Общие требования к проектированию высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Казань

Общие требования к проектированию высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Казань

С. В. Шкурников,

канд. техн. наук, доцент Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I

Н. С. Бушуев,

канд. техн. наук, профессор ПГУПС

В результате совместной работы специалистов отраслевых вузов, ведущих научно-исследовательских и проектных институтов страны и иностранных компаний разработаны специальные технические условия по всем объектам инфраструктуры высокоскоростной магистрали. В число основных нормативов входят специальные технические условия «Проектирование участка Москва - Казань высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Казань -Екатеринбург со скоростями движения до 400 км/час».

В. А. Голубцов,

старший преподаватель ПГУПС

Следуя стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г., Правительство РФ приняло решение о проектировании и строительстве участка Москва - Казань высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Казань - Екатеринбург со скоростью движения поездов до 400 км/ч (постановление № 5858п-П9 от 30 сентября 2013 г.). В 2013 г. ОАО «Лен-гипротранс» выполнило «Обоснование инвестиций проекта «Высокоскоростная железнодорожная магистраль Москва - Казань - Екатеринбург» (ВСМ-2). Участок Москва - Казань. Этап строительства» [1]. Для этого были разрабо-

таны специальные технические условия (СТУ) для проектирования, строительства и эксплуатации высокоскоростной магистрали (ВСМ) «Москва - Казань - Екатеринбург», согласованные с Госстроем России [2]. Однако для выполнения стадии «Проектная документация» потребовалась более глубокая доработка СТУ.

По итогам конкурса разработка 15 СТУ по всем объектам инфраструктуры ВСМ была поручена ученым и специалистам Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I (ПГУПС). К работе был привлечен широкий круг специалистов не только ПГУПС, но и

Таблица 1. Структура специальных технических условий для проектирования ВСМ

Содержание СТУ-1 СТУ, ключевые материалы которых включены в СТУ-1

Общие положения

Термины и определения

Нормативные ссылки

Габариты приближения строений

План пути

Продольный профиль пути

Земляное полотно СТУ-3

Верхнее строение пути СТУ-2

Искусственные сооружения СТУ-4

Раздельные пункты

Защита пути и сооружений СТУ-5

Полоса отвода земель

Примыкания и пересечения

Железнодорожное электроснабжение СТУ-15

Система сигнализации и автоматизированного управления СТУ-6, 7

Железнодорожная электросвязь СТУ-8, 9, 10, 11, 13

Комплексная система обеспечения безопасности СТУ-12

Инженерно-геодезическое обеспечение

Противопожарные требования

Охрана окружающей среды СТУ-14

других вузов отрасли, ведущих научно-исследовательских и проектных институтов страны, а также иностранных компаний. В результате анализа мирового и отечественного опыта строительства ВСМ разработаны СТУ, которые были согласованы в Минстрое России.

В число ключевых нормативов входят СТУ «Проектирование участка Москва - Казань высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Казань - Екатеринбург со скоростями движения до 400 км/час». Это нормативно-технический документ, предназначенный для проектирования ВСМ как технологического комплекса, включающего в себя взаимоувязанную совокупность подсистем железнодорожной инфраструктуры и подвижного состава. В табл. 1 показано взаимодействие данного норматива с другими разработанными документами, общие положения (элементы взаимной увязки) которых вошли в СТУ-1.

СТУ, приведённые в правой части таблицы, разработаны как технические нормы и требования к проектированию и строительству (монтажу) подсистем железнодорожной инфраструктуры для

участка Москва - Казань высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Казань - Екатеринбург и имеют следующие названия:

• СТУ-2: Верхнее строение пути;

• СТУ-3: Земляное полотно;

• СТУ-4: Сооружения искусственные;

• СТУ-5: Защитные сооружения и устройства для предотвращения несанкционированного доступа к объектам инфраструктуры;

• СТУ-6, 7: Железнодорожная автоматика и телемеханика;

• СТУ-8, 9, 10, 11, 13: Железнодорожная электросвязь. Проводные сети и системы связи, кабельные линии связи, железнодорожная радиосвязь. Системы информирования пассажиров и оповещения работающих на путях. Проверка действия и контроль параметров поездной радиосвязи и беспроводных систем передачи данных;

• СТУ-12: Обеспечение безопасности движения поездов;

• СТУ-14: Шумозащитные мероприятия;

• СТУ-15: Железнодорожное электроснабжение.

Необходимым условием разработки нормативов являлось то, что в соответствии с техническим заданием параметры, характеристики и нагрузки для проектируемого участка ВСМ представлены в сложных сочетаниях, не имеющих аналогов в мире. Это двухпутная железнодорожная линия колеи 1520 мм, на которой предусмотрено движение высокоскоростных пассажирских поездов до 400 км/ч при максимальной статической нагрузке 17 т/ось (170 кН/ось), совмещённое с движением скоростных региональных пассажирских и специальных грузовых поездов.

