ИЗЫСКАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
ВВЕДЕНИЕ
Содержанием предмета «Изыскания и проектирование железных дорог» являются теоретические основы и практические методы инженерных изысканий и составления проектов новых железнодорожных линий и усиления (реконструкции) существующих дорог.
Железнодорожный транспорт России представляет собой крупнейшую транспортную систему мира. Российские железные дороги занимают первое место в мире по протяженности электрифицированных магистралей (более 40 тыс. км), второе место после США по эксплуатационной длине (более 85 тыс. км), третье после США и Китая по объемам перевозок грузов и четвертое после Китая, Индии и Японии по перевозке пассажиров. Внутри страны железные дороги являются основой транспортного комплекса России, выполняя около 40% пассажирооборота и более 80% грузооборота всех видов транспорта общего пользования, за исключением трубопроводного.
Первые железные дороги. Мировая история железных дорог ведет свое начало от колесных дорог Древнего Египта, Греции, Рима, выложенных камнем с глубокими параллельными бороздами для колес повозок. В средневековых рудниках сооружались пути из деревянных рельсов, по которым двигались деревянные вагоны. Примерно в 40х годах XVIII в. деревянные рудничные дороги стали заменять чугунными плитами с желобами для колес.
В 1767 г. Ричард Рейнольдс уложил на подъездных путях к шахтам и рудникам Колбрука (Англия) металлические рельсы, по форме сечения похожие на букву U, которые прикреплялись к деревянному брусу. Примерно в то же время русский гидротехник Козьма Дмитриевич Фролов на КолываноВоскресенских заводах на Алтае проложил лежневые пути из брусьев, по которым перемещались вагонетки, приводимые в движение канатным приводом от водяного колеса. В 1778 г. на Семеновском руднике на Алтае была проложена подземная лежневая дорога механиком Ф.С. Вагановым.
В 1788 г. на Александровском чугуноплавильном и пушечном заводе в Петрозаводске под руководством Ани киты Сергеевича Ярцова были отлиты чугунные рельсы и проложен внутризаводской рельсовый путь для перевозки грузов в вагонетках с канатной тягой.
В 1806—1809 гг. в г. Змеиногорске на Алтае сын К.Д. Фролова горный инженер Петр Козьмич Фролов построил железную дорогу длиной около 2 км с конной тягой от рудника до завода, содержащую почти все элементы современных железных дорог: земляное полотно, на значительной части сооруженное в виде достаточно глубокой (до 5 м) выемки, виадук на деревянных сваях, мост на каменных опорах высотой до 11 м через реку Кор балиху, поворотные круги для вагонеток и др. Эта дорога просуществовала до 1949 г. В 1812 г. П.К. Фролов провел изыскания (нивелирование) и разработал в двух вариантах проект чугунной дороги протяженностью около 150 км между озером Эльтон и Николаевской пристанью на Волге.
В 1803 г. англичанин Ричард Тревитик создал первый паровоз, который работал короткое время на одной из рудничных дорог. В 1814—1815 гг. свои паровозы построил Джордж Стефенсон. Несколькими годами позднее на Урале крепостной мастер Ефим Алексеевич Черепанов начал создавать первые русские паровозы. В 1834 г. вместе с сыном Мироном он построил паровоз оригинальной конструкции, и в Нижнем Тагиле на Выйском заводе была проложена чугунная дорога длиной около 1 км. В 1836 г. эту дорогу продлили от Выи до медного рудника, и протяженность ее составила не менее 3,5 км.
В 1825 г. была открыта первая в мире железнодорожная линия общего пользования Стоктон — Дарлингтон (Англия) протяженностью 21 км. С 1830 г. началось движение на 50километровой дороге Ливерпуль — Манчестер. Поезда на этой линии водили паровозы Джорджа Стефенсона и его сына Роберта.
Первой в России железной дорогой общего пользования стала Царскосельская железная дорога с паровой тягой Петербург — Царское Село — Павловск длиной 27 км, которая сооружалась под руководством чешского инженера и предпринимателя Франтишека Антонина Герстнера, организовавшего акционерное общество Царскосельской железной дороги. Официальное открытие движения на участке Петербург — Царское Село состоялось 30 октября (11 ноября по новому стилю) 1837 г. На всем протяжении от Петербурга до Павловска дорога была открыта в мае 1838 г.
