КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ЛЕКЦИИ – В КОНЦЕ
ЛЕКЦИЯ 3
Искусственные сооружения
Искусственные сооружения железнодорожного транспорта — собирательное название сооружений, предназначенных для пересечения железной дорогой водных преград, других железных и автодорог, глубоких ущелий, горных хребтов, застроенных городских территорий, а также для обеспечения безопасного перехода людей через пути и устойчивости земляного полотна в сложных условиях.
Искусственные сооружения непосредственно обеспечивают непрерывность железнодорожного пути, поэтому к их надёжности и прочности предъявляются повышенные требования. Выход из строя или порча того или иного И.с. может привести к значительному уменьшению или полному прекращению движения. Также они должны быть простыми и дешевыми в эксплуатации.
Крупные искусственные сооружения железнодорожного транспорта строятся на основе индивидуальных проектов.
Искусственные сооружения по протяженности составляют в среднем менее 1,5% общей длины пути, однако доля их в стоимости железной дороги равна почти 10 %, поэтому их рассчитывают на длительный срок службы.
К искусственным сооружениям относятся:
► сооружения, предназначенные для пропуска воды
– мосты (в т. ч. виадуки, эстакады, путепроводы),
– водопропускные трубы,
– фильтрующие насыпи,
– лотки,
– дюкеры
устраивают на пересечениях железных дорог с пост, или периодическими водотоками (реками, ручьями, морскими заливами и т. д.).
►– тоннели,
– подпорные стенки,
– противообвальные (тоннельные) галереи,
– дамбы,
– трансбордеры (самостоятельно).
Наиболее сложными и распространёнными искусственными сооружениями являются мосты.
Постройка мостов через большие водные преграды требует значительных материальных затрат и выполняется только после тщательно проведённых изысканий. Наибольшее число мостов строят через малые реки.
Путь на мосту может быть расположен (рисунок 1)
– на верху пролетного строения (езда поверху),
– внизу (езда понизу),
– посередине пролетного строения, имеющего форму арки.
Малый мост
НО!
Мост состоит из:
– пролетных строений (4), перекрывающих требуемое пространство и являющихся основанием для пути. В зависимости от числа пролетов мосты бывают: однопролетными, двухпролетными, трехпролетными и так далее, а в зависимости от числа путей – однопутными и двухпутными (на двухпутных мостах пролетные строения часто бывают раздельными (ниже)).
– опор, поддерживающих пролетные строения в нужном положении.
Концевые опоры моста (2) – устои, одной своей стороной поддерживают конец пролетного строения, а другой – примыкающую к мосту насыпь, выполняя роль подпорной стены.
Промежуточные опоры – быки (3) – поддерживают концы двух смежных пролетных строений,
– участки земляного полотна, примыкающие с обеих сторон к мосту, называют подходами. Концевые части подходов оформляют в виде конусов (1).
Рисунок 2 – Схема моста
Длиной пролетного строения L называют расстояние между его торцами. Полная длина моста – расстояние между крайними гранями его устоев, соприкасающимися с земляным полотном.
По длине мосты подразделяют на:
· малые (полная длина до 25 м);
· средние (от 25 до 100 м);
· большие (от 100 до 500 м);
· внеклассные (более 500 м).
По роду материала различают
· Деревянные. В настоящее время применение деревянных мостов в виде исключения.
· Каменные. Важное преимущество каменных мостов – их долговечность, измеряемая иногда столетиями. Из-за большого собственного веса каменные мосты мало чувствительны к увеличению веса поездов и за многие десятилетия существования не исчерпали своей несущей способности. Однако большая трудоемкость строительства и ограниченность допускаемой длины пролетов (не более 60 м) послужили причиной тому, что в настоящее время каменные мосты не строятся.
· Металлические составляют около 70% суммарной длины всех мостов на железных дорогах. Они обладают малым весом, высокой прочностью, допускают широкое применение однотипных деталей и элементов. Срок службы металлических мостов 50–60 лет, а при усилении в процессе эксплуатации – 70–80 лет. Металлические мосты особенно экономичны при расчетных пролетах более 33 м.
· Железобетонные. Железобетонные мосты являются основным типом малых мостов. При большой длине нагрузка от собственного веса пролетного строения оказывается очень значительной, что осложняет строительно-монтажные работы и устройство фундаментов опор.
