Технологическая характеристика карьерных дорог

На карьерах различают дороги общего типа (хозяйственные) и карьерные дороги (производственные) для перевозки вскрышных пород и полезного ископаемого. По сроку службы карьерные дороги подразделяют на постоянные (срок службы не мене 1 – 2 лет) и временные. Все они обычно двухполосые с обеспечением встречного движения машин, иногда, при кольцевом движении, однополосые.

Технологические качества автодорог характеризуются: расчетной скоростью движения – скоростью, на которую рассчитываются элементы трассы и конструкции дорожных сооружений; расчетной массой и габаритами подвижного состава, пропускаемого дорожными одеждами и сооружениями; проезжаемостью, определяемой возможностью движения подвижного состава с заданной скоростью в разные периоды года; грузонапряженностью – количеством груза (в тоннах), перевозимого по участку дороги в единицу времени; интенсивностью движения –количеством транспортных средств, проходящих через данное сечение дороги в единицу времени; транспортной работой –произведением массы перевозимого груза на дальность перевозок.

В соответствии с показателем грузонапряженности или интенсивностью движения устанавливается техническая категория дороги. Временные дороги относятся к третьей категории.

Техническая классификация карьерных постоянных дорог

Категория дороги .................................. І ІІ ІІІ

Грузонапряженность, млн. т, брутто в год Более 25 От 25 до 3 Менее 3

Расчетная скорость движения на прямых

участках , км/ ч ......................................... 50 40 30

То же, на поворотах, серпантинах и

перекрестках, км/ч ...................................... 30 25 20

Расчетные скорости движения на карьерных автодорогах (15 – 50 км/ч) намного меньше, чем на дорогах общего пользования (60 – 100 км/ч). В то же время полная масса карьерных автомобилей достигает 100 т и более, а ширина и высота – 4 м, грузонапряженность измеряется десятками миллионов тонн в год.

В плане трасса дороги, обеспечивающей скорость движения не менее расчетной для принятой категории, состоит из отрезков прямых соединенных кривыми. Различают следующие элементы кривой (рис. 27.2):

тангенс (м)

Т = АД = ДС = R tg(a/2); (27.1)

биссектриса

ВД = R [sec (a/2) – 1]; (27.2)

минимальный радиус закругления (м)

R min = ²/[127( ск iп)]. (27.3) где - скорость движения, км/ч; ск – коэффициент бокового скольжения (сцепления) колес ( ск = 0.16 для влажного покрытия); iп – поперечный уклон проезжей части дороги, % (iп = 0 – 6 %).

Так как наличие кривых ухудшают условия движения (уменьшается скорость, устойчивость, видимость и т. п.), необходимо по возможности избегать их или принимать наибольшие радиусы кривых.

Рисунок 27.2 Элементы закругления трассы автодороги а и R – угол и радиус поворота

Значение радиусов горизонтальных кривых автодорог приведены ниже

Расчетная скорость движения, км/ч ................................................. 50 40 30 15 – 20

Максимально допустимый радиус

горизонтальной кривой, м ................................................................ 100 60 30 15

Наименьший рекомендуемый радиус горизонтальной кривой, м 200 100 60 30

Для плавного перехода машин с прямого участка постоянной дороги на кривую устраиваются переходные кривые длиной 20 – 50 м. На временных дрогах переходные кривые не устраивают.

Трассу дорог на крутых косогорах (нагорные карьеры) для создания допустимых уклонов развивают в плане в виде зигзагов, вокруг углов которые описывают снаружи дорожные закругления, называемые серпантинами (рис. 27.3)

Длина серпантины (м)

Lc = 2π R1 β/90 + π R2 α/90 + 2m, (27.4) где R1 и R2 – радиусы соответственно сопрягаемых кривых и основной кривой серпантины, м; α и β – углы поворота соответственно основной и сопрягающих кривых, градус; m – длина горизонтальных вставок серпантины, м.

