Основные технические параметры высокоскоростных магистралей

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральноегосударственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I» (ФГБОУ ВПО ПГУПС)

“TEMPUS Mie GVF”

«Основы высокоскоростного железнодорожного транспорта»

« Программа создания высокоскоростного пассажирского транспорта России»

Мастинников Никита

Фурманова Екатерина

Никоненко Кирилл

Санкт-Петербург

Г.

«Программа создания ВСМ в России»

В 2018 году нашей стране предстоит принять такое масштабное событие, как чемпионат мира по футболу. ФИФА назвала российские города, которые примут ЧМ-2018. В список попали Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Нижний Новгород, Казань, Ростов-на-Дону, Волгоград, Самара и Сочи.

Нам предстоит справиться с огромнейшим притоком туристов со всего мира. Перемещения желающих посетить мундиаль ставит серьёзные задачи перед транспортной системой страны, которая нуждается в развитии. Поэтому считается необходимым организовать скоростное и высокоскоростное сообщение между городами, которые будут задействованы в проведении ЧМ-2018. Это поможет нам справиться с транспортной проблемой, а так же даст мощный толчок в развитии нашей страны в целом. Создание инфраструктуры ВСМ для проведения ЧМ, оставит огромное наследие для всей страны.

1-я линия С-Пб- Москва

2 Москва-нижний-казань- екатеринбург, также от нижнего ещё направление на самару

3москва-воронеж-ростов-сочи

Важнейшие цели системы ВСЖТ:

· качественное развитие российской транспортной инфраструктуры за счет создания системы транспортного сообщения — ВСМ;

· стимулирование экономики страны за счет создания эффективных транспортных коридоров и связывания городов в агломераты;

· мобильность населения (особенно актуально для такого огромного государства, как Россия);

· развитие регионов (повышение уровня жизни);

· снижение убыточности пассажирских перевозок (опыт эксплуатации поездов «Сапсан» доказывает это);

· снижение аварийности и смертности на автодорогах (ВСМ вызывают отток пассажиров с классических видов транспорта, снижая нагрузку на существующую сеть автомобильных и железных дорог и уменьшая загруженность воздушных коридоров);

· упрочнение международного признания уровня технического и финансового потенциала страны, создание возможности для роста объемов экспорта.

Обоснование необходимости создания сети ВСЖТ.

Растущая загруженность автомобильной инфраструктуры и объективный рост транспортной активности населения требует принятия системных и долгосрочных решений, которые позволят повысить эффективность железнодорожной системы в целом. Одним из инструментов повышения эффективности железнодорожного транспорта является развитие скоростных и высокоскоростных межрегиональных сообщений, которые призваны сблизить субъекты Российской Федерации.

· Развитие высокоскоростного движения послужит толчком для экспорта прогрессивных зарубежных технологий, станет причиной массового создания новых рабочих мест.

· объединение агломераций и региональных центров в единый агломерат;

· предоставление населению современной услуги – высокоскоростной железнодорожной пассажирской перевозки;

· развитие регионов, повышение уровня жизни; удаленные регионы автоматически становятся близкими пригородами крупнейших агломераций России;

· повышение социально-экономического потенциала страны, поскольку развитый транспорт является основой процветания целого ряда других индустрий, а также принципиальным условием для улучшения инвестиционного климата в стране;

· повышение квалификации российских специалистов, повышение уровня занятости населения;

· формирование и развитие единой системы комплексов "аэропорты – ВСМ – городской транспорт";

· повышение престижа страны, так как современном мире в ближайшие годы не останется ни одной экономически развитой страны без системы ВСМ.

В диапазоне расстояний 600-700 км высокоскоростные поезда (со скоростью движения свыше 200 км/ч), при лучших экономических показателях, обеспечивают более высокий уровень комфорта и безопасности и оказывают меньшее негативное воздействие на окружающую среду. Кроме того, поезда высокоскоростных магистралей (ВСМ) прибывают на вокзалы, как правило, расположенные в районах городских центров.

Основные критерии, учитываемые при создании ВСМ:

· безопасность;

· отсутствие зависимости от метеоусловий;

· снижение воздействия на окружающую среду;

· гибкость цен;

· услуги в пути;

· эмоциональный и физиологический комфорт;

· логистика и бронирование мест;

· общее время в пути.

Основные технические параметры высокоскоростных магистралей.

В Российской Федерации в настоящее время высокоскоростное движение организовано на существующих линиях, которые были модернизированы для развития скорости до 250 км/ч. С появлением выделенных высокоскоростных магистралей появится возможность развивать скорость свыше 400 км/ч. В планах — создание сети высокоскоростных магистралей, которая свяжет между собой крупные города, а также выйдет за пределы страны, организуя международные высокоскоростные пассажирские транспортные коридоры.