В 1809 г. в Петербурге был основан Институт корпуса инженеров путей сообщения (ныне Петербургский государственный университет путей сообщения). К 40м годам XIX в. проблема железнодорожного строительства в России получила достаточное развитие. К этому времени сформировались отечественные кадры инженеровпутейцев из числа выпускников Петербургского института. Талантливые русские инженеры П.П. Мельников, Н.О. Крафт, Д.И. Журавский, Н.И. Липин, А.И. Штукенберг и другие в 1842—1851 гг. возглавили проектирование и строительство железной дороги Петербург — Москва, которая была в то время самой протяженной в мире (650 км) двухпутной магистралью. При проектировании этой дороги были удачно решены многие важные вопросы выбора направления трассы, проектирования профиля и плана пути и другие, заложившие фундамент дальнейшего развития в России науки и практики проектирования железных дорог.
Развитие сети железных дорог России и Советского Союза. После реформы 1861 г. (отмена крепостного права) и вступления России на путь капиталистического развития началось интенсивное строительство железных дорог. Были выполнены изыскания и проектирование железнодорожных линий в самых разнообразных природных условиях. При проектировании железной дороги Поти Тифлис (18661872 гг.) впервые в России решались вопросы укладки трассы в горной местности. Закаспийская дорога Красноводск Самарканд (1880—1888 гг ) впервые в мире была проложена среди подвижных песков пустыни «Величайшим сооружением нашего века» называла мировая печать проектирование и строительство (1891 —1903 гг.)
Транссибирской магистрали от Челябинска до Владивостока протяженностью 7,5 тыс. км, которая пролегала через районы вечной мерзлоты, пересекала полноводные сибирские реки. На Всемирной Парижской выставке в 1900 г. экспонаты Транссиба были удостоены высших наград «Гранпри», а проект моста через Енисей (автор — проф. Л.Д. Проскуряков, руководитель строительных работ — Е.К. Кнорре) награжден золотой медалью.
К началу Первой мировой войны в России была создана железнодорожная сеть, занимавшая по протяженности первое место в Европе. После окончания Гражданской войны продолжалось развитие железнодорожной сети. За период 1918—1940 гг. было построено свыше 35 тыс. км новых железных дорог, в том числе Казань — Екатеринбург, Нижний Новгород Котельнич, ТуркестаноСибирская магистраль (Луговая — Семипалатинск), Петропавловск — КурортБоровое — Акмолинск (Астана) Караганда Балхаш, Волочаевка — КомсомольскнаАмуре и др. Наряду со строительством новых железных дорог осуществлялась реконструкция существующих линий и прокладка вторых путей. Так, в результате переустройства существующих и постройки ряда новых участков была создана железнодорожная магистраль Москва — Донбасс (Ожерелье — Узловая — Валуйки — Кондрашевская).
В период Великой Отечественной войны 19411945 гг. высокими темпами велось строительство железных дорог, обеспечивших успешное ведение военных действий и решение важнейших задач усиления экономики страны. Была построена линия Астрахань Кизляр, снабжавшая войска, защищавшие Сталинград, нефтепродуктами Баку и Грозного, сооружена Волжская рокада: Свияжск — Ульяновск — Сызрань — Саратов — Иловля. Построенная за три месяца в 1942 г. линия Саратов — Иловля (свыше 330 км) позволила более чем в два раза ускорить продвижение поездов к Сталинграду и сыграла важную роль во время исторической битвы на Волге. Для обеспечения бесперебойной связи с незамерзающим портом Мурманск, куда прибывали союзнические транспорты, в кратчайшие сроки была построена железная дорога Сорокская (Беломорск) — Обозерская (более 350 км). Немногим более месяца потребовалось на изыскания, проектирование и строительство железной дороги Старый Оскол — Сараевка протяженностью около 95 км, способствовавшей победоносному завершению Курской битвы 1943 г. Во время войны завершено строительство дороги Карталы — Акмолинск, части СевероПечорской магистрали (Вельск — Котлас — Кожва), построена линия КомсомольскнаАмуре Советская Гавань, начато сооружение дороги Новокузнецк — Абакан и примыкающих к ней рудовозных ветвей.
