных мероприятий при ее реконструкции.

Теплотехнические расчеты проводились для двух поперечных профилей, расположенных на ПК4443+73.35 и ПК5012. При этом принималась отсыпка и проведение работ в летне-осенний период, когда температура отсыпаемого грунта положительная и составляла +5 0С.

Расчетная схема земляного полотна на ПК4443+73.35 для теплотехнического расчета приведена на рис.1.

На рис. 2 показаны изолинии температур в теле насыпи и основании на апрель месяц. Грунт тела насыпи полностью проморожен и имеет температуру от минус 0,1 до минус 7,1 0 С.

На рис. 3 показаны изолинии температур в теле насыпи и основании на апрель месяц. Грунт тела насыпи полностью проморожен и имеет температуру от минус 0,3 до плюс 5,2 0 С.

Рис.1. Расчетная схема земляного полотна на ПК4443+73.35:

1 – скальный грунт с глинистым заполнителем; 2 – засыпка щебенистым грунтом с глинистым заполнителем >30%; 3 – суглинок 4 – ледогрунт; 5 – галечниковый грунт, насыщенный водой; 6 – супесь Рис.2. Изолинии температур в теле насыпи и основании на апрель месяц Рис.3. Изолинии температур в теле насыпи и основании на сентябрь На рис.4 приведены зоны талого и мерзлого грунта. Глубина оттаивания грунта тела насыпи при данных граничных условиях составляет до 1,0 м.

Полученные количественные величины оттаивания заставляют при разработке конструкции земляного полотна прибегать к мероприятиям, снижающим или исключающим воздействие сил морозного пучения на верхнее строение пути.

Рис.4. Зоны оттаивания контура насыпи на ПК4443+73.35:

На рис.5 приведена расчетная схема земляного полотна с утеплением основной площадки экструзионным пенополистиролом толщиной 0,06 м.

Рис.5. Расчетная схема земляного полотна на ПК4443+73.35: 1 – скальный грунт с глинистым заполнителем; 2 – засыпка щебенистым заполнителем более 30%; 3 – суглинок заторфованный текучий; 4 – 5 – галечниковый грунт, насыщенный водой; 6 – супесь пластичная; 7 – галечниковый грунт влажный; 8 – экструзионный пенополистирол На рис. 6 показаны изолинии температур в теле насыпи и основании на апрель месяц. Грунт тела насыпи полностью проморожен и имеет температуру от минус 0,1 до минус 6,5 0 С.

Рис.6. Изолинии температур в теле насыпи, утепленной экструзионным пенополистиролом, и основании на апрель месяц На рис. 7 показаны изолинии температур в теле насыпи и основании на апрель месяц. Грунт тела насыпи полностью проморожен и имеет температуру от минус 0,3 до плюс 13,0 0 С.

Рис.7. Изолинии температур в теле насыпи, утепленной экструзионным пенополистиролом, и основании на сентябрь месяц На рис.8 приведены зоны талого и мерзлого грунта. Глубина оттаивания грунта тела насыпи при данных граничных условиях под основной площадкой земляного полотна снижается до 0,25 м.

Расчеты показывают, что при летне-осеннем производстве работ в первый год температура тела насыпи близка к высокотемпературным мерзлым грунтам в случае отсутствия движения под ней надмерзлотных подземных вод в теплый период года. Целесообразно вести визуальный и геокриологический мониторинг за температурно-влажностным режимом и напряженно-деформированным состоянием грунтов тела насыпи и основания, как в процессе строительства, так и в процессе эксплуатации.

Грунт тела насыпи на апрель месяц полностью проморожен и имеет температуру от минус 0,1 по подошве насыпи до минус 7,1 0 С на поверхности земляного полотна.

Глубина оттаивания грунта тела насыпи в сентябре месяце при данных граничных условиях составляет до 1,0 м.

Рис.8. Зоны оттаивания контура насыпи утепленной экструзионным пенополистиролом на ПК4443+73.35: 1 – талый грунт; 2 – мерзлый грунт Полученные количественные величины оттаивания заставляют при разработке конструкции земляного полотна прибегать к мероприятиям, снижающим или исключающим воздействие сил морозного пучения на верхнее строение пути с утеплением основной площадки экструзионным пенополистиролом толщиной 0,06 м. Грунт тела насыпи при данной конструкции полностью проморожен и имеет температуру от минус 0,1 по подошве насыпи до минус 6,5 0С поверхности земляного полотна. Глубина оттаивания грунта тела насыпи в сентябре месяце при данных граничных условиях составляет до 0,25 м.

