Dzelzceļa trase

Dzelzceļa līnijas trase raksturo ceļa garenass stāvokli telpā zemes klātnes šķautņu līmenī. Trases projekciju horizontālā plaknē sauc par līnijas plānu, bet līnijas izvērsi vertikālajā plaknē — par līnijas profilu.
Dzelzceļa trasi nosaka projekti atbilstoši būvniecības normām un noteikumiem. No līnijas kategorijas ir atkarīgi tās galvenie parametri, tehniskie nosacījumi, pieļaujamie vilcienu kustības ātrumi, līnijas iekārtu jauda.
Zemes joslu gar trasi, kurā izvieto sliežu ceļu un citas dzelzceļa iekārtas, kā arī dzelzceļa ēkas un aizsargstādījumus, sauc par zemes nodalījuma joslu. Tās apjomu nosaka, kā minimums, zemes klātnes šķērsprofils, būvju tuvinājuma gabarītizmēri, kontakttīkla balstu. iekārtu un apakšstaciju, AGL, kā arī SCB iekārtu un norobežojuma būvju aizņemtā platība un pieskaitot kādu rezervi, cik nu kādos apstākļos nepieciešams, t.sk. ņemot vērā nepieciešamo perspektīvo attīstību ilgtermiņā. Iespēju robežās trasi veido taisnu, tomēr tas pastāvīgi nav iespējams, tāpēc periodiski trases taisnos posmus, kā plānā tā profilā savstarpēji savieno ar līknēm. Līknes ar mazu rādiusu prasa ātrumu samazināšanu. Tāpēc to rādiusus izvēlas no dzelzceļa līnijas vispārīgā ekspluatācijas konteksta. Katram elementa, kā taisnēm tā līknēm ir garuma parametrs. Profila taisnēm — arī šī elementa slīpums jeb kāpums (kritums), ko izsaka promilēs jeb tūkstošdaļās. Bet līknēs sasaistītie parametri ir: pagrieziena leņķis; rādiuss R; garums, kā iepriekš minēts; tangenss. Nedzēstā centrbēdzes paātrinājuma dēļ līknē pastiprināti izdilst sliedes un riteņi. Līknes apgrūtina redzamību, kas prasa veikt dažādus ekspluatācijas pasākumus. Līknes ar lielu nedzēsto centrbēdzes paātrinājumu papildus sajūdz ar pārejas līknēm, kurās nedzēstais centrbēdzes paātrinājums attīstās pakāpeniski, vienlaicīgi nodrošinot pakāpenisku ārējā pavediena aprēķināto paaugstinājumu un rādiusa pakāpenisku samazināšanu līdz pamatlīknes pastāvīgajam lielumam, bet līknēs ar ļoti mazu rādiusu — arī tāpat pārejas līknes robežās pakāpenisku sliežu ceļa paplašinājumu riteņpāru stingro bāžu ierakstīšanai plāna līknē.

Pārejas līkne

Lai līknē nedzēstais centrbēdzes paātrinājums nerastos pēkšņi un — nodrošinātu nepieciešamo ārējās sliedes paaugstinājumu, bet līknēs ar pārāk mazu rādiusu nodrošinātu nepieciešamo sliežu ceļa paplašinājumu — atvirzot iekšējo pavedienu, ierīko pārejas līknes, kurās, turklāt, tiek veikta vienmērīga ārēja sliežu pavediena paaugstināšana aprēķina augstumā visā pārejas līknes garumā.

S veida līkne

Variants, kā palielināt starpceļu attālumu starp sliežu ceļiem vai līknēm, ir vienam no ceļiem pirms pamatlīknes ar taisno starpposmu (≥ 25 m) ierīkot "S" veida līkni (t.i. līknes ar pretēji pavērstiem rādiusiem) ar pietiekami lielu rādiusu un taisno starpposmu ≥ 25 m starp pretējām līknēm (piemērs attēlā zemāk). Šī paņēmiena trūkums ir, ka papildus nepieciešams vairākas līkņu.

an loma

Līknes parametri ir viens no vissvarīgākajiem vilcienu kustības ātruma noteikšanas faktoriem, ņemot vērā, ka līknes procentuālā daļa ceļa plānā parasti ir visai ievērojama, kā arī vilcienu unificētais garums arī mēdz būt ievērojams. Kad viena vilciena daļa līkni atbrīvo, nākamā jau tuvojas — vai šķērso nākamo līkni, parasti ar līdzīgiem ātrumu noteicošajiem parametriem. Vilces spēka samērīga izmantošana parasti neļauj paredzēt ieskrējienu starp līknēm pa taisnajiem posmiem un bremzēšanu pirms līknēm. Tāpēc dzelzceļa līnijā nosaka ātrumu, kādu prasa līkņu parametri, kas ceļa plānā arī ir "vājākais posms". Sen būvētās un nerekonstruētās dzelzceļa līnijās, kad prasības lielākam ātrumam nebija tik noteicošas, ātrums aizvien saglabājās zemā līmenī arī pēc ceļa kapitālā remonta. Arī pārmiju pārvedas, it sevišķi sānceļa virzienā tiek uzskatītas par "vājo posmu", bet tām gan ir mazliet cita specifika, prasības stingrākas, ņemot vērā asmeņu un krusteņu uzkrāto ekspluatācijas pieredzi un pārejas līkņu neesamību tajās. Tomēr arī pārmiju pārvedās daudzas līdzības un likumsakarības saglabājas pēc līdzības, kā līknē.