В годы войны немецкофашистские захватчики нанесли огромный ущерб железнодорожному транспорту нашей страны. Были выведены из строя 26 и частично повреждены 8 железных дорог, разрушены 65 тыс. км пути, 13 тыс. железнодорожных мостов, более 4 тыс. станций. Уже во время войны были выполнены многие восстановительные работы, но основной объем этих работ был осуществлен после ее окончания.
В послевоенный период наряду с восстановлением разрушенных дорог продолжалось развитие железнодорожной сети. Завершено создание ЮжноСибирской магистрали Тайшет — Абакан — Новокузнецк — Акмолинск — Карталы — Магнитогорск — Карламан. Построена Средне Сибирская магистраль: Алтайская — Карасук — Иртышское — Кокчетав — Кустанай. Сооружены железные дороги Тайшет — Лена и новый выход из Средней Азии: Чарджоу Кунград Бейнеу Макат. СевероПечорская магистраль продолжена до Воркуты, а от ст. Чум этой магистрали построена 200километровая линия к г. Лабытнанги на Оби. Сейчас от этой линии прокладывается железная дорога на север полуострова Ямал к газовым месторождениям в районе Харасавэя (ст. Бованенково).
Построены железные дороги Тюмень — Сургут — Нижневартовск и Сургут — Уренгой (Коротчаево). Проложены трассы Коротчаево — Новый Уренгой — Надым и Новый Уренгой — Ямбург. Эти линии обеспечили развитие ЗападноСибирского территориальнопроизводственного комплекса (ТПК), а линия Сыня — Усинск сооружена в составе ТиманоПечорского ТПК. Проложены железные дороги к крупным гидроэлектростанциям: Красноярской, УстьИлимской, СаяноШушенской.
Сооружен ряд железнодорожных линий, значительно сокративших маршруты следования поездов. К таким линиям относятся Малиновое Озеро — Локоть, Мурапталово — Оренбург, Погромное — Пугачевск, До линская — Помошная, Батайск — Староминская, Краснодар — Туапсе, Анжерская — Барзас, Благодарное — Буденновск, Самарканд — Карши в Узбекистане, Саяк — Актогай в Казахстане, Иджеван Раздан в Армении и др.
Крупнейшим сооружением XX в. в России явилась БайкалоАмурская магистраль (БАМ) от Лены до КомсомольсканаАмуре протяженностью 3100 км с 400километровой линией Бамовская — Тында — Беркакит. 1 ноября 1989 г. после завершения строительства обхода СевероМуйского тоннеля БАМ был принят в постоянную эксплуатацию по пусковому комплексу. В конце 2001 г. по 15километровому СевероМуйскому тоннелю прошел первый поезд.
Богатейший район зоны БАМа продолжает осваиваться. Сооружается АмуроЯкутская магистраль (АЯМ) Беркакит — Томмот Якутск длиной около 800 км. От ст. Новая Чара на БАМе проложена 72километровая ветка к Чинейскому месторождению полиметаллических руд, а от разъезда Улак сооружается железная дорога протяженностью 320 км к Эльгинскому месторождению коксующихся углей
В рекордно короткий срок сооружена 80километровая железная дорога Кизляр — КарланЮрт, соединившая кратчайшим путем Дагестан с Поволжьем. Открыто движение поездов по железной дороге протяженностью около 160 км от ст. Чиньяворык СевероПечорской магистрали к Средне Тиманскому бокситовому руднику в республике Коми.
Наряду со строительством новых железных дорог и сооружением дополнительных главных путей на существующих линиях выполняется большой объем работ по электрификации железных дорог. Впервые электрическая тяга в СССР была применена в 1926 г. на участке Баку Сабунчи — Сураханы, затем электрифицировали пригородный участок Москва — Мытищи, участки горных дорог в Закавказье, на Урале, часть Мурманской магистрали. В 1956 г. был принят Генеральный план электрификации железных дорог, в соответствии с которым протяженность электрифицированных линий возрастала за пятилетие на 9—11 тыс. км. Были созданы мощные электрифицированные магистрали: самая длинная в мире Брест — Москва — Куйбышев (Самара) — Омск Новосибирск Иркутск — Чита — Хабаровск — Владивосток протяженностью 10,5 тыс. км, вторая широтная магистраль Москва — Казань — Свердловск — Тюмень — Омск — Карасук — Новокузнецк — Абакан — Тайшет — Лена — Таксимо на БАМе (более 6 тыс. км), с севера на юг Ленинград (СанктПетербург) — Москва — РостовнаДону — Тбилиси — Ереван (3,6 тыс. км), из центра на запад Москва — Киев — Львов — Чоп (1,7 тыс. км). Электрифицировано также направление Москва — Горький — Киров — Пермь — Свердловск, продолжается электрификация направления СанктПетербург — Мурманск, участков Приволжской, ЮгоВосточной, ЮжноУральской, Забайкальской и других железных дорог.