Проводимый геокриологический мониторинг, как натурный, так и численного моделирования, позволяет разрабатывать конструкцию насыпи на вечномерзлых грунтах, в которой деформации оттаивания снижаются до величин, близких к предельно допустимым с точки зрения безопасности движения поездов.

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ

ИЗЫСКАНИЙ НОВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА, КАПИТАЛЬНЫХ

РЕМОНТОВ И РЕКОНСТРУКЦИИ СУЩЕСТВУЮЩИХ ДОРОГ

Анализ проектной документации и технического состояния существующих линейных сооружений позволяет сделать вывод, что рациональность принятых вариантов трассирования, отдельных конструктивных решений и надежности сооружений в целом напрямую зависят от качества выполненных инженерных изысканий, в том числе инженерно-геологических. Как правило, возникновение больных участков земляного полотна связано с недостаточностью информации по геологическим изысканиям, недоучетом выявленных отрицательных природных или техногенных факторов, или изменением запроектированной конструкции в процессе эксплуатации.

исследовательских работ, направленных на получение необходимой информации для проектирования, строительства, эксплуатации, ремонта или реконструкции инженерных сооружений. Объем и состав выполняемых изыскательских работ определяется:

– поставленной задачей (новое строительство, капитальный ремонт или реконструкция существующих дорог и т д.);

– классом сооружения, скоростью транспортного потока, грузонапряженностью;

– сложностью инженерно-геологических условий;

– комплексом сооружений и инженерных сетей, обеспечивающих нормальные условия эксплуатации.

При определении объема и состава инженерно-геологических изысканий следует также учитывать специфические особенности линейных сооружений:

– их значительную протяженность, обусловливающую пересечение различных климатических зон, форм рельефа, разнообразных геологических, гидрогеологических, гидрологических условий, а также территорий, характеризующихся развитием отрицательно воздействующих на сооружения физико-геологических процессов;

– поверхностное расположение грунтовых сооружений и, как следствие, подверженность воздействию атмосферных агентов (температурного режима, солнечной радиации, осадков и т. д.);

– динамические воздействия.

Перечисленные выше особенности требуют как разработки новой нормативной документации, так и специальной углубленной подготовки инженерного состава, достаточно хорошо разбирающегося в вопросах инженерной геологии, проектировании, строительстве и эксплуатации линейных сооружений.

Действующие в настоящее время нормативные документы СП 11-105СНиП 1.02.07-87 далеко не в полной мере отражают задачи и специфические особенности геологических изысканий линейных сооружений, особенно это касается:

– состава и объема инженерных изысканий для проектирования и строительства высокоскоростных магистралей, требующих разработки новых нормативных документов;

– состава и объема инженерных изысканий при реконструкции и капитальном ремонте.

В настоящее время основным видом инженерно-геологических изысканий является дискретный метод, базирующийся на выборе отдельных по исследуемому пространству точек, в которых закладываются горные выработки, преимущественно скважины, реже шурфы или дудки.

Количество горных выработок и их размещение зависят от вида, класса, категории сооружения и сложности инженерно-геологических условий.

При этом необходимая для проектирования информация между выработками условна и напрямую зависит от субъективного фактора – квалификации инженера-геолога.

Анализ материалов по инженерно-геологическим изысканиям показывает, что данный метод приводит к существенным неточностям, в результате которых и образуются больные места.

Повысить уровень изыскательских работ можно, используя современные геофизические методы.

Поэтому при проведении инженерно-геологических изысканий для проектирования и строительства новых линий, в частности высокоскоростных магистралей, следует включать в состав изысканий как обязательный элемент, геофизические исследования с построением геофизических карт продольных профилей и поперечных разрезов по трассе.

Цель данных исследований заключается в выявлении:

тектонических разломов, границ инженерно-геологических элементов, неоднородности грунтовых напластований, толщ слабых грунтов, гидрогеологических условий, изменчивости физико-механических свойств грунтов.

