Проектирование железных дорог: основы, нормы и правила при разработке проекта ЖД путей

Железная дорога – один из самых надежных путей сообщения как пассажирского, так и грузового. Несмотря на то, что авиаперелеты часто вымещают сухопутную транспортировку, до сих пор не только активно используются старые линии ЖД, но и создаются новые. В статье рассмотрим все, что связано с проектированием и строительством железнодорожных объектов.

Когда требуется проводить строительные работы

Решение о разработке проекта по усовершенствованию имеющихся направлений или прокладке новых принимается в следующих случаях:

• При разработке нового месторождения угля или другой руды, полезных ископаемых. Такие локальные небольшие участки обычно разворачивает компания, которой принадлежит месторождение. Эти линии могут быть замкнутыми – проходить от места разработки до цехов, складов и других мест разгрузки, а могут быть протяженными, примыкать к уже действующей дороге, через которую осуществляется транспортировка. Обычно такие направления имеют одну полосу движения.
• Для сокращения окольного пути для следования рейсов из точки А в В. Возможно, что станции, а вместе с тем и переезды, строились не одновременно, а последовательно. Поэтому путь следования от крайних точек очень извилистый, неудобный. Для сокращения и облегчения, в связи с важностью направления, может быть построен прямой маршрут, потребуется дополнительное проектирование и строительство железных дорог.
• Для разгрузки. Если пункты или участки сильно загружены, то требуется принять меры – построить дополнительные параллельные пути или организовать станции, узлы, развязки. Пропускная способность становится выше, локомотивы меньше простаивают в очередях, скорость прохождения маршрутов увеличивается.

Отдельной работой является реконструкция уже существующих линий – замена составляющих или полный разбор, а затем укладка рельсов. Для такого мероприятия требуется иной план действий.

Чтобы реализовать проект, нужно обеспечить вложение инвестиций, а затем обосновать их выгодность. Для этого требуется подробная сопроводительная проектная документация. Ни одно изыскание и проектирование железных дорог, как очень крупного объекта, не будет начато до того момента, как будет собран внушительный пакет данных.

Основные этапы строительства

• Обоснование экономической важности и целесообразности.
• Инженерные и экономические изыскания.
• Создание проекта.
• Сбор разрешительной документации.
• Проведение экспертизы.
• Согласование.
• Строительные работы.
• Проверка и запуск в эксплуатацию.

Все стадии проводятся специалистами – инженерами, экономистами, строителями. Чтобы была возможна транспортировка всех чертежей и документов, а также оперативно вносились правки и соблюдалась отчетность, требуется многофункциональное ПО, которое поддерживает электронный документооборот. Российские профессионалы используют программы от ZWSOFT. Это программное обеспечение удобно для всех видов деятельности. Базовый САПР – ZWCAD идеально подходит для составления проекта и чертежей. Базовые возможности расширяются с помощью надстроек. Такие модули дают дополнительные возможности для изысканий, оформления документации, работы с железобетонными конструкциями и прочее.

Обоснование инвестиций

Нормы для объяснения ценности проектирования железных дорог представлены в СП11-101-95. Этот документ включает требования по предоставлению следующих сведений:

• экономические выгоды от работы новой ЖД линии;
• социальные преимущества – необходимость прокладки путей для людей и населенных пунктов;
• коммерческие инвестиции – вклад заинтересованных компаний в материальный фонд строительства.

По этим данным, если расчеты подтверждают предварительную ценность проекта, собираются следующие сведения:

• технические характеристики объекта – наличие или отсутствие мостов, используемые технологии;
• основы для расположения участка проектирования железных дорог, узлов и развязок;
• сроки проведения строительства и очередь возведения;
• предварительные подсчеты затраченных материалов и стоимости;
• подсчет единиц техники и трудовых ресурсов;
• учет всех источников инвестирования;
• оценка пропускной способности линии, ее будущей нагрузки, окупаемость;
• вред и иное влияние на окружающую среду.

По этим данным собирается целый пакет Обоснований. На этих материалах далее будет получено согласование и утверждение строительства на этом конкретном участке. Далее эти сведения также лягут в основу создания проекта и строительства железной дороги.