Развитие теории проектирования железных дорог. Основоположником отечественной транспортной науки является питомец Института Корпуса инженеров путей сообщения, один из авторов проекта и строитель первой магистральной железной дороги в нашей стране Павел Петрович Мельников (1804—1880), будущий первый министр путей сообщения России. В 1835 г. была издана книга профессора Мельникова «О железных дорогах» первый в России научный труд по железнодорожному делу. В ней рассмотрены вопросы выбора основных параметров железных дорог и подвижного состава, а также элементы тяговых расчетов, включая сопротивление движению поездов. Книга П.П. Мельникова показала экономическую целесообразность и техническую возможность строительства в России железных дорог с паровой тягой. В том же году в курс построений, преподаваемый в институте, был включен раздел «О построении железных дорог». Лекции по нему читал помощник профессора Н.И. Липин. Профессор И.О. Крафт вел в институте предмет «Курс составления проектов» [7].
В статьях, опубликованных в 1842 г. в «Журнале путей сообщения», П.П. Мельников привел обоснования ширины колеи для российских железных дорог, теоретические основы выбора предельного (руководящего) уклона пути. Для обоснования наивыгоднейшего уклона Петербурго Московской железной дороги Мельников разработал методику определения эксплуатационных расходов.
В 1842 г. под руководством П.П. Мельникова были разработаны первые в России «Некоторые условия при производстве подробных изысканий». В 1891 г. вышла книга инженера А. Штукенберга «Производство железнодорожных изысканий», а в 1902 г. — четырехтомный труд Генриха Краев ского «Железнодорожные изыскания и составление проекта железной дороги».
В 1896 г. было основано Московское инженерное училище (ныне Московский государственный университет путей сообщения — МИИТ). Одним из предметов в нем был «Курс железных дорог». В 1904 г.. затем в 1913 г. профессором К.Ю. Цеглинским были изданы учебники по этому предмету, в которых рассматривалось проектирование плана трассы, обосновывались нормы проектирования продольного профиля пути, излагались задачи и методы экономических (как их тогда называли — коммерческих) изысканий. Этим же вопросам посвящены изданные в 1915 г. и в 1925 г. книги профессора Е.А. Гибшмана.
В 1913 г. Инженерное училише было преобразовано в Московский институт инженеров путей сообщения — МИИПС. В VIII выпуске Известий МИИПСа опубликована статья почетного члена института профессора Н.Е. Жуковского «О снежных заносах», излагающая математическую теорию снеговых отложений и работы снегозащитных устройств.
В 1918 г. был основан Экспериментальный институт путей сообщения, в работе которого приняли участие Н.Е. Жуковский, С.А. Чаплыгин, В.Н. Образцов и другие крупные ученые. В Бюллетене № 9 Института опубликованы работы Жуковского, посвященные механике движения поезда в увязке с проблемами профиля железных дорог. Они положили начало изучению в России вопросов проектирования профиля пути, обеспечивающего безопасность и плавность движения поездов.
Возрастающий объем железнодорожного строительства вызвал необходимость централизации проектных работ, и в 1935 г. было создано Всесоюзное проектноизыскательское объединение — Союзтранспроект с отделениями в Москве, Ленинграде, Харькове и других городах. Позже эти отделения получили статус проектных институтов и сыграли важную роль в развитии проектноизыскательского дела в стране.
Для более широкой подготовки квалифицированных кадров изыскателейпроектировщиков в вузах страны были созданы кафедры проектирования железных дорог. В 1919 г. на инженерностроительном факультете МВТУ под руководством профессора К.А. Оппенгейма организуется отделение железных дорог с первой в мире кафедрой проектирования. В 1924 г. при слиянии железнодорожного отделения МВТУ, Высших технических курсов НКПС и МИИПСа в один вуз — МИИТ, в этом институте создается кафедра проектирования железных дорог. В 1924—1926 гг. издается первый объемный (в трех томах) учебник по проектированию железных дорог профессора Оппенгейма. Преподаватели кафедры профессора Е.А. Гибшман, Б.Н. Веденисов, М.М. Протодьяконов активно ведут научные исследования. В 1925 г. комиссией во главе с профессором Гибшманом при участии профессоров Веденисова и Оппенгейма подготовлены Технические условия (ТУ) проектирования железных дорог, заменившие устаревшие ТУ 1899 г.
