Давнее "табу" на совмещение кривых пора преодолеть

Участие в разработке нормативных документов (Специальных технических условий) для проектирования высокоскоростных магистралей Москва – Казань – Екатеринбург (ВСМ 2) и Москва – Ростов-на-Дону – Адлер (ВСМ Центр – Юг), а затем и в экспертизе проектных решений пилотного участка ВСМ Москва – Владимир привело к появлению вопроса, почему  в нормативных документах содержится требование о недопустимости совпадения вертикальных кривых с переходными кривыми в плане при проектировании трассы железнодорожных линий.

Если скорость движения не превышает 100 км/ч, длины вертикальных кривых и переходных кривых в плане редко превышают 150–200 м. В этом случае требование об их несовпадении не приводит к большим сложностям при проектировании.

Однако с повышением скорости, особенно свыше 200 км/ч, значения длин кривых существенно увеличиваются и приближаются к километровым величинам, что создает существенные трудности при прокладке трассы и приводит к значительному увеличению объемов земляных работ и искусственных сооружений (в основном, эстакад). 

Проектируя продольный профиль ВСМ 2, смежные элементы профиля при алгебраической разности уклонов ∆i, равной или превышающей 0,5 ‰, сопрягают круговой кривой в вертикальной плоскости радиусом (в формуле max в индексе прямым)

                                                   (1)

где v_{вс  max} – максимальная скорость высокоскоростного поезда в данной кривой, км/ч;

a_в – наибольшая допускаемая величина вертикального ускорения в данной кривой, равная согласно СТУ «Проектирование участка Москва – Казань высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва – Екатеринбург со скоростями движения до 400 км/ч» [1]: на выпуклых переломах профиля 0,3 м/с²; на вогнутых – 0,4 м/с².

Согласно требованию СТУ эта вертикальная кривая не должна совмещаться (совпадать) с переходной кривой в плане. Однако соблюдение указанного требования приводит к необходимости размещать переломы профиля реже, что увеличивает значения длин элементов продольного профиля и, как следствие, объемы строительных работ.

Другой способ обеспечить требования СТУ – уменьшить длину вертикальной кривой К_в, которая прямо пропорциональна ее радиусу R_в и принятой величине ∆i. Уменьшать R_в крайне нежелательно, так как согласно (1) это приведет к ограничению максимально допустимой скорости поезда на рассматриваемом участке пути, поскольку она зависит от радиусов кривых в плане. Следовательно, другой «рычаг» воздействия на длину вертикальной кривой, имеющийся в распоряжении проектировщика, – варьировать величиной ∆i. В результате уменьшения ∆i нередко можно добиться существенного укорочения вертикальной кривой, обеспечив соблюдение требования СТУ. Однако возможность уменьшения величины ∆i обеспечивается снижением абсолютных значений уклонов сопрягаемых элементов продольного профиля, что приводит к увеличению объемов работ.

В проекте строительства ВСМ 2 на участке от Москвы (км 23-й) до Владимира (км 195-й), разработанном ОАО «Мосгипротранс», переломы продольного профиля размещали сравнительно редко, что послужило причиной завышенных значений длины элементов профиля, а величину ∆i часто уменьшали, что приводило к недоиспользованию максимально возможного для данной линии уклона i_max=24 ‰. Нам представляется, что это привело к существенному увеличению объемов и стоимости строительных работ, прежде всего в пределах протяженных эстакад и на подходах к ним.

Отмеченные положения позволяют говорить о возможности достижения значительного экономического эффекта, если разрешить совмещение вертикальных кривых с переходными кривыми в плане. Давнее «табу» на такое совмещение связано главным образом с тем, что путейцы не могли точно отследить пространственное положение оси пути на участке совпадения вертикальной и переходной кривой в плане линии. Это осложняло работы по выправке пути в процессе эксплуатации железной дороги. Однако сегодня задача непрерывного описания геометрии рельсовой колеи практически решена: современной измерительной техникой оборудованы путеизмерительные вагоны, путевые машины, строительная техника.

Между тем возможность решения поставленной задачи связана не только с техническими ограничениями. До сих пор не разработано строгое техническое обоснование, согласно которому были бы установлены численные критерии и ограничения возможности или недопустимости совмещения вертикальной и переходной кривых.

Рис. 1. Взаиморасположение в трёхмерном пространстве вертикальной кривой с переходной и круговой кривыми в плане