В результате предварительного анализа установлено, что осуществление грузовых перевозок на высокоскоростных железнодорожных линиях в большей мере оправдано при меньшей разнице в значениях скорости движения разных категорий поездов и при большем равенстве размеров движения специальных скоростных грузовых и высокоскоростных пассажирских поездов. Очевидно, что к тяговым и ходовым эксплуатационным характеристикам специального грузового состава, обращающегося на ВСМ, должны предъявляться особые требования.

Габарит приближения строений на участках, предназначенных для пропуска высокоскоростных поездов, должен соответствовать специальному очертанию.

Результаты анализа мирового и отечественного опыта приведены в табл. 2 и 3.

В разработанных СТУ расстояния между осями главных путей ВСМ на прямых участках пути с учётом ширины колеи, увеличенного габарита подвижного состава и значений максимальной скорости рекомендуется принимать следующими:

• до 250 км/ч (включительно) - не менее 4100 мм;

• более 250 до 300 км/ч - не менее 4500 мм;

• более 300 до 350 км/ч - не менее 4800 мм;

• более 350 до 400 км/ч - не менее 5000 мм.

В криволинейных участках междупутные расстояния определяются расчётом.

При проектировании ВСМ важны геометрические параметры трассы - плана и продольного профиля. Геометрия плана пути определяется требованиями норм горизонтальных и вертикальных ускорений, в том числе ограничением

Таблица 2. Основные нормы проектирования плана и продольного профиля ВСМ ряда зарубежных стран

Страны ЕС при Vmax, км/ч Япония при V =210-260 км/ч max ' STIs V = 350 км/ч max '

Параметры и нормы 2501 (Италия) 300 350

h ,мм max' 125 105М80 130!-180 180 200

^

Междупутье, м 4,6 (4,0) 4,2-5,0 4,5-5,0 4,2-4,3 4,5

R . , м min' 3000 4000-6000 (3200-4800) 6250-7250 (5120-6500) 2500-4000 По расч.

Прямая вставка, м Нет данных 300-420 350-476 Нет данных Из усл. комфорт.

1 , ,, %о p(max)' 8 12-40 12-40 12-15 35

Отвод h, мм/м Нет данных 0,30-0,60 (0,60-0,72) 0,30-0,52 (0,52-0,62) Нет данных Из усл. комфорт.

f, мм/с Нет данных 27,0-37,0 (50) 30,0-37,0 (50) Нет данных Из усл. комфорт.

W, м/с3 0,33 0,28-0,33 Нет данных 0,14 Из усл. комфорт.

ав, м/с2 0,16 -0,24 0,28-0,58 0,38-0,47 0,34 Из усл. комфорт.

Примечания. 1 Для совмещенного пассажирского и грузового движения. 2 При устройстве пути без балласта. Значения в скобках соответствуют трудным условиям.

непогашенных ускорений для специальных грузовых поездов, связанным с износом внутреннего рельса, скорости подъема колеса по отводу возвышения и другими параметрами.

По результатам анализа зарубежного и отечественного опыта, их детального обсуждения с привлечением широкого круга учёных, отечественных и зарубежных специалистов были приняты решения по нормам и параметрам проектирования плана и продольного профиля участка Москва - Казань ВСМ Москва - Казань - Екатеринбург, которые нашли отражение в СТУ [5].

Так, их отличительной особенностью является дискретное изменение нормы непогашенного центробежного ускорения в зависимости от определённого уровня скорости высокоскоростных поездов:

• плюс 0,4 м/с2 - для 400 км/ч;

• плюс 0,5 м/с2 - для 350 км/ч;

• плюс 0,6 м/с2 - для 300 км/ч;

• плюс 0,7 м/с2 - для 250 и менее км/ч.

Допустимые поперечные ускорения для промежуточных скоростей движе-

ния высокоскоростных поездов определяются линейной интерполяцией, например:

• 360 км/ч - плюс 0,48 м/с2;

• 320 км/ч - плюс 0,56 м/с2.

В связи с организацией на ВСМ в том числе специального грузового движения в соответствии с действующими требованиями необходим учёт отрицательных непогашенных ускорений, предел которых не должен превышать минус 0,3 м/с2, в трудных условиях -минус 0,4 м/с2.

Соблюдение норм горизонтальных ускорений достигается варьированием радиуса круговой кривой или снижением максимальной скорости движения высокоскоростного поезда.

В документе параметры плана пути и продольного профиля представлены как для перегонов, так и для раздельных пунктов. Чтоб исключить постоянное воздействие на пассажиров вертикальных ускорений и погасить вертикальные колебания подвижного состава, между концами смежных вертикальных кривых продольного профиля устраивают участки пути с постоянным уклоном.