В Научноисследовательском институте транспортного строительства (ЦИС НКПС), созданном в 1930 г. под руководством профессора А.В. Горинова, были выполнены исследования по вопросам выбора руководящего уклона трасс, расчетам стока поверхностных вод, определению эксплуатационных расходов проектируемых железных дорог для целей сравнения вариантов; разрабатывались проблемы внедрения новых видов тяги, совершенствовались методы аэрофотосъемки на изысканиях.
Дальнейшие научные работы в области проектирования железных дорог, проводимые в НИИ транспортного строительства, Академии наук, вузах, были посвящены особенностям проектирования железных дорог при электрической и тепловозной тяге, проектированию дорог в сложных природных условиях Севера и Востока, разработке методов этапного наращивания мощности дорог по мере роста перевозок, применению современной вычислительной техники при проектировании железных дорог, особенностям проектирования высокоскоростных магистралей.
Перспективы развития железных дорог России. Наша страна, занимая почти треть евроазиатского континента, призвана сыграть решающую роль в обеспечении транспортного сообщения между странами Запада и Востока. В связи с этим возрастает значение транспортных коридоров на территории России.
Еще в 1994 г. проходившая на острове Крит Общеевропейская конференция по транспорту приняла решение о развитии ряда паневропейских транспортных коридоров, два из которых проходят по территории нашей страны: коридор № 2 Берлин — Варшава — Минск — Москва и коридор № 9 Хельсинки — СанктПетербург — Москва и далее на юг в направлении Украины, Молдавии, Румынии и Болгарии.
Выход из Европы на страны АзиатскоТихоокеанского региона (АТР) можно осуществить продолжением 2го Критского коридора по направлению Москва — Горький — Свердловск и далее Транссиб и его дублер БАМ, а продолжение 9го коридора позволит создать транспортную связь северной Европы со странами АТР по направлению Хельсинки — Санкт Петербург — Петрозаводск — Архангельск — Карпогоры — Сыктывкар —
Пермь и далее также на Транссиб и БАМ. В связи с этим коридором повышается роль так называемого Белкомура (Белое море — Коми — Урал) — направления общей протяженностью 1250 км, включающего в себя, наряду с существующими линиями, строящуюся дорогу Карпогоры — Вендинга и проектируемую Сыктывкар — Кудымкар — Пермь.
Продление указанных Критских коридоров предусматривает выходы на Китай, Корею и Монголию через существующие пограничные переходы, а на Японию — через порты Дальнего Востока и Сахалина. Для этого необходимо усиление существующих линий, ведущих к пограничным переходам, в частности электрификация участка Карымская — Забайкальем усиление однопутных участков Уссурийск — Гродеково, Барановский — Хасан. Рассматриваются варианты соединения железнодорожной сети Сахалина с материком посредством сооружения железной дороги Селихин (станция на линии КомсомольскнаАмуре — Советская Гавань) — мыс Лазарева мыс Погиби — Ныш (580 км) с тоннелем или мостовым переходом через пролив Невельского.
На проходившем в Иркутске Байкальском экономическом форуме назывались и другие перспективные объекты железнодорожного строительства в Сибири и на Дальнем Востоке. Так, наряду с достройкой железнодорожной линии к Чинейскому месторождению руд необходимы подъездные пути к Удоканской меди и Холоднинскому месторождению редкоземельных элементов. На Байкальском форуме упоминались и такие масштабные проекты более отдаленной перспективы как железные дороги Серов — ХантыМансийск — Сургут — Нижневартовск — Томск (2750 км), Якутск — Хандыга — Сусуман — Анадырь — мыс Дежнева (4600 км), Сусуман — Магадан (570км), Полярная магистраль Салехард Надым — Уренгой — Норильск — Хатанга — Тикси — Черский — Певек — мыс Дежнева (6900 км), а также транспортный переход (тоннель, мост или их комбинация) через Берингов пролив с выходом на Аляску и далее в Канаду и США.
