Строительство вторых путей на однопутных линиях

Наибольшее увеличение пропускной способности однопутной линии можно получить постройкой дополнительных путей на перегонах. В современных условиях, когда технический прогресс открывает большие возможности в автоматизации управления не только отдельными

устройствами и объектами, но и процессами регулирования движения поездов на участках и направлениях, сплошной второй главный путь на однопутных линиях в нормальных условиях развития нецелесообразен. Капитальные вложения на его устройство значительны, а получаемое при этом трехкратное и даже большее увеличение пропускной способности, как правило, в начале его эксплуатации не вызывается потребностями в перевозках и потому чаще всего экономически неоправданно. Более обосновано поэтапное строительство вторых путей. Лишь когда темп роста объема перевозок велик, частичная укладка вторых путей может быть нерациональна.

Вторые пути можно размещать на линии различными способами: поперегонно, двухпутными вставками для безостановочных скрещений одиночных поездов, пакетов поездов и блок-поездов, а также различными комбинациями последовательного осуществления этих способов. Наиболее известен способ, практически реализованный на ряде дорог (Казахской, Южно-Уральской и Прибалтийской), – сооружение двухпутных вставок для безостановочных скрещений поездов. При этом условия организации движения приближаются к двухпутным линиям, так как поезда для скрещений не останавливаются, а капитальные затраты на сооружение второго пути по сравнению со сплошной укладкой сокращаются примерно в два раза.

Технико-экономическое обоснование параметров линий с двухпутными вставками состоит в следующем. Устройство двухпутных вставок в различных условиях эксплуатации и развития однопутных линий предусматривает решение двух основных вопросов: определение длины каждой вставки l _в и среднего расстояния между их осями l _ц при выполнении требований по расположению их в плане и профиле. Длина двухпутной вставки, обеспечивающей безостановочное скрещение двух поездов, определяется исходя из их движения без снижения установленной скорости. Средняя длина вставки при скрещении одиночных поездов в общем случае может быть представлена зависимостью .

Среднее расстояние между вставками при стабильном грузопотоке определяется необходимым уровнем пропускной способности n _в:

.

При растущем грузопотоке расстояние между вставками и определяемая им наличная пропускная способность линии должны соответствовать сроку эксплуатации линии с момента сооружения вставок до перехода к сплошному второму пути tв. В этом случае l _ц определится из условия

, (33.10)

где соответственно годовой грузопоток и суточные размеры пассажирского движения на линии в год ввода вставок в эксплуатацию; среднегодовой темп роста соответственно грузопотока и суточного числа пассажирских поездов; – коэффициент съема грузовых поездов пассажирскими на линии с двухпутными вставками.

Заменяя в формуле (33.10)

и на ,

после преобразований получим в зависимости от потребной пропускной способности и срока эксплуатации линии с двухпутными вставками

(33.11)

где потребная пропускная способность линии с двухпутными вставками в начальный момент в парах поездов параллельного графика; годовой прирост потребной пропускной способности линии с двухпутными вставками в парах поездов в сутки за год; срок окончания эксплуатации двухпутных вставок, лет.

Оптимальный срок эксплуатации линии от сооружения вставок до сплошного второго пути устанавливается технико-экономическим расчетом по минимуму затрат:

(33.12)

где приведенные суммарные затраты, связанные с сооружением вторых путей на линии в два этапа (сооружение вставок на первом и сплошного второго пути на втором), а также с осуществлением перевозок за весь период с момента ввода в эксплуатацию вставок до конечного расчетного срока t _к руб.; капитальные вложения, зависящие от l _ц, руб.; капитальные вложения на этапе переустройства вставок в сплошной второй путь; годовые эксплуатационные затраты, связанные с осуществлением перевозок и содержанием путей, руб.

Как видно из диаграммы (рис. 33.6), наличная пропускная способность при сооружении вставок Г _вуменьшается или увеличивается в зависимости от расстояния между вставками (частоты их рас­положения на линии) l _ц. Если расстояния эти большие, капитальные вложения уменьшаются, но быстрее наступает срок устройства сплошного второго пути. При уменьшении l _ц увеличиваются первоначальные затраты, но на больший срок отдаляются капитальные вложения на сооружение сплошного второго пути. Задача состоит в том, чтобы выбрать оптимальную величину и соответствующий ей срок ,на что, помимо поэтапных капитальных вложений, влияют затраты на перевозки на вставках и на втором пути. Чтобы оптимизировать параметры линии с двухпутными вставками, раскроем зависимости от них групп затрат в формуле (33.12). Отнесенные на 1 км линии капитальные затраты на сооружение вставок и вторых путей составят:

;

,

где стоимость сооружения 1 км соответственно двухпутных вставок и второго пути, руб.

Рисунок 33.6 – Диаграмма овладения грузопотоком при сооружении двухпутных вставок и сплошного второго пути

В годовых перевозочных затратах и эксплуатационных расходах учитываются лишь те, которые различны на вставках и вторых путях: связанные с остановками поездов для скрещений и обгонов и содержанием двухпутных вставок и дополнительных вторых главных путей на перегонах. Затраты, связанные с остановками на линии со вставками и на двухпутной линии, несколько отличны друг от друга, но разница эта незначительна. Поэтому их можно не принимать во внимание. Тогда сопоставимые эксплуатационные расходы на содержание двухпутных вставок и второго пути в расчете на 1 км линии определяются по формулам:

и

,

где стоимость содержания 1 км двухпутных вставок и второго пути, руб.

Общие же затраты в функции l _ци t _в

.

Заменяя l _цвыражением (33.11), получим зависимость затрат от одной переменной t _в:

Минимальное значение найдем из условия

В результате чего после преобразований получим

.