Земляное полотно, план и продольный профиль пути.

Хозяйством пути и сооружений много внимания уделяется оздоровлению земляного полотна, отмене предупреждений, снижающих скорости движения, сокращению протяженности пути с деформациями земляного полотна, которые сейчас составляют до 7% сети. Это приобретает все более важное значение, поскольку требования к состоянию железнодорожного пути и земляного полотна существенно повышаются в связи с ростом нагрузок и скоростей движения поездов.
Содержание пути крайне осложнится, если не усиливать его конструкцию. Другой важный фактор – значительное повышение скоростей движения: для пассажирских при скоростном движении до 200-250 км/ч, при высокоскоростном – до 350 км/ч.
Для скоростного подвижного состава нужны кривые радиусами 3-5 км, ровность пути после шлифовки до 0,2 мм/м, упругие осадки пути не должны быть более 2 мм. В связи с этим необходимо проводить подготовку пути – усиление жесткости основания верхнего строения, то есть подбалластной зоны.
Сеть высокоскоростных магистралей стремительно растет, охватывая Италию, Испанию, Англию, Бенилюкс, Скандинавские страны. Скоростная магистраль из Финляндии достигла станции Выборг в России. Следует отметить, что верхнее строение пути на европейских ВСМ укладывают на два слоя: песчано-гравийный и щебеночный. Каждый слой разравнивают с точностью до сантиметра. Затем уплотняют виброкатками для придания необходимой прочности. После укладки рельсошпальной решетки и добавления щебня пропускают динамический стабилизатор. Такая технология обеспечивает долговременную стабильность балластной призмы, способствует уменьшению упругих деформаций и достижению ровности пути. При необходимости улучшают свойства и состояний грунтов обработкой цементом, известью, введением в конструкцию защитных слоев пенопласта, железобетонных плит, асфальтобетона. На итальянских железных дорогах в технологических процессах предусматривается полив битумом основной площадки перед укладкой нового щебеночного материала.

Надежность верхнего строения обеспечивается, в первую очередь, стабильностью подбалластной зоны. Как показали испытания во ВНИИЖТе, существенное влияние на упругую осадку пути оказывает грунтовая среда. С увеличением жесткости подбалластной зоны существенно уменьшаются вертикальные перемещения (упругие осадки). Повышение жесткости достигается прежде всего использованием для насыпей песчаных грунтов или наличием в верхней части насыпей защитных слоев из песчаных и песчано-гравийных смесей. Такой способ эффективен для строящихся линий ВСМ. При этом в выемках необходима вырезка глинистых грунтов в подбалластной зоне и замена на песчаные, песчано-гравийные.

На эксплуатируемых и реконструируемых под высокие скорости и нагрузки линиях использование защитных слоев, тем более большой толщины (до 1 м и более), затруднительно, особенно при выполнении работы в «окно». Поэтому все большее распространение получают методы усиления основной площадки подбалластной зоны синтетическими материалами. Возможно применение также минеральных, органических или химических реагентов.

Существовал опыт применения битумосинтетическое покрытие и асфальтобетонное покрытие. Наблюдения показали, что такое усиление подбалластной зоны наряду с функцией разделительного слоя обеспечивает армирование, гидроизоляцию, исключающую избыточное увлажнение грунта с сохранением его высокой прочности, и соответственно регулирование величины упругих осадок пути.

Продольный профиль и план высокоскоростных магистралей.

(Общие средние показатели)

· Радиусы кривых 4000-6000 м и более.

· Максимальный уклон продольного профиля ВСМ на разных железных дорогах различается в зависимости от топографических условий местности и составляет от 12—15 %о до 21 %^*

· Радиусы вертикальных кривых на переломах профиля составляют 25— 40 км.

· Длина переходных кривых достигает 300 м при уклоне прямолинейного отвода возвышения наружного рельса в пределах 0,0005— 0,0006, наибольшая величина возвышения наружного рельса 150—180 мм, длина прямых вставок между кривыми составляет 200—300 м.

*Нормами проектирования ВСМ наибольший уклон продольного профиля пути установлен в размере 24 %, а в особо трудных условиях при соответствующем технико-экономическом обосновании он может быть увеличен до 35 % (такой уклон может потребоваться лишь при пересечении трассой значительных высотных препятствий).

Искусственные сооружения и верхние строения пути.

При проектировании новой линии ВСМ следует отталкиваться от расчётов, которые утвердил научно-технический совет ОАО «РЖД».