Важная задача дальнейшего развития железнодорожного транспорта России — повышение скоростей движения грузовых и особенно пассажирских поездов. Государственной программой «Транспорт России» предусматривается повышение скоростей движения пассажирских поездов до 160—200 км/ч на полигоне железных дорог протяженностью 12700 км. В соответствии с этой программой осуществлена реконструкция железной дороги СанктПетербург — Москва, где максимальная скорость электропоездов ЭР200 достигает 200 км/ч. До 160 км/ч предусматривается увеличить скорости движения поездов на направлениях Москва — Красное (российская часть направления Москва — Минск — Брест), Москва — Воронеж — РостовнаДону — Минеральные Воды, СанктПетербург — Бусловская (направление на Хельсинки).
В более отдаленной перспективе скорости движения пассажирских поездов должны быть увеличены на направлениях Москва Нижний Новгород Екатеринбург — Омск — Новосибирск, Москва Ярославль, Москва — Саратов, Москва — Киев, Москва — Харьков.
Осуществлены научноисследовательские и проектные разработки высокоскоростных специализированных пассажирских магистралей, предназначенных для движения пассажирских поездов со скоростью 300— 350 км/ч (подробнее см. гл. 2).
В России выполнен ряд научноисследовательских и конструкторских работ по созданию транспортной системы с подвижным составом на магнитном подвесе. Для такой системы скорость 300—350 км/ч не является пределом.
Обоснование инвестиций в строительство
Составлению проектов документации на строительство предприятий, зданий и сооружений предшествует разработка Обоснований инвестиций в строительство’. Порядок разработки и состав Обоснований инвестиций установлен одним из нормативных документов в строительстве — Сводом правил СП 11-101-95 [45}.
Заказчик (например, Министерство путей сообщения), исходя из целей инвестирования, с учетом решений и рекомендаций, принятых в программах и схемах развития и размещения производительных сил, и иных материалов, составляет Ходатайство (Декларацию) о намерениях. По результатам положительного рассмотрения Ходатайства органом исполнительной власти заказчик принимает решение о разработке Обоснований инвестиций.
Состав и содержание Обоснований инвестиций зависят от характера объекта строительства. В общем случае согласно СП 11-10-195 в Обоснованиях излагаются цели инвестирования, экономический, социальный и коммерческий эффект, ожидаемый от функционирования объекта; указываются мощность предприятия, основные технологические решения; приводится обоснование выбора места размещения объекта (например, района прокладки трассы проектируемой железной дороги); указываются основные строительные решения: параметры наиболее крупных сооружений (применительно к железной дороге — показатели трассы, основные характеристики крупных мостов, тоннелей), сроки и очередность строительства, потребность в материальных ресурсах, соображения по организации строи тельномонтажных работ, решения по энергообеспечению, тепло, водоснабжению и др. В Обоснованиях приводится оценка воздействия объекта строительства на окружающую среду, указывается потребность в трудовых ресурсах, рассматриваются варианты обеспечения работников предприятия жильем, создания им необходимых социальных и культурнобытовых условий. Оценка эффективности инвестиций, содержащаяся в Обоснованиях, основывается на стоимости строительства, определяемой по аналогам и укрупненным показателям, а также прогнозным и экспертным оценкам; 1 Понятие “строительство” включает новое строительство, расширение, реконструкцию и техническое перевооружение предприятий, зданий и сооружений уточнении возможных источников и условий финансирования инвестиций, принятых на стадии предынвестиционных исследований; определении себестоимости продукции (себестоимости грузовых и пассажирских перевозок по железной дороге); анализе риска инвестиций.
В заключение Обоснований приводятся выводы о хозяйственной необходимости, технической возможности, коммерческой, экономической и социальной целесообразности инвестиций в строительство объекта с учетом его экологической и эксплуатационной безопасности. В Обоснованиях содержатся основные техникоэкономические и финансовые показатели объекта инвестиций, рекомендуемые для утверждения (одобрения), а также рекомендации по порядку дальнейшего проектирования, строительства и эксплуатации объекта, обеспечивающие инвестору получение максимальной и стабильной во времени прибыли и достижение положительных социальных результатов.