Определяет эту классификацию только материал пролетного строения. У металлических мостов, например, опоры могут быть каменные, бетонные и железобетонные.
Разновидностями мостов являются путепроводы, виадуки и эстакады ____________________________________________________________
Иногда мосты строят при пересечении дорогой глубоких оврагов, горных ущелий не для пропуска воды, а вместо насыпи. Строительство насыпи при этом невозможно или из-за большой высоты или оно обходится дороже моста. Такие мосты называются виадуками. Слово «виадук» происходит от французского viaduc, в латинском via – дорога и duco – веду.
ГРУСТЬ…
Начало строительства виадуков – 1840г. (виадук в Вол-Флери (Val-Fleury) возле г. Медон (Meudon) на линии Париж – Версаль); 1851 г. (в Саксонии на линии Лейпциг—Хоф четырехэтажный мост с 75 арками длиной 574 м и наибольшей высотой 78 м.); в Швейцарии высотой 122 м у города Фрибура (Fribourg), построенный по проекту А. Г. Эйфеля в апреле 1888 г. прошел испытания поездом весом 405 т.
Мощные виадуки в 19 веке строились из камня или кирпича.
Если есть необходимость при этом и пропуска водотока, (по трубе, лотку, каналу), то возводится акведук – мост который сооружают в местах пересечения водовода с оврагом, ущельем, рекой, дорогой и другими препятствиями.
Если расход воды, которая должна быть пропущена искусственными сооружениями, невелик, то мосты заменяют водопропускными трубами, укладываемыми в теле насыпи. На железных дорогах благодаря технико-экономических достоинствам трубы являются очень распространённым искусственным сооружением.
Продольный разрез трубы: 1 – входной оголовок, 2 – гидроизоляция, 3 – выходной оголовок, 4 – мощение, 5 – рисберма, 6 – фундамент,
7 – деформационный шов, 8 – звенья трубы
Рисунок – Водопропускная труба.
Земляное полотно при этом не прерывается, что удобно для эксплуатации.
Размеры водопропускных труб — отверстия и длина зависят соответственно от расчётного расхода воды и ширины насыпи по её подошве.
По материалу различают
• каменные,
• металлические,
• бетонные,
• железобетонные трубы. Весьма распространены сборные железо-бетонные трубы из отдельных звеньев длиной 1—6 м, разделенных деформационными швами; трубы требуют небольших затрат на устройство и содержание.
В зависимости от высоты насыпи и предполагаемого расхода воды трубы бывают одно-, двух- и в отдельных случаях трехочковые.
По форме поперечного сечения они могут быть круглыми, прямоугольными и сводчатыми.
С увеличением высоты насыпи возрастает длина трубы и ее стоимость. Поэтому в насыпях высотой 10 м и более часто экономически выгоднее сооружать железобетонный мост с малым пролетом.
Выбор между мостом и водопропускной трубой во всех случаях производится на основе технико-экономических сравнения вариантов.
В районах с суровыми климатические условиями от применения труб часто отказываются из-за опасности образования наледей, забивающих отверстие.
______________________________________________________________
Фильтрующие насыпи в отличие от обычных имеют каменную наброску, пропускающую воду.
Рисунок – Продольный разрез фильтрующих насыпей
Применение фильтрующих насыпей наиболее целесообразно:
– в районах с наличием местного камня из неразмываемых пород;
– в случаях необходимости выполнения строительных работ в зимнее время;
– на участках, где в последующем потребуется смягчение продольных уклонов дороги или введение более мощных подвижных единиц, требующих перестройки мостов и труб;
– в сейсмических районах.
Для фильтрующих насыпей следует предусматривать использование камней примерно одинакового размера, крупностью не менее 0,3 м, морозостойких, неразмягчаемых горных пород. В проектах необходимо учитывать, что заполнение пустот между камнями в теле фильтрующих насыпей камнями меньших размеров не допускается.
При необходимости следует предусматривать илоудерживающие устройства в виде вала из камня высотой не менее 0,4 м, охватывающие полукольцом на расстоянии около 2 м входное отверстие.
Наброска выполняется из габионов, которые также применяются для возведения подпорных стенок, укрепления насыпей автомобильных и железных дорог, речного и морского берегоукрепления, ландшафтных работ, стабилизации почвенной эрозии и консервации грунта. За счёт очень хороших гидравлических характеристик они применяются для берегоукрепления рек, в конструкции водосливных плотин и дамб.