Проведение изысканий

В ходе работы требуются два типа изыскательных мероприятий:

• Экономические.

Здесь оценивается пропускная способность нового пути, его загруженность, востребованность пассажирами (при пассажирском назначении) и промышленными центрами. Рассчитывается объем предстоящих работ. Он исчисляется по формуле в зависимости от тонн грузов и миллионов перевезенных людей в год. Также считают интенсивность. Она определяется значением гру­зонапряженности нетто, которая считается через общий тоннаж и расстояния. Здесь же учитывается неравномерность работы линии в зависимости от годичного цикла.

• Инженерные.

Это самые крупные подготовительные работы на местности, они проводятся в полевых условиях, собираются материалы, съемки. Затем данные отправляются в лаборатории, где их обрабатывают и систематизируют. Полученные таким путем сведения учитываются при проектировании РЖД: условия длины и прочности устанавливаемых свай, место прохождения реки и других водоемов, изгибы пути и прочее. Для ряда таких работ основными правилами считаются следующие документы: СП 11-104-97 и СниП 11-02-96. Они регламентируют как условия труда, так и оформление и использование информации.

Среди инженерных изысканий различают:

• Геодезические – исследуется рельеф местности, возвышенности и овраги. Для прокладки рельсов требуется равнина, если такого участка нет, то принимается решение о сооружении насыпи – подложки. При анализе геодезии определенного расстояния проводят съемку, применяя нивелиры и другие приспособления для учета неровностей поверхности.
• Геологические – применяются в комплексе с предыдущими. Учитывается строение грунта, содержание пород, их прочность. Образцы почвы отправляются в лаборатории. Также важным является учет возможных сдвигов в земной коре, что образует трещины и осыпания земельных насыпей.
• Гидрометеорологические – сводка по климатическим данным. Проводится с помощью современных программ, которые определяют количество осадков, среднюю, максимальную и минимальную температуру. Эти данные необходимы для разработки правильной конфигурации пути, а также для закупки материалов.
• Экологические. Оценивается вред, который может быть нанесен экологии местности, предлагаются варианты более щадящего строительства и эксплуатации. Здесь экологи отстаивают права природы, которые будут учитываться при составлении проекта ЖД дороги.
• Гидрологические – исследование подземных вод и близлежащих водоемов, учет возможных весенних половодий и поднятия уровня грунтовой влаги. Также берется анализ жидкости, чтобы проверить химический состав – как она влияет на коррозионные процессы и прочее. Делается вывод – нужны ли водоохранные мероприятия в процессе строительства и эксплуатации.

На почве этих двух типов изысканий делаются предварительные выводы о следующих технических характеристиках железнодорожного пути:

• величина насыпи;
• используемые материалы;
• высота прокладки дороги;
• наличие мостов над реками, их конфигурация, учет возможного прохождения судов под ними;
• расположение станций;
• сопутствующие охранительные мероприятия.

Для проведения инженерных изысканий специалисты используют программу от ZWSOFT – Geonium. Она автоматизирует все процессы заполнения штампов, экспликаций, происходит автоматическая разбивка на листы. В основе проектирования ЖД путей общего и необщего пользования – выверенные чертежи. В софт заложены обновляющиеся нормативы и требования по их оформлению. 6 модулей помогают как вести работу на местности, так и заполнять все данные, составлять таблицы и сводки, анализировать полученные сведения.

Нормативные документы

В основу проекта входят следующие правила:

• СНиП 32-01-95 «Железные дороги колеи 1520 мм»;
• СНиП 32-04-97 «Тоннели железнодорожные и автодорожные»;
• МПС РФ СТН Ц-01-95 – строительно-технические нормы.

Согласно этим документам все пути разделяются на категории. Для каждой из них предусмотрены свои правила проектирования и монтажа. Кроме технических рекомендаций, в документации также отмечены необходимые мероприятия для охраны окружающей среды. Необходимо сохранить природные условия или компенсировать потери, которые могут произойти. Если перевозка грузов может привести к деформации почвы, то требуется разработать систему насыпей и свай, чтобы нагрузка была не такой значительной. Также предусматриваются охранительные мероприятия, которые препятствуют образованию обвалов. Это может быть посадка заградительной линии зеленых насаждений или укладка сетки. Это все прописано в правилах проектирования новой железнодорожной линии – СНиП 32-01-95.