Starp vilcienu kustības ātrumu un nedzēsto centrbēdzes paātrinājumu — aₙ ir likumsakarība .
Piemērs. Aprēķināt, kāds būs nedzēstais centrbēdzes paātrinājums atsevišķi stāvošai līknei, ja S=1520 mm, vₘₐₓ=120 km/h, R=900 m, h=0,09m=90 mm. Atrisinājums
.
Bet, ja aplūkotajā piemērā ārējās sliedes paaugstinājumu un pārejas līkni neierīko,
.
Secinājums: „Bez ārējās sliedes paaugstināšanas un attiecīgas pārejas līknes ierīkošanas braukt ar ātrumu 120 km/h nedrīkst!”.
Pārskata vilcienu kustības ātrumu
 .

Atsevišķu aprēķina piemēru apkopojums tabulās

Tabulu galerijā apkopots aprēķinātais ātrums izplatītiem sliežu platumiem pie dotiem ārējā pavediena paaugstinājumiem un atsevišķām nedzēstā centrbēdzes paātrinājuma normu aₙ variācijām, kuras atkarīgas no virsbūves smaguma un — fiksācijas uz vietas ritekļu un kravu smagumcentra u.c. apstākļiem:
P.s. Atbilstoša centrbēdzes paātrinājuma izvēlē ir jāpiesaista uzmanība sliežu ceļa virsbūves smagumam un tās pietiekamai fiksācijai uz vietas. Nedzēstā centrbēdzes paātrinājuma pārāk liela palielināšana var novest pie sliežu ceļa bojājumiem un/vai vilciena avārijas un/vai vilciena nomešanas uz sāniem (hipersaite: yotube video — ātruma pārsniegšana līknē Spānijā, kur atļautais ātrums bija 80 km/h, vilciens brauca ar 200 km/h, kas noveda pie vilciena krišanas uz sāniem un ļoti traģiskām sekām; wiki saite ar cita vilciena apgāšanos Austrālijā, kur vilciens ar ātrumu 117 km/h brauca pa līkni pie atļautā ātruma 60 km/h). Tāpat kritiski jāizvērtē iespējamās, stihiskus postījumus nesošas, vēja brāzmas un vilcienu kategorijas (ritošais sastāvs un kravas ar relatīvi augstu smagumcentru, piemēram, divstāvīgie vilcieni bez režģveidīgām sānu sienām, vai divstāvīgie konteinersastāvi u.c. augsti un relatīvi viegli ritekļi ar vai bez kravām), kuriem tās laikā jāatrodas drošās vietās. Tas būtu aktuāli, ja iekraušanas un pārvadāšanas noteikumos ir pieļauts paaugstināta smagumcentra izņēmums ar zināmiem ekspluatācijas nosacījumiem.

Uzbūves komponentes

Kopīgas ģeometriskās komponentes ir augstāk apskatītajai ceļa plāna līknei ar ceļa vertikālajām līknēm (profila līknēm). Vertikālās līknes rādiuss riņķa līniju apraksta pa zemes klātnes un sliežu ceļa garenasi vertikālā plaknē.
Noderīgas vertikālo līkņu komponentes: ; ; , kur T — tangensa, m; R — rādiuss, m; Δi — slīpumu algebriskā starpība; x — abscisa, m; h — gala ordināta izliekumā/ieliekumā, m.

Ātrums pa vertikālo līkni

Nedzēstā paātrinājumu  var pieņemt 0,1 m/s². Pārejas līknes parasti neierīko, tāpat arī nav nedzēstā centrbēdzes paātrinājuma dzēšanas risinājumi, kādi ir, piemēram, ceļa plāna līknei — paaugstinot ārējo pavedienu. Līdz ar to izliektā profilā ritošais sastāvs tiek "pamests" gaisā, ko pietur tikai tā gravitācija, bet ieliektā profilā — tiek piespiests pie sliežu klātnes, kurai tas ir jāpanes. Infrastruktūras pārvaldītāji nosaka profila elementu slīpuma starpības normatīvu, kas tiek savienots ar līkni un nosacījumus, pie kuriem atļauts elementus ar līkni nesavienot — atstāt lauztu profilu vai lauzumus ar nelielu starpību savienojot ķēdītē (tas raksturīgs lēnam dzelzceļam).
Tabula. Vilcienu ātrumi (3.aile) pa vertikālajām līknēm, km/h, pie dota līknes rādiusa R, m, (2.aile) pie nedzēstā centrbēdzes paātrinājuma aₙ = 0,1 m/s²