В результате анализа предшествующих СТУ [2] было установлено несоответствие рекомендуемых значений отвода возвышения наружного рельса I, мм/м, и скорости подъёма колеса на возвышение мм/с (табл. 3). Это соответствие восстановлено в нормах [5].

В разработанном документе [5], в отличие от всех предыдущих норм, смежные элементы продольного профиля рекомендовано сопрягать вертикальной кривой при любой алгебраической разнице сопрягаемых уклонов, что связано с устройством безбалластного верхнего строения пути на участках движения поездов со скоростями более 200 км/ч.

Для осуществления комплекса технологических операций на проектируемой ВСМ должны размещаться определенные типы раздельных пунктов как для пассажирского, так и для специального грузового движения. В данном СТУ приведены требования к таким раздельным пунктам, а также к примыканиям к ВСМ железнодорожных путей общего и необщего пользования и к пересечениям ВСМ с другими видами транспорта.

Таблица 3. Сопоставительные данные отечественных нормативных документов по плану и продольному профилю высокоскоростных магистралей

Параметры и нормы СТО РЖД (250 км/ч) [3] СТУ ВСМ 1 (400 км/ч) [4] СТУ ВСМ 2 (400 км/ч) [2] СТУ ВСМ 2 (400 км/ч) [5]

h ,мм max' 100 (125) 150 150 150

^(пс^ М/с2 0,7 (1,0) 0,4 (0,7) 0,4 От 0,4 при 400 км/ч до 0,7 при менее 250 км/ч; и - 0,3 для груз. поездов

Междупутье, м 4,1 4,8 От 5000 при 400 км/ч до 4100 при 250 и менее км/ч От 5000 при 400 км/ч до 4100 при 250 и менее км/ч

R . , м min' 3700 (3000) По расч. По расч. По расч.

Прямая вставка, м 50 400 400

1 , ,, %о p(max)' Существ. 24 24 24

Отвод h, мм/м 0,50 От 0,5 при 201 км/ч до 0,37 при 400 км/ч От 0,5 при 201 км/ч до 0,37 при 400 км/ч (не соотв. f=28 мм/с) По расч.

f, мм/с 34,7 По расч. (от 27,9 при 201 км/ч до 41,1 при 400 км/ч) 28 28,0

W, м/с3 0,40 0,40 0,40 0,40

ав, м/с2 0,3 0,39 От 0,3 на выпукл. уч. до 0,4 на вогнут. уч. От 0,3 на выпукл. уч. до 0,4 на вогнут. уч.

Примечание. Значения в скобках соответствуют трудным условиям.

Для выполнения требований безопасности ВСМ должна быть создана высокоточная координатная система для эффективного получения и использования актуальных и точных геодезических данных при изысканиях, строительстве и последующей эксплуатации сооружений и устройств ВСМ. Нормативные геодезические параметры на основе высокоточной координатной системы приведены в разработанных СТУ.

Высокоскоростная железнодорожная магистраль Москва - Казань - Екатеринбург для совмещённого движения высокоскоростных пассажирских до 400 км/ч и специальных грузовых поездов является уникальным сооружением, не имеющим аналогов в мире и требующим продолжения исследований в части поиска наиболее эффективных решений при реализации смешанного движения.

Литература

1. Обоснование инвестиций на сооружение высокоскоростной железнодорожной магистрали «Москва

- Казань - Екатеринбург» (ВСМ-2). Участок «Москва - Казань». Этап строительства. Разд. 4 «Организация движения поездов», подразд. 2 «График овладения перевозками». Т. 4.2. СПб.: ОАО «Ленгипротранс», 2014.

2. Специальные технические условия для проектирования, строительства и эксплуатации высокоскоростной железнодорожной магистрали «Москва

- Казань - Екатеринбург». Согласованы Министерством регионального развития РФ (Госстрой) 27.11.2013 г. № 14066-ЕС/03/ГС.

3. Стандарт ОАО «РЖД» «Инфраструктура линии Санкт-Петербург - Москва для высокоскоростного дви-

жения поездов». М.: ОАО «РЖД», 2007.

4. Специальные технические условия для проектирования, строительства и эксплуатации новой высокоскоростной пассажирской железнодорожной магистрали «Москва - Санкт-Петербург». Согласованы решением Министерства регионального развития РФ от 28.07.2009 г. № 23682-ИП/08.

5. Специальные технические условия «Проектирование участка Москва -Казань высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Казань - Екатеринбург со скоростями движения до 400 км/ч»: решение НТС Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ № 32 (вх. 59889/МС), согласовано заместителем министра. М., 2014. 69 с.