Геофизические исследования необходимо выполнять параллельно с комплексом типовых инженерно-геологических изысканий. Дискретные и непрерывные методы изысканий являются взаимодополняющими и позволяют в значительной мере повысить их качество.

Для обеспечения и поддержания требуемых эксплуатационных параметров технического состояния вновь возведенных линейных сооружений, в том числе высокоскоростных магистралей, по окончанию строительства, на наш взгляд, следует включать геофизические исследования.

Целями данных исследований является, во-первых, проверка качества выполненных строительных работ и, во-вторых, получение начальной информации (геофизических карт) для организации мониторинга.

Состав и объем инженерно-геологических изысканий при реконструкции и капитальном ремонте в настоящее время в основном определяется ЦПТ-53.

Следует отметить, что капитальный ремонт или реконструкция линейных сооружений может выполняться планово, в соответствии с действующими нормами или в связи с изменением эксплуатационных параметров участка обследования (осевых нагрузок, скоростей движения и др.).

Цели, задачи, организация, состав и объем инженерно-геологических изысканий для капитального ремонта, усиленного капитального ремонта и реконструкции отличаются от изысканий, выполняемых при новом строительстве.

По характеру выполняемых работ они могут классифицироваться как обследовательско-изыскательские и должны проводиться в следующей последовательности:

ознакомление и анализ проектной и исполнительной документации, актов выполненных ремонтов, записей проверок, осмотров, анализ результатов мониторинга и т.д.;

рекогносцировочное визуальное обследование с фотофиксацией выявленных дефектов;

определение расположения, оптимального количества и глубины геологических выработок, полевых и лабораторных испытаний техногенных и природных грунтов;

детальное визуально-инструментальное обследование;

разработка рекомендаций;

составление отчета.

Ознакомление и анализ проектной документации, актов выполненных ремонтов, записей проверок, осмотров при их наличии является обязательной составной частью обследовательско-изыскательских работ.

Такая работа позволяет выявить и систематизировать причины возникновения дефектов, а именно, недостаточность данных изысканий, низкое качество проектных проработок и строительно-монтажных работ, отрицательное воздействие на конструкции в процессе эксплуатации и т.д.

Цель рекогносцировочного визуального обследования заключается в выявлении дефектов на месте, оценки их влияния на надежность сооружений.

При рекогносцировочном обследовании осматриваются все конструкции и сооружения, расположенные на участке обследования и обеспечивающие нормальные условия эксплуатации сооружения, составляется общая дефектная ведомость, производится фотофиксация дефектов.

После проведения рекогносцировки уточняется объем и состав изыскательских работ, который зависит от количества выявленных дефектов, мест их расположения, степени развития и т.д., обследуемых конструкций и сооружений и сложности инженерно-геологических условий.

При детальном инженерно-геологическом обследовании особое внимание должно уделяться техническому состоянию балластного слоя, земляного полотна, водоотводов, искусственных сооружений.

Детальное визуально-инструментальное обследование проводится с целью получения количественных параметров, например, толщины слоев щебня, грунтов насыпи и основания, уровня и характера загрязненности, физико-механических параметров грунтов, их водопроницаемости и т. д. и является основой для разработки проектной документации.

Анализ отчетов инженерно-геологических изысканий, выполненных различными геологическими организациями, позволяет сделать вывод о недостаточной проработке выводов и рекомендаций, обеспечивающих рациональное проектирование усиленных капитальных и капитальных ремонтов или реконструкции.

Выводы и рекомендации по форме и содержанию, как правило, составлены как для нового строительства, без акцента на выявленные дефекты, причины их возникновения и способы их устранения.

Для обеспечения проектирования и строительства высокоскоростных магистралей считаем необходимым:

выполнить разработку новых нормативных документов на инженерно-геологические изыскания, включающие и регламентирующие использование современных геофизических методов исследования;

доработать существующие нормативные документы на инженерногеологические изыскания для проведения капитальных ремонтов и реконструкции существующих линейных сооружений.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТНЫХ РАБОТ В ЗАО

«ВОСТСИБТРАНСПРОЕКТ»

ЗАО «Востсибтранспроект» – проектно-изыскательский институт, проектирующий транспортные сооружения: автомобильные, железные дороги, узлы и станции, искусственные сооружения и т.д.