Грамотно выбранные камни для габионов – залог надёжности конструкции. Итак, чем камни так принципиально отличаются друг от друга? По каким критериям их нужно выбирать?
1. Форма. Камни для габионов бывают округлыми, покатыми или прямоугольными, хотя бывают и рваной конфигурации. В зависимости от проекта камни подбираются одинаковыми по форме, строго округлые или прямоугольные.
2. Размер. Камни для габионных конструкций могут быть от 70 до 400 мм. Главный нюанс — между камнями обязательно должен оставаться промежуток. Нельзя забивать металлический ящик до отказа и наполнять образовавшиеся пустоты песком. Также следует помнить, что ячейки металлической сетки производятся разного размера, поэтому диаметр камня для габионов должен быть слегка больше, чтобы он не вываливался наружу.
3. Физико-химические характеристики. Камни должны быть прочными и морозостойкими. А если в габионах вы хотите использовать гранит, то нужно добавить сюда ещё одну характеристику – уровень радиоактивности, так как он является застывшей магмой. Желательно приобретать гранит от российских проверенных производителей.
4. Вид камня. Наиболее часто для габионов используют песчаник, кварцит, гранит, базальт. Специалисты при разработке проекта определяют требования к техпараметрам наполнителя и выбирают наиболее оптимальный вариант.
Дюкер представляет собой водопропускную трубу с колодцами по обоим концам соединённых трубами с горизонтальным напорным участком под земляным полотном железных дорог. С лужат для пропуска воды с одной стороны выемки на другую. Водоток по нему следует по принципу сообщающихся сосудов от входного колодца с более высоким уровнем воды к выходному с низким уровнем.
__________________________________________________________________
Лотки — небольшие водопропускные сооружения незамкнутого поперечного сечения, устроенные между шпалами железнодорожного пути. Они применяются при малых расходах воды в тех случаях, когда из-за небольшой высоты насыпи или при её отсутствии нельзя построить мост или водопропускную трубу, например на железнодорожных станциях.
____________________________________________________________
Тоннели принадлежат к числу наиболее ответственных искусственных сооружений. Тоннель представляет собой искусственное сооружение для прокладки пути под землей. Выбор делается на основе технико-экономических сравнения вариантов мостового и тоннельного переходов.
Транспортные тоннели по их месторасположению разделяют на горные, подводные и городские.
По назначению тоннели бывают железнодорожные, автодорожные, метрополитены, гидротехнические, коммунальные, горнопромышленные и другие. Иногда сооружают тоннели под руслом реки.
Продольный профиль пути в тоннеле должен иметь уклон в одну или обе стороны, как правило, не менее 3‰. Горизонтальные площадки длиной не более 300–400 м допускаются лишь как разделительные между двумя уклонами, направленными в разные стороны. Если необходимо расположить тоннель в кривой, радиус ее допускается не менее 600 м. Тоннели защищают от проникновения поверхностных и подземных вод водоотводами. Входы в тоннель укрепляют и оформляют в виде порталов. В тоннелях длиной более 1000 м при тепловозной тяге обязательно устройство искусственной вентиляции.
Тоннель
| 
Галерея
|
Особый вид горных сооружений галереи, напоминающие тоннель, но открытый сбоку и сверху.
Тоннели имеют обделку из железобетона или бетона, а в тяжелых гидрогеологических условиях – из металла.
В крепких, но выветривающихся трещиноватых скальных породах вместо несущей обделки разрешается применять облицовочную обделку, а в крепких невыветривающихся скальных породах, представляющих сплошной массив без трещин и прослоек, мягких или выветривающихся пород, допускается сооружение тоннелей без обделки и облицовки.
г
т
г+т
Необычный мост-тоннель объединяет Швецию и Данию
С недавних пор датский Копенгаген и шведский Мальмё соединяет уникальный в своём роде автомобильно-железнодорожный мост-тоннель.
Эресуннский мост-тоннель начали строить ещё в 1995 году, а завершили 14 августа 1999 года. Несмотря на то, что строительству помешала пара немаловажных проишествий — обнаружение на дне морском 18ти неразорвавшихся снарядов времён Второй мировой войны и перекос одного из сегментов тоннеля — мост был завершён на 3 месяца раньше, чем планировалось.