На ВСМ от Москвы до Казани, протяженностью 770 км будет построено 795 искусственных сооружений, в их числе: три уникальных моста через Волгу, Оку и Суру, 50 больших мостов общей протяжённостью 31 км; 78 средних мостов; 49 эстакад общей протяжённостью 77 км; 33 железнодорожных путепровода и 128 автодорожных; 454 водопропускных трубопровода.

Электрификация.

Необходима модернизация тяговых подстанций с заменой оборудования. Для повышения напряжения в контактной сети устанавливаются вольтодобавочные устройства, заменяются выпрямители в комплекте с тяговыми трансформаторами.

Для обеспечения высокой выходной мощности поезд должен иметь очень мощный первичный источник энергии. Этим и объясняется, что практически все высокоскоростные поезда (лишь за редким исключением) относятся к электроподвижному составу (электровозы, электропоезда).

Контактная сеть является, по сути, единственным элементом системы тягового электроснабжения, не имеющим резерва. Именно поэтому особое внимание уделяется конструкциям и узлам контактной подвески, чтобы обеспечить надежную эксплуатацию в течение всего срока службы при различных климатических условиях и режимах эксплуатации. Для высокоскоростного и скоростного сообщения компанией «Сименс» были разработаны три типа контактных подвесок, которые уже нашли свое применение и хорошо зарекомендовали себя на европейском железнодорожном полигоне. Это Sicat HA (Siemens catenary high speed AC – контактная сеть Siemens для высокоскоростного сообщения по системе электроснабжения переменным током) для скорости движения до 400 км/ч, Sicat SA (Siemens catenary standard AC – стандартная контактная сеть Siemens по системе электроснабжения переменным током) и Sicat SX (Siemens catenary standard X – стандартная контактная сеть Siemens по системе электроснабжения переменным током с увеличенными пролетами) для скорости движения до 230 км/ч.

Их убедительными преимуществами являются высшая степень эксплуатационной надежности, низкий уровень расходов на эксплуатацию и длительный срок службы.

При равном потреблении электроэнергии и равном расстоянии объем пассажирских перевозок на ВСМ более чем в 10 раз превышает аналогичный показатель для авиа- и автомобильного транспорта.

СЦБ.

Практически все средства железнодорожной автоматики и телемеханики, введенные до 1990 года, по своему качественному уровню не удовлетворяют современным требованиям комплексной автоматизации перевозочного процесса, сдерживают внедрение новых информационных технологий, несовместимы с системами верхнего уровня автоматизации и информатизации перевозочного процесса.

Одним из первых шагов к интероперабельности отечественных систем автоматики есть внедрение микропроцессорных систем, которые легче интегрируются или стыкуются с другими, чем релейные. Кроме того, существуют еще причины, по которым необходимо внедрять микропроцессорные централизации на станциях железных дорог России. Первая причина заключается в том, что огромное число релейных систем ЭЦ, построенных в прошлом столетии, работают уже очень долго. И поэтому необходимо достичь того, чтобы темпы внедрения новых систем опережали темпы старения аппаратуры.

Экономическая интеграция европейских стран содействует развитию международных железнодорожных перевозок. Однако для беспрепятственного пересечения поездом государственных границ требуется параллельное оснащение локомотива несколькими системами АЛС. Из-за обилия новых систем обеспечения безопасности движения поездов и стремительного развития электроники положение на железнодорожном транспорте становится сложнее.

Для снижения затрат на различные системы локомотивной сигнализации и повышения скорости движения поездов в международном сообщении было выдвинуто предложение о создании единого стандарта на развитие систем АЛСН в Европе. Проект создания европейской системы управления перевозочным процессом на железных дорогах (ERTMS) инициирован в 1995 г. Европейской комиссией. Основой проекта является система управления и обеспечения безопасности движения поездов ERTMS/ETCS (ERTMS- European Rail Traffic Management System - Европейская система управления движением поездов; ETCS - European Train Control System - Европейская система контроля за следованием поездов).

Скорость движения поездов, пропускная способность участков дорог и другие параметры, определяющие эффективность железнодорожного транспорта, в значительной степени зависят от применяемых технических средств управления и обеспечения безопасности движения. Использование современных технических средств на железнодорожном транспорте особенно актуально из-за жесткой конкуренции с другими видами транспорта.

Предполагается, что система ITARUS-ATC по реализуемым функциям будет максимально соответствовать системе ERTMS второго уровня, но технически исполнена иначе. В системе ERTMS второго уровня местонахождение поезда определяется по показаниям одометра и корректируется от путевых приемопередатчиков Eurobalise. Для обеспечения необходимой точности требуется устанавливать два-три приемопередатчика на каждый километр перегона или приемо-отправочный путь станции, что приводит к значительным капитальным затратам и эксплуатационным расходам.