Для повышения качества проектов, сокращения сроков выполнения проектно-изыскательских работ и увеличения производительности труда в организации внедрен ряд систем автоматизированного проектирования ведущих производителей программного обеспечения Bentley Systems и Autodesk.

Основное направление проектирования, принятое в ЗАО «Востсибтранспроект», – создание 3D модели транспортного сооружения и последующая генерация рабочих чертежей из этой модели.

В ЗАО «Востсибтранспроект» для создания 3D моделей транспортных сооружений применяется следующее программное обеспечение: Bentley MX (Bentley Systems) и Autodesk Civil 3D (Autodesk).

Для Bentley MX в ЗАО «Востсибтранспроект» разработаны стили выдачи проектной документации по российским нормам, позволяющие выпускать рабочие чертежи для любой стадии проектирования.

Так как в используемом программном обеспечении не решен ряд задач проектирования по российским нормам (проектирование поперечников, продольный водоотвод и др.) в ЗАО «Востсибтранспроект»

разрабатывается программа CrossProfile (разработчик В.В. Бичевин), в настоящий момент в CrossProfile интегрируется геология, что позволит проектировщику использовать геологические разрезы на проектируемом профиле.

Оцифровка картографического материала осуществляется в ПО RasterDesk Pro (Consistent Software), ГИС по объекту ведется в программном продукте ГИС Карта (Панорама).

Вся проектно-сметная документация хранится и циркулирует в системе электронного документооборота Search (Интермех).

В ЗАО «Востсибтранспроект» все крупные проекты сопровождаются визуализацией проектных решений, которые выполняются в 3DS Max (Autodesk).

Коротко остановимся на основных этапах этой работы.

Трёхмерная сцена состоит из множества объектов.

Процесс создания финальной сцены можно разделить на 4 этапа:

моделирование геометрии, настройка камер, источников света и материалов, анимация объектов и дополнение сцены вспомогательными объектами, финальная визуализация и получение видеофайла.

Процесс создания трёхмерной сцены начинается с проектных решений. В качестве основы для трёхмерной модели выбираются проектные поперечные профили земляного полотна, запроектированные в AutoCAD (рис.1).

Все элементы поперечного профиля (бровки, подошвы насыпей, бермы, кюветы и т.д.) будут участвовать в конечном формировании модели проектного решения.

Далее необходимо расположить поперечные профили вдоль проектной оси трассы в трёхмерном пространстве, подняв каждый из них на соответствующие проектные отметки относительно нулевого уровня (рис.2).

Поперечные профили разворачиваются перпендикулярно направлению трассы. На этом этап подготовки данных для формирования трёхмерной модели проектного решения заканчивается.

Рис.2. Размещение поперечных профилей вдоль проектной оси трассы в После подготовительного этапа приступают к построению трёхмерной модели.

Характерные точки поперечных профилей объединяются в элементы плана струнами MX (рис.3).

Струны представляют собой такие элементы, как линии изменения поперечных уклонов, бровки земляного полотна, подошвы насыпей, бровки водоотводных канав и кюветов, бровки выемок и т. д. Струнами могут быть также рельсы, разнообразные продольные элементы, такие как кабели, провода и подобное.

Струнная технология позволяет создать триангуляционную модель поверхности (рис.4). Модель триангуляции применяется в дальнейшем для подсчёта объёмов, построения смежных с проектным решением объектов (пересечения и примыкания, балластная призма, уширения земполотна и подобное).

Рис.3. Формирование трёхмерной модели (AutoCAD+MX), Модель триангуляции позволяет передать данные проектного решения из MX в 3DS Max для последующего создания финальной сцены.

Все последующие построения в 3DS Max будут основываться на этой модели.

Рис. 4. Получение модели триангуляции проектного решения в MX на Модель триангуляции как объект 3DS Max представляет собой Editable Mesh.

Как объекту 3DS Max ей можно назначить материал.

В соответствии с этим положением все модели триангуляций разделяются по видам (вода, насыпи, земля, проезжая часть, кювет и подобное).

После экспорта всех моделей триангуляций (земли, проектных решений, вспомогательных) заканчивается этап моделирования и начинается постановка сцены, которая включает в себя настройку камер, света и текстурирование.

Моделирование сцены включает в себя также анимацию камеры, объектов сцены и другое.