Трансцендентное уравнение (33.13) решим графически (рис. 33.7). Кривая 1 представляет значения левой части уравнения в функции , а прямая 2 – правой части. Оптимальный срок в этом примере 12 – 13 лет. Как видно из уравнения (33.13) и рис. 33.7, оптимальный срок эксплуатации линии с двухпутными вставками для безостановочных скрещений поездов зависит от потребной пропускной способности в начальный момент и темпа ее роста . Причем большее влияние оказывает . Расчеты показывают, что оптимальный срок в зависимости от нее 7–15 лет. При средней массе поездов 3 – 5 тыс. т и темпах роста грузопотока 0,5 – 1,5 млн. т нетто в год в одном направлении сооружение двухпутных вставок всегда эффективнее сплошного второго пути. При больших темпах роста грузопотока оптимальный срок эксплуатации вставок 5 – 7 лет. В таких условиях поэтапное сооружение дополнительных путей можно рассматривать лишь при строительстве сплошного второго пути, но не в качестве отдельных мероприятий для усиления пропускной способности линий. Вторые пути на однопутных линиях можно размещать следующими способами:

вставками для безостановочных скрещений одиночных поездов, достраиваемыми в последующем (на втором этапе) в сплошной второй путь;

то же, пакетов поездов (по два) или блок-поездов;

поперегонно, начиная с ограничивающего и включая наиболее трудные, т.е. постепенно переходя от однопутной линии к двухпутной.

Рисунок 33.7 – Графическое решение уравнения (33.13)

Возможны модификации этих способов и сочетания их в различных вариантах. Например, вставки, сооружаемые на первом этапе, можно не сразу переустраивать в сплошной второй путь, а предварительно дополнять либо такими же вставками в однопутных промежутках между первыми, либо удлинять для скрещения пакетов поездов. Укладка вторых путей на отдельных перегонах, начиная с ограничивающего, увеличивает пропускную способность лишь при значительной неидентичности перегонов. В этом случае пропускную способность лимитируют перегоны, которые остаются однопутными. Заметно увеличивается пропускная способность, но не более чем на 20%, при сооружении вторых путей на первых перегонах, длина которых составляет 15 – 20% протяженности участка. При дальнейшей укладке вторых путей рост пропускной способности чаще всего резко замедляется и лишь при степени двухпутности линии 80 – 85% существенно ускоряется. Поэтому частичная укладка вторых путей на отдельных перегонах целесообразна, как правило, когда требуется сравнительно небольшое увеличение пропускной способности загруженной однопутной линии, а темп роста грузопотоку невелик.

Двухпутные вставки для безостановочных скрещений одиночных поездов имеют существенные эксплуатационные недостатки: трудности содержания стрелочных переводов на перегонах, жесткие требования к выполнению графика движения на каждом перегоне, значительный съем грузовых поездов пассажирскими и др. Некоторые из этих недостатков устраняются сооружением вставок такой протяженности, которая позволяет осуществлять безостановочные скрещения пакетов поездов. Длина каждой такой вставки

где средняя длина вставки, обеспечивающей безостановочное скрещение двух одиночных поездов, км; I – интервал между поездами в пакете, мин.

При межпоездном интервале 6 – 7 мин и средних ходовых скоростях движения 50 – 60 км/ч средняя длина вставки составит 12 – 15 км. Это соответствует оптимальному среднему расстоянию между раздельными пунктами на однопутных линиях. Таким образом, размещение вставок для пакетного движения хорошо сочетается с поперегонной укладкой вторых главных путей. При этом создаются возможности для организации движения поездов с безостановочными скрещениями и устраняются недостатки, присущие вставкам, размещаемым на перегонах. Если учесть к тому же, что удлиненные вставки более устойчиво обеспечивают безостановочные скрещения поездов при внутрисуточной неравномерности размеров движения, а также из-за стохастической природы движения поездов, то станет очевидной их технико-экономическая эффективность по сравнению со вставками обычной длины. Сравнительная эффективность двухпутных вставок обычной длины (для скрещения одиночных поездов) и удлиненных (для пакетов) устанавливается по степени двухпутности линии в вариантах

(33.14)

где среднее расстояние между центрами двухпутных вставок, обеспечивающих безостановочное скрещение пакетов поездов, км.

Расстояния между вставками и устанавливаются по потребной пропускной способности линии n _п:

и

Заменяя в условии (33.14) длины вставок и расстояния между ними этими выражениями, получим развернутое условие для сравнения рассматриваемых вариантов,

, (33.15)

каждая часть которого определяет степень двухпутности линии вариантах при обеспечении одного и того же уровня пропускной способности. Преобразуя условие (33.15), получим

.

Последнее выражение показывает, что при средних ходовых скоростях грузовых поездов 50 – 60 км/ч двухпутные вставки, обеспечивающие скрещение пакетов, снижают суммарную протяженность вторых путей по сравнению со вставками для безостановочных скрещений одиночных поездов при интервалах 5 мин и менее. Такие интервалы на перегонах при современной технике управления движением и локомотивами вполне реальны.

Более точно следует сравнивать способы размещения вставок вторых путей на стадии проектных разработок в конкретных условиях или на основе тщательного анализа технико-экономических показателей скрещений поездов в различных вариантах. Расчеты показывают, что более чем двухэтапное переустройство однопутных линий в двухпутные эффективно в крайне редких случаях. Например, трехэтапное переустройство имеет незначительную сферу выгодности, определяемую малыми темпами роста грузопотока. Учитывая фактическую загрузку современного полигона однопутных линий, часто превышающую рациональный уровень, рассматривать варианты трехэтапного устройства вторых путей не имеет смысла.

Двухпутные вставки для безостановочных скрещений блок-поездов будут рассмотрены при оценке комплексных мероприятий по увеличению массы и числа поездов.