При формировании концепции ITARUS-ATC российские специалисты предложили для определения местонахождения поезда вместо приемопередатчика Eurobalise использовать спутниковые навигационные системы ГЛОНАСС/GPS, которые в аппаратуре КЛУБ-У успешно применяются на российских железных дорогах в течение 10 лет.

ITARUS-ATC предполагает следующую классификацию:

· линии с низкой интенсивностью поездов (в России малодеятельные участки менее 8 пар поездов в сутки), LTL;

· линии со средней интенсивностью движения (интенсивное движение более 24 пар поездов в сутки на однопутных участках и более 50 пар поездов на двухпутных участках), MTL;

· линии с особо интенсивным движением (более 48 пар поездов на однопутных участках и более 100 на двухпутных), HTL;

· линии высокоскоростного движения (скоростное движение выше 140 км/ч), HSL.

Техническая оснащенность железнодорожных линий в соответствии с концепцией ITARUS-ATC должна однозначно определяться их категорией. Подобно системе ERTMS второго уровня на участках железных дорог, оборудованных ITARUS-ATC, сохраняются существующие технические средства автоматики и телемеханики. Центр RBC через соответствующие устройства собирает информацию от средств автоматики и телемеханики и на ее основе осуществляет построение поездной модели участка обслуживания. На основании этой модели формируются и через канал GSM-R передаются на локомотивы сообщения о показании впередистоящего светофора, местах ограничений скорости и другая информация, необходимая для управления движением поездов и обеспечения безопасности. На локомотивах устанавливают российские локомотивные устройства безопасности, специально адаптированные для работы в составе ITARUS-ATC. Для взаимодействия КЛУБ-У с радиомодемом GSM-R используют специальный блок AIRBS. Стандарт GSM-R разработан специально для решения задач управления движением поездов. Он полностью основан на стандарте GSM сетей общего пользования.

Модельный ряд стрелочных переводов для скоростей движения по основному направлению 250 км/ч включает в себя стрелочные переводы и съезды с непрерывной поверхностью катания для скоростей движения 250 км/ч по основному пути. Первыми из разработанных конструкций являются стрелочные переводы марки 1/11 – проект 2956 и съезд на его основе – проект 2968. Рабочие и контрольные тяги на стрелке, а также внешние замыкатели, размещаются в специальных полых металлических брусьях. На стрелке и крестовине размещены противоугонные устройства, обеспечивающие согласованную работу элементов и препятствующие их угону. Вариант стрелочного перевода с четырьмя приводами имеет значительно более простые механизмы, что существенно облегчит его обслуживание в эксплуатации.

Станции, примыкания и пересечения.

Поскольку основная цель высокоскоростной магистрали - обеспечить минимальное время поездки, трассу ВСМ стремятся проложить по кратчайшему направлению между конечными пунктами. Поэтому новая высокоскоростная магистраль может не заходить даже в достаточно крупные промежуточные населенные пункты, если это вызывает ощутимое удлинение трассы. Наряду с этим при проектировании ВСМ, как правило, ставится задача обеспечить связь новой магистрали с существующей железнодорожной сетью для возможности доставки пассажиров, пользующихся ВСМ, в наиболее крупные центры, расположенные между конечными пунктами магистрали. Для этого на ВСМ необходимо предусмотреть станции, которые могут иметь связь с соответствующими станциями существующих железных дорог.

Кроме того, на трассе ВСМ необходимо через 50—80 км располагать станции для базирования подразделений по ремонту и текущему содержанию пути и контактной сети. Эти станции должны через соединительные ветви иметь выход на существующие линии, по которым будет доставляться ремонтная техника на высокоскоростную магистраль.

Указанные требования определили принцип трассирования высокоскоростных магистралей, при котором, наряду с укладкой трассы по кратчайшему направлению, предусматривается через определенные расстояния пересечения ВСМ с существующими железными дорогами или приближение к ним для возможного сооружения соединительных ветвей.

В проекте высокоскоростной магистрали Центр — Юг от Москвы в направлении Крыма и Кавказа трасса ВСМ проложена по спрямленному направлению для сокращения времени следования пассажиров из Москвы в конечные пункты (Симферополь, Минеральные Воды, Сочи). Поэтому в отличие от существующей железной дороги, следующей из Москвы на юг, не предусмотрен заход высокоскоростной магистрали в такие крупные центры как Тула, Орел, Курск, Белгород. Для связи указанных городов с высокоскоростной магистралью в местах пересечения ее с существующими железными дорогами предусмотрены станции, от которых высокоскоростные поезда могут выйти по соединительным ветвям на существующие дороги.