Процесс это творческий, и от него во многом будет зависеть конечный результат визуализации (рис.5).

На этом этапе достраиваются все вспомогательные части конечной сцены (мосты, трубы, провода, ограждения и др.).

Финальная визуализация позволяет получить вид проектного решения с любого ракурса как отдельными фрагментами (кадрами), так и готовым видеороликом. 3DS Max позволяет выполнять монтажные работы, добавлять звуковые дорожки, видеоспецэффекты (рис.6).

Рис. 5. Анимация объектов и дополнение сцены вспомогательными Рис. 6. Финальная визуализация и получение видеофайла (на участке Таким образом, внедрение передовых информационных технологий 3D-проектирования дорог и сооружений позволяет коллективу ЗАО «Востсибтранспроект» повышать качество и эффективность проектирования и поддерживать высокий уровень проектно-сметной документации, дополняя ее современными информационными видеоматериалами.

КОМПЛЕКСНАЯ ПРОГРАММА РЕШЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СОДЕРЖАНИЯ ПУТИ И

ПУТЕВЫХ ОБУСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ВНЕДРЕНИЯ НОВЫХ

ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В работе описаны общие контуры комплексной программы, цель которой заключается в повышении безопасности функционирования и оптимизации затрат на проектирование, реконструкцию и ремонт железнодорожных магистралей ОАО «РЖД» (на примере ВосточноСибирской железной дороги – филиала ОАО «РЖД») на основе принципиального усовершенствования системы содержания пути и путевых обустройств за счет внедрения новых высокоэффективных технологий оперативного мониторинга состояния пути, земляного полотна и инженерных сооружений.

Программа реализуется в четыре этапа:

1. Создание специальной реперной системы как основы топографогеодезического обеспечения создаваемого комплекса.

2. Паспортизация инфраструктуры дорог.

3. Отработка методов оперативного мониторинга железнодорожных линий и прилегающей территории.

4. Создание специализированной геоинформационной системы (ГИС), позволяющей представлять в единой координатно-графической форме проекты трассы всех магистралей, содержимое полосы отвода земель, объекты инфраструктуры и имущественного комплекса ОАО «РЖД», принимать технические решения по содержанию пути и оперативно контролировать выполнение этих решений.

Первый этап требует решения следующих задач:

1. Окончание работ по созданию специальной реперной системы (СРС) по «главному ходу» ВСЖД и создание разреженной опорной геодезической сети (ОГС) СРС для «северной» и «южной» веток дороги.

Поддержание СРС ВСЖД в рабочем состоянии и повсеместное ее применение как высокоточной координатно-метрической основы мониторинга состояния пути, электронно-графического отображения проектного положения и текущих изменений трассы дороги.

2. Создание предпосылок к преобразованию каркасных пунктов реперной системы в постоянно действующие пункты передачи дифференциальных поправок координатно-временных определений на подвижные приемники радиосигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) для обеспечения топографо-геодезических, изыскательских и ремонтных работ в режиме реального времени.

3. Отработка технологии текущего содержания пути с использованием данных от СРС ВСЖД, электронных тахеометров и специализированного программного обеспечения.

4. Создание автоматизированного комплекса механизированной выправки пути (доведение его до проектного положения) с использованием данных от СРС ВСЖД и спутниковых средств позиционирования для управления тяжелой путейской техникой.

На данном этапе особое внимание уделяется поддержанию работоспособности (сохранности) пунктов опорной сети. Сеть уравнивается как единое построение в единой условной системе координат, связанной с государственной системой счета координат и высот.

Геодезическое обеспечение работ по проектированию ремонтов и капитальному строительству выполняется только от пунктов реперной системы.

Проектирование осуществляется в пространственно-координатной форме. Организации строительного комплекса, осуществляющие ремонт и строительство, выносят в натуру все проектные решения по координатам только от пунктов реперной системы. Управление работой выправочных машин в автоматическом режиме осуществляется координатными методами от пунктов реперной системы с использованием электронно-цифровых и спутниковых средств геодезических измерений. Контроль качества выполненного ремонта и вынесенных в натуру проектов строительства осуществляется с помощью специальных средств и методов, опирающихся на данные специальной реперной системы ВСЖД. Результаты измерений параметров рельсовой колеи, полученные с помощью вагоновпутеизмерителей увязываются с координатными данными от реперной системы так, что «проблемное» место пути может быть установлено с точностью в несколько сантиметров.