Для сохранения максимальной площади и сокращения возможной протяженности путей используются эстакады и тоннели. Но в ходе работ большие участки используются как строительная площадка – вырываются котлованы, колодцы и прочее. В документации также есть обязанности рекультивировать почву, то есть вывезти мусор после стройки, засыпать верхний слой плодородными почвами.

Создание проекта и сбор разрешительной документации

Проектирование состоит из разветвленной системы задач. Они обусловлены сложностью и объемом строительства. Так как на первом, предпроектном этапе были проведены изыскания двух типов, то и весь документ будет состоять из 2 составляющих:

• экономическая часть;
• техническая.

Первая соответственно включает в себя все выводы по изыскательным работам, то есть сводки о инвестициях и расходах, потенциальной прибыли.

Вторая – более сложная. Она состоит из двух стадий проектирования железных дорог – создание проекта, а затем разработка документации. Для несложных задач эти два этапа могут складываться в один.

Современные программы от ZWSOFT предлагают модули, которые автоматизируют заполнение сопутствующих строительных документов.

Geonium позволяет:

• располагать трассы на заданном рельефе с помощью круговых, параболических и асимметрических кривых;
• проверять трассы, используя таблицу ограничений (мин./макс. радиусы кривых, длины клотоид и т.п.);
• рассчитать пикетаж;
• вставлять специальные знаки для железных дорог, применяемые на топопланах Москвы, из классификатора.

VetCAD++ значительно экономит время инженера, самостоятельно оформляя чертежи элементов железнодорожного полотна и контактной сети по нормам, а также создавая выборки и формируя спецификации.

Так как протяженность ЖД пути может быть значительная, то всю схему делят на части – участки дороги, станции, тоннели, мосты и прочее. Эти элементы проектируются отдельно, а затем соединяются в единую конструкцию. Отдельные сооружения могут быть полностью аналогичны, тогда применяются типовые проекты. В ином случае разрабатываются индивидуальные, или даже экспериментальные чертежи.

Возможные элементы:

• некрупные здания для пассажиров и вокзалы в больших населенных пунктах;
• обгонные пункты;
• промежуточные постройки для технического обслуживания, ангары;
• сигнальные посты и комплексы для управления стрелками;
• мосты;
• тоннели;
• участки пути с разным количеством линий и их пересечениями.

Экспертиза и согласование

Это последние предшествующие строительству этапы. Необходимо получить одобрение всех документов и полностью проекта. Для этого эксперт проверяет весь проект, вносит коррективы, а затем одобряет весь пакет бумаг.

Программное обеспечение для проектирования железнодорожных путей общего и необщего пользования

Мы уже упоминали о двух программах от ZWSOFT, которые применяются при разработке документов и при инженерных изысканиях. Для конструирования всех элементов ЖД также необходимо ПО от «ЗВСОФТ».

ZWCAD 2018 Professional – базовый САПР, который имеет большие преимущества:

• моделирование в двухмерном и трехмерном пространстве – необходимая особенность для сложных конструкций, таких как мосты и тоннели;
• 3D-визуализация, то есть итоговый или предварительный просмотр объемного чертежа с наложением фактур;
• поддержка основных форматов, что позволяет передавать файлы на любые устройства; и многое другое.

Большие возможности ZWCAD Pro можно расширить с помощью модулей:

• SmartLine – бесплатная надстройка для работы с линиями электропередач.
• СПДС Железобетон – удобные чертежи со спецификациями армированных конструкций.
• СПДС Стройплощадка – автоматизированное оформление документов ПОС и ППР.
• СПДС GraphiCS – заполнение проектной и рабочей документации по ГОСТ 21.1101-2013.

Для грамотного проектирования железных дорог требуется качественное программное обеспечение от «ЗВСОФТ».