Пересечение и примыкание автодорог для обеспечения видимости в обе стороны необходимо выполнять под углом, близким к 90°. При этом боковая видимость пересекаемой дороги должна быть не менее 50 м, а в стесненных условиях – не менее 20 м. При пересечении на одном уровне автомобильной и железной дороги расстояние видимости железнодорожного пути (с автодороги в 50 м от переезда ) должно быть не

менее 400 м.

Рисунок 27.3 Серпантина и ее элементы:

А, Б, С, D , Е, F – точки примыкания окружностей к прямым участкам серпантины

Продольный профиль дороги, являющийся вертикальным разрезом по оси трассы, должен обеспечивать плавность движения с расчетной скоростью. Для этого переломы профиля сопрягают вертикальными кривыми длиной не менее 10 м. Минимальные радиусы выпуклых кривых должны обеспечивать расчетное расстояние видимости, а вогнутых кривых – максимально допустимую нагрузку рессор под действием центробежных сил.

Значение радиусов вертикальных кривых и расчетные расстояния видимости автодорог

Расчетная скорость движения, км/ч .................................................... 50 40 30 20

Минимальный радиус вертикальных кривых, м:

выпуклой ........................................................................................... 700 500 300 200

вогнутой ............................................................................................. 300 200 100 50

Расчетное расстояние видимости, м:

поверхности дороги ........................................................................ 60 50 40 30

автомобилей ..................................................................................... 125 100 80 60

Продольный уклон дорог устанавливают в результате технико-экономического анализа. При увеличении уклонов (до 7 – 8 % для тягачей с полуприцепами и 10 – 12 % для автосамосвалов) уменьшаются объемы горно-подготовительных работ и время рейса машин. В то же время увеличивается износ двигателей, трансмиссий и шин, возрастает длина тормозного пути, уменьшается скорость движения машин и провозная способность дороги.

По расчетам минимальные затраты на транспортирование достигаются при продольном уклоне дорог для автосамосвалов не более 10 %, а по условиям безопасности движения он должен быть еще ниже. Фактически на карьерах продольные уклоны постоянных дорог не превышают 7 – 8 %, иногда при одностороннем движении порожних машин они достигают 10 – 12 %. Уклон дорог для тягачей с полуприцепами и прицепами с одной ведущей осью не должен превышать 4 – 6 %, а для дизель-тролейвозов он может быть увеличен до 10, 12 и 14 % соответственно при одной, нескольких и всех ведущих осях машин.

По условиям безопасности движения необходимо предусматривать вставки с уклоном не более 2 % и длиной не менее 50 м через каждые 600 м длины затяжного уклона в траншеях. На кривых малых радиусов величина продольного уклона дороги уменьшается:

Радиус кривой, м ............................................................. 15 20 30 40 50

снижение максимального продольного уклона, % ...... 5 4 3 2 1

Проезжая часть дороги характеризуется шириной, типом и конструкцией дорожной одежды, очертанием поперечного профиля.

Ширина проезжей части дороги Шп.ч (рис. 27.4) зависит от ширины машин по скатам колес с (примерно равна ширине кузова а), ширины предохранительной полосы у между наружным колесом машины и кромкой проезжей части и безопасного зазора х между кузовами встречных машин

Шп.ч1 = а + 2у; (27.5)

при двухполосном движении

Шп.ч2 = 2(а + у) + х (27.6) где у = 1.5 м; х = 0.5 + 0.005 , м; - скорость движения машин км/ч.

Рисунок 27.4 Схема к определению ширины проезжей части автодороги при одно- и двухрядном движении

При повышенной интенсивности движения машин и соответственно категории дороги ширину ее проезжей части следует увеличивать, с тем чтобы избежать снижения скорости движения и повышенного износа покрытия (таблица 27.4). Полосу движения на кривой уширяют. Для современных короткобазовых карьерных автосамосвалов при двухполосном движении величина уширения составляет:

Радиус кривой, м ............................................. 15 20 30 50 100 250 500

уширение проезжей части, м ...................... 2.1 1.7 1.4 1.1 0.8 0.5 0.3

Ширина обочин дорог принимается 2 и 2.5 м соответственно для машин шириной до 2.75 м и более.