Второй этап - Паспортизация инфраструктуры дороги – требует решения следующих задач:

1. Создание точной электронно-графической пространственновременной модели трассы железной дороги, земляного полотна (с привлечением инженерно-геологических данных), инженерных сооружений и путевых обустройств дороги.

2. Формирование в электронной форме паспорта (подробного продольного профиля) проектного положения всех путей дороги и путевых обустройств (контактной сети, километровых и пикетных знаков, бровок земляного полотна, реперов).

3. Разработка единого проекта плана и профиля дороги, представляемого в координатной электронно-графической форме.

4. Увязка в единую технологическую цепочку работ по проектированию, выносу в натуру и контролю качества проектов ремонта пути.

Задачи паспортизации дороги решаются в результате сведения воедино цифровых топографических планов (ЦТП) станций, перегонов, разъездов, пересечений и тому подобных объектов с данными о пространственном положении вагонов-путеизмерителей, на которых устанавливаются спутниковые средства координатно-временных определений. Все координатные определения выполняются с использованием в качестве основы пунктов СРС ВСЖД.

Для получения цифровых топографических планов привлекаются данные лазерного сканирования и цифровой видеосъемки, выполненные специализированными средствами – воздушный лазерный сканер, установленный на вертолете или легкомоторном самолете. Основные стадии такой технологии демонстрируют рис. 1 – 4.

Рис. 1. В результате съемки с помощью лазерного сканера получается облако точек и цифровая фотография местности Рис.2. На цифровых снимках, сопровождающих лазерное сканирование, видны элементы путевого развития станции, подъездные пути, здания и сооружения, растительность и другие компоненты, необходимые для корректного дешифрирования результатов сканирования Рис.3. После обработки снимка получают поверхность земли, на которой четко читаются все формы рельефа Рис. 4. В результате обработки материалов сканирования получают трехмерную модель местности и цифровой топографический Данные дополняются результатами георадарного зондирования, материалами ретроспективных инженерно-геологических работ по контролю состояния земляного полотна.

Третий этап – Отработка методов оперативного мониторинга железнодорожных линий и прилегающей территории – может быть реализован в результате решения задачи по созданию аппаратнопрограммного комплекса, объединяющего систему видеопаспортизации (СВПД), навигационно-позиционную систему и систему лазерного сканирования, предназначенного для получения максимально полной информации о состоянии ж/д пути и сопутствующей инфраструктуры, сравнения этих данных с паспортными значениями, а также оперативного выявления и исправления отклонений.

Наиболее эффективное решение задачи оперативного мониторинга может сводиться к установке такой системы на скоростные вагоны путеизмерители, специально оборудованные автомобили или ручные средства передвижения.

Работа системы видеопаспортизации и сканирования должна поддерживаться спутниковыми средствами координатно-временных определений от пунктов реперной системы.

геоинформационной системы (ГИС) – требует решения следующих задач:

1. Представление в единой координатно-графической форме проекта трассы всех путей дороги, полосы отвода земель, объектов инфраструктуры и имущественного комплекса дороги.

2. Объединение АРМов служб дороги в общую базу данных с единой геоинформационной основой.

3. Проектирование системы диспетчерского управления движением составов с использованием данных от СРС ВСЖД, спутниковой аппаратуры, работающей в режиме реального времени, а также баз данных локомотивного, вагонного и путевого хозяйства.

Решение задач данного этапа является ключевым моментом, знаменующим собой создание средства оперативного мониторинга состояния пути в профиле и плане, а также основы принятия технических решений по содержанию пути и контролю выполнения этих решений.

Наполнение содержания ГИС осуществляется по множеству слоев с обязательной координатной привязкой всех объектов к координатнометрической основе, обеспечиваемой реперной системой.

В силу этого обстоятельства ГИС становится не только информационно-экспертной, но и измерительной. С ее помощью можно контролировать множество метрических параметров дороги, выполнять значительную часть проектной подготовки ремонтов и строительства.