Появлению самого проекта такого необычного сооружения поспособствовало то, что Дания и Швеция входят в Шенгенскую зону и между ними отменён паспортный и упрощён таможенный контроль.
В 2008 году автомобильный проезд по мосту стоил 36,3 евро (260 датских или 325 шведских крон). За 2007 год мост пересекли почти 25 миллионов человек, из которых более 15 миллионов — на собственном автотранспорте и почти 10 миллионов — на поездах.
Его общая длина составляет 7845 метров, каждые 140 из которых несущая балка моста опирается на бетонные опоры.
Створ основного пролёта имеет высоту 57 метров, что позволяет большинству судов спокойно проходить под ним, хотя многие предпочитают спокойный переход над самим тоннелем, с которым мост соединяется на искусственном острове, прозванном за свою форму Пеберхольм (Остров-Перец).
Эресуннский мост включает в себя двухпутную железную дорогу и четырёхполосную автомагистраль.
Остров Пеберхольм с датским искусственным полуостровом Каструп на острове Амагер соединяет 4-километровый тоннель Дрогден. Если точнее, то его длина составляет 4050 метров, что включает по 270 метров порталов на обоих выходах и собственно 3510 ровной подводной части.
При возведении тоннеля на дно пролива в специально вырытый канал было опущено 20 железобетонных сегментов по 55 тысяч тонн каждый, которые затем объединили в одно целое.
Всего по тоннелю Дрогден проходит 5 труб — по две на ж/д и автомобильное движение, и пятая, меньшая труба для чрезвычайных ситуаций.
Построен этот удивительный мост-тоннель лишь потому что вблизи расположен аэропорт Копенгагена (обычный мост препятствовал бы взлёту и посадке самолётов), плюс такая конструкция позволила не ограничивать судоходное движение через Эресуннский канал.
Всего на возведение Эресуннского моста-тоннеля было потрачено более 30 миллиардов датских крон (в рассчёте на курс датской кроны в 2000 году) — сумма, которая окупится лишь к 2035 году.
_________________________________________________________________
При пересечении двух дорог в разных уровнях строят путепроводы. Путепроводыстроят в местах пересечения железных и автомобильных дорог или двух железнодорожных линий. Они обеспечивают независимый и безопасный пропуск транспорта на пересечении дорог в разных уровнях.
В тех случаях, когда железная дорога проходит поверху, путепровод называется железнодорожным, а если поверху проходит шоссе – автодорожным.
НО….
__________________________________________________________________
Сооружения значительной длины, предназначенные для пропуска железных дорог над окружающей территорией с оставлением под ними свободного пространства, называются эстакадами. Эстакадыустраивают взамен больших насыпей в городах, где они меньше стесняют улицы и не препятствуют проезду и проходу под ними, а также на подходах к большим мостам через реки с широкими поймами разлива воды.
_______________________
Весьма распространёнными и ответственными искусственными сооружениями на железных дорогах являются подпорные стенки.
Подпорная стенка — конструкция, удерживающая от обрушения находящийся за ней массив грунта и воспринимающая нагрузки, приходящиеся на этот массив. Они защищают от подмыва в местах соприкасания с водой основание пути.
Подпорные стенки устраивают при сооружении железных дорог на косогорах, для поддержания крутизны откосов выемок и насыпей, при расположении на склоне двух раздельных проезжих частей, при постройке городских магистралей, для укрепления берегов водоёмов и защиты их от размыва, для защиты железных дорог от камнепадов на горных участках. Часто подпорные стенки входят в комплекс крупного искусственного сооружения, например служат переходным элементом к порталу тоннеля.
ст+т
На существующих железных дорогах встречаются подпорные стены, возведенные из каменной, бетонной и бутобетонной кладки. В настоящее время их сооружают преимущественно из отдельных железобетонных секций.
_______________________________________________________________
Пешеходный мост – устраивают для безопасного перехода людей через станционные территории на больших станциях и пригородных платформах.
Для этой цели более целесообразен тоннельный переход под путями, при котором преодолеваемые пешеходом высоты подъема и спуска значительно меньше.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1 Дать определение «Искусственные сооружения»
2 Что относится к искусственным сооружениям?
3 Основные элементы мостов.
4 Какие бывают мосты?
5 В чем отличие виадука от аквидука?
6 Водопропускные трубы – места установки, какими они бывают?
7Фильтрующие насыпи – устройство.
8 Требования к наполнению габионов.