Таблица 27.1 Ширина двухполосных дорог

Грузоподъемность автосамосвалов, т	Ширина автодороги, м при расчетной скорости движения, км/ч
10.5 13.5	11.5 14.5	15.5

Типы дорожных покрытий различаются работоспособностью, сроком службы и ровностью (таблица 27.2). Работоспособность дорожного покрытия измеряется суммарной массой (в тоннах) подвижного состава (брутто), попускаемого по дороге с момента сдачи ее в эксплуатацию до возникновения потребности в ремонте или между двумя ремонтами. Срок службы покрытий (в годах) определяется частным отделения работоспособности покрытий на грузонапряженность дороги (брутто). Ровность покрытия может быть определена суммарной деформацией рессор машины на единицу длины пути (см/км).

Тип и состояние дорожного покрытия существенно влияют на основные технико-экономические показатели работы автомобилей (таблица 27.3). В тоже время с улучшением дорожного покрытия растут затраты на него (см. таблицу 27.2), составляющие 60 -90% общих затрат на строительство постоянных дорог. Выбор типа дорожного покрытия производится путем детального сравнения сроков окупаемости капитальных затрат и экономии эксплуатационных расходов с учетом объемов перевозок, срока службы дороги, типа подвижного состава, наличия местных строительных материалов. Ориентировочно могут быть приняты следующие типы покрытий в зависимости от общих объемов перевозок (илн. т/год)

Более 10 - цементобетонные и асфальтобетонные

2 – 10 – чернощебеночное и черногравийные

0.5 – 2 – щебеночное и гравийное

мене 0.5 - простейшие грунтовые улучшенные, а также покрытия из мелкораздробленных скальных вскрышных пород

Таблица 27.2 Основные показатели дорожных покрытий

Тип покрытия	Ровность покрытия (нового) см/км	Допустимая скорость по условиям ровности покрытия, км/ч	Ориентировочная работоспособность, млн. т (брутто)
До среднего ремонта	До капитального ремонта
Усовершенствованное капитальное: цементобетонное асфальтобетонное Усовершенствованное облегченное: чернощебеночное черногравийное Переходное: щебеночное и гравийное из укрепленного грунта с поверхностной обработкой	50 – 100 25 – 50     100 – 150 100 – 150   150 – 200   -	Более 100 Более 100     50 – 100 50 – 100   30 – 50   -	2.5   0.4 – 0.6   0.2 – 0.3	7.5   0.8 – 1.2   0.7 - 1

Таблица 27.3 Зависимость технико-экономических показателей эксплуатации машин от типа дорожных покрытий

Тип покрытия	Коэффициент Сопротивления качению	Относительные значения показателей (при i = 0)
Техни- ческая скорость	Расход горюче- смазочных материалов	Износ шин	Расходы на техни- ческое обслуживание и ремонт	Эксплуата- ционные расходы
Усовершенство- ванные Переходные Низшие	0.2 0.3 0.6	1.3 0.8	0.85 1.3	0.75 1.5	0.8 1.2	0.65 – 0.75 1.8 – 2.2

На постоянных карьерных дорогах применяются цементобетонные и щебеночные покрытия, а на временных – сборные железобетонные и покрытия из несцементированных щебеночных дресвяно-гравийных материалов. Асфальтобетонные покрытия целесообразно применять при движении машин грузоподъемностью до 7 – 10 т, так как при более тяжелых машинах образуются колеи, волны и покрытия быстро изнашиваются.

Очертание проезжей части прямых участков дорог в поперечном сечении – криволинейное или с прямолинейным двухскатным профилем, крутизна которого принимается от 2 % (для цементно- и асфальтобетонных покрытий) до 5 % (для гравийных покрытий серповидного профиля). Уклон обочин обычно на 2 % больше поперечного уклона покрытия.

На кривых малого радиуса для предотвращения бокового скольжения и опрокидывания автомобилей должны устраиваться виражи, имеющие односкатный поперечный профиль с уклоном 2 – 6 % к центру кривой. На прямых и кривых с центром в сторону обрыва – профиль односкатный с уклоном проезжей части к обочине 1 % в нагорную сторону.