Базовые технологии реализации предлагаемой комплексной программы:

- электронно-цифровые технологии выполнения топографогеодезических и инженерно-геодезических работ;

- технология автоматизированных координатно-временных определений по радиосигналам глобальных спутниковых навигационных систем(GPS, ГЛОНАСС, GALILEO), включая и субтехнологию высокоточных относительных (дифференциальных) определений в реальном времени;

- лазерное сканирование с подвижного основания;

- технология цифровой координатно-метрической видеосъемки;

- георадиолокация и электродинамическое зондирование земляного полотна;

- оперативная оценка состояния пути с помощью скоростных вагоновпутеизмерителей;

электронных архивов;

- геоинформационные системы оперативного отображения текущего состояния пути и принятия технических решений по содержанию пути.

Ожидаемые результаты от реализации программы:

1. Практическое решение на новом технико-технологическом уровне проблемы содержания пути ВСЖД в проектном положении и повышение на этой основе безопасности функционирования дороги.

2. Снижение трудозатрат на производство проектно-изыскательских работ и уменьшение сроков проектирования ремонтов пути и других работ по объектам инфраструктуры дороги.

3. Практическое решение на новом уровне задач мониторинга положения пути в профиле и плане, а также мониторинга и диагностики земляного полотна на ВСЖД.

4. Повышение оперативности и объективности принятия технических решений по обеспечению содержания пути, а также повышение эффективности контроля исполнения этих решений.

Слагаемые положительного эффекта от реализации программы:

1. Создание инфраструктуры (технических, программнометодических, информационных и технологических компонент) комплексной системы мониторинга состояния пути, земляного полотна и ИССО на ВСЖД.

2. Внедрение в практику работ по содержанию пути современных геодезических технологий обеспечения ремонтов и строительства путей, контроля качества реализации проектов ремонта и строительства, оценки параметров рельсовой колеи, мониторинга деформаций земляного полотна и ИССО.

3. Внедрение в практику работ по мониторингу и диагностике земляного полотна современных геофизических технологий.

4. Создание базы принятия технических решений и планирования работы дороги в условиях увеличения грузоперевозок и скоростей движения поездов.

Реализация описанной комплексной программы ведется на базе ВСЖД – филиала ОАО «РЖД» при проектно-изыскательском и научнотехническом сопровождении Иркутского проектно-изыскательского института «Иркутскжелдорпроект» – филиала ОАО «Росжелдорпроект».

ПРОБЛЕМА СОЗДАНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ РЕПЕРНЫХ

СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ: ОПЫТ

РЕШЕНИЯ И СОСТОЯНИЕ СРС ВСЖД – ФИЛИАЛА ОАО «РЖД»

Решение комплексной технической проблемы повышения качества содержания железных дорог и обеспечения надежности состояния пути при увеличении скорости движения поездов тесно связано с созданием и применением специальных реперных систем (СРС).

СРС – это специальные инженерно-геодезические сети большой линейной протяженности, закрепленные на местности, в полосе землеотвода железных дорог и на земляном полотне, долговременными центрами (рис. 1 – 4).

Реперные системы призваны служить высокоточной координатнометрической основой контроля положения пути в профиле и плане, должны использоваться для мониторинга деформаций земляного полотна и других сооружений дороги, а также для геодезического обеспечения проектирования и контроля качества ремонтов пути.

Важная роль отводится реперным системам в перспективе их использования для установки пути в проектное положение с помощью путевых машин, работающих в автоматизированном режиме.

Первая реперная система была создана в 1999 г. на Октябрьской железной дороге, для участка, соединяющего Москву и Санкт- Петербург.

В 2007 г. завершено создание реперной системы Восточно-Сибирской железной дороги с охватом 1300 км «основного хода» (Транссибирской магистрали).

Имеются планы создания реперных систем на других железных дорогах России.

Рис. 1. Структура геодезических сетей реперных систем Рис. 2. Типовая схема построения опорной геодезической сети Это особенно актуально во взаимосвязи с перспективными планами повышения скоростей движения по основным направлениям железнодорожных магистралей ОАО «Российские железные дороги».

Геодезические сети реперных систем являются высокоточными построениями, сравнимыми по точности со спутниковой геодезической сетью I класса (СГС-1), сетями триангуляции и полигонометрии II – IV классов из состава Государственной геодезической сети (ГГС). Высотное положение пунктов реперных систем определяется точным нивелированием III класса.

Создание реперных систем специализированными геодезическими организациями сильно осложняется незнанием специфики их назначения, а также условий производства геодезических работ на действующих железных дорогах.

Вместе с тем, вопросы создания реперных систем изыскательскими организациями железнодорожного профиля представляют собой серьезную инженерно-техническую задачу.

Поэтому наиболее важными представляются следующие аспекты решения этих задач:

1. Рациональное закрепление на местности пунктов опорной и рабочей геодезических сетей (ОГС и РГС) из состава СРС.

2. Реализация с помощью геодезических приемников сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) оптимальной по точности, надежности и затратам конструкции ОГС.

Рис. 3. Типовая схема построения рабочей геодезической сети 3. Создание СРС отдельными участками, стыковка участков и установление связи СРС с ГГС.

4. Создание оптимизированных линейно-угловых построений для определений координат пунктов РГС.

5. Выбор приборов и схем нивелирования пунктов СРС.

6. Математическая обработка и анализ качества геодезических сетей из состава СРС.

Определенный опыт накоплен Иркутским проектно-изыскательским институтом «Иркутскжелдорпроект» – филиалом ОАО «Росжелдорпроект»

за период с 2000 г. по 2007 г. при создании СРС ВСЖД – филиала ОАО «РЖД», а также при разработке технологий применения СРС для мониторинга состояния пути и сооружений.

Следует заметить, что «идея» специальных реперных систем на железных дорогах несколько «поблекла» в силу ряда причин, о которых будет сказано ниже. Вместе с тем, проблема остается актуальной.

Опыт ПИИ «Иркутскжелдорпроект» позволяет критически взглянуть на сложившуюся ситуацию и предложить некоторые решения.

На наш взгляд причинами критического отношения к «идее»

реперных систем являются:

– наличие принципиальных технических недостатков (ограничений) концепции и нормативной базы, регламентирующей создание реперных систем;

– отсутствие нормативной базы, регламентирующей содержание и применение реперных систем;

– ограничения экономического характера.

Принципиальные ограничения концепции создания и применения реперных систем заключаются в следующем:

1. Задача мониторинга положения пути заменена задачей повторных промеров в поперечниках, образованных створами рабочих пунктов, закрепленных в опорах контактной сети. При этом из-за пространственной неустойчивости таких пунктов фактически необходимо осуществить мониторинг положения опор контактной сети, убедиться в неизменности координат пунктов рабочей сети, или переопределить их в случае значимых изменений, а уже потом измерять изменения плана и профиля пути.

2. Конструкция съемных рабочих пунктов, предусматривающих установку над ними инструмента, некорректна и архаична.

Нормативно-технические ограничения и недостатки заключаются в том, что технические требования МПС РФ от 26.03.1998 г. морально устарели, имеют недостатки и некорректные положения. В частности:

– трехуровневая ОГС является сложной и слабой конструкцией из-за ориентировки на применение традиционных средств и методов;

– принятие в качестве «исходных» пунктов ГГС, ошибки взаимного положения которых на порядок больше допустимых ошибок положения пунктов ОГС СРС, что ухудшает точность создаваемой системы;

– применение нивелирования одного класса точности (III класса) для определения высотного положения опорных и рабочих пунктов технически не корректно, избыточно по точности для рабочих пунктов, усложняет производство работ;

– применение методики полигонометрии IV класса для определений планового положения промежуточных (рядовых) пунктов ОГС не обеспечивает требуемую точность взаимного положения этих пунктов;

– использование видоизмененной (усиленной) полигонометрии I разряда для определений планового положения рабочих пунктов приводит к созданию конструкции более точной, чем полигонометрия IV класса, на пункты которой опираются ходы I разряда.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
Похожие работы:

«Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Иркутский государственный университет путей сообщения Восточно-Сибирский институт проектирования транспортных систем ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИЗЫСКАНИЙ, ПРОЕКТИРОВАНИЯ, СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ Труды Всероссийской научно-практической конференции с международным участием Том 1 Иркутск 2009 УДК 625.11 + 656.21 ББК 38 + 39.28 П 78 Редакционная коллегия: В.А. Подвербный, д-р техн. наук,...»









 
2014 www.konferenciya.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Конференции, лекции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.