Материалы Обоснований направляются в соответствующий орган исполнительной власти для оформления Акта выбора земельного участка (площадки, трассы) для строительства. Утверждение (одобрение) Обоснований заказчиком осуществляется на основе заключения государственной экспертизы и решения органа исполнительной власти о согласовании места размещения объекта. Материалы Обоснований могут использоваться заказчиком для проведения социологических исследований, опросов общественного мнения о возможности сооружения объекта, а также для разработки бизнесплана, который должен подтвердить инвестору гарантии по кредитам, платежеспособность и финансовую устойчивость объекта инвестирования.
Проектная документация на строительство. Изыскания железных дорог
Стадии проектирования. Проектная документация на строительство объекта разрабатывается на основе утвержденных (одобренных) Обоснований инвестиций в строительство, технического задания на проектирование, составленного заказчиком, и материалов инженерных изысканий. В проектной документации детализируются принятые в Обоснованиях решения и уточняются основные техникоэкономические показатели. Порядок разработки, состав и содержание проектной документации на строительство установлены Строительными нормами и правилами Российской Федерации СНиП 110195 [24].
Основным проектным документом на строительство объектов является, как правило, техникоэкономическое обоснование — ТЭО (Проект) строительства. На основании утвержденного ТЭО (Проекта) строительства на второй стадии проектирования разрабатывается Рабочая документация. Для объектов, строящихся по проектам массового и повторного применения, а также для других технически несложных объектов проектирование может быть осуществлено в одну стадию — разрабатывается Рабочий 1 ТЭО (Проект) двойное обозначение документа, разрабатываемого на первой стадии проектирования Принято в целях преемственности действовавшей ранее законодательной и нормативной базы в строительстве и для совместимости с терминологией, применяемой за рубежом проект (утверждаемая часть и рабочая документация) или Рабочая документация.
Проекты, Рабочие проекты на строительство объектов, независимо от источников финансирования и форм собственности, подлежат государственной экспертизе.
Состав и содержание проектной документации. Согласно СНиП 11-019-5 Проект на строительство предприятий, зданий и сооружений должен состоять из следующих разделов: общая пояснительная записка; технологические и архитектурностроительные решения; организация строительства; организация и условия труда работников; управление производством; жилищногражданское строительство; мероприятия по охране окружающей среды; инженернотехнические мероприятия гражданской обороны, а также мероприятия по предупреждению чрезвычайных ситуаций; сметная документация и анализ эффективности инвестиций.
Применительно к проектированию железных дорог общая пояснительная записка и раздел Проекта, посвященный технологическим решениям, включают данные о значении проектируемой линии и ее взаимодействии с другими путями сообщения, размерах и структуре грузовых и пассажирских перевозок на расчетные годы эксплуатации (обычно 2й, 5й и 10й, а иногда и на более отдаленную перспективу). Раздел Проекта, посвящен нтй строительным решениям, содержит (применительно к проектированию новых железных дорог): обоснование выбора направления трассы, основных параметров и средств технического оснащения проектируемой дороги (руководящего уклона, полезной длины приемоотправочных путей, числа главных путей, рода тяги, если он подлежит выбору, и др.); проекты плана и профиля дороги, земляного полотна на перегонах и станциях, верхнего строения пути, мостов, труб, тоннелей и других искусственных сооружений; размещение раздельных пунктов и их проекты; проекты устройств локомотивного и вагонного хозяйств, водоснабжения и канализации, энерго и электроснабжения дороги, устройств СЦБ и связи, служебных зданий, административного деления линии. Аналогичные вопросы рассматриваются в данном разделе Проекта на строительство дополнительных главных путей или реконструкцию существующих железных дорог.
При одностадийном проектировании Рабочий проект разрабатывают применительно к составу и содержанию Проекта, но в сокращенном объеме, определяемом в зависимости от вида строительства и функционального назначения объекта. В состав Рабочего проекта включается Рабочая документация.
Состав Рабочей документации на строительство предприятий, зданий и сооружений определяется соответствующими государственными стандартами Системы проектной документации для строительства (СПДС) и уточняется заказчиком и проектировщиком в договоре на проектирование. Обычно в состав Рабочей документации входят: рабочие чертежи, сметная документация, ведомости объемов строительных и монтажных работ, потребности в материалах, сборники спецификаций оборудования и некоторые другие материалы.
Виды изысканий железных дорог. Изыскания, проводимые для проектирования железной дороги, подразделяются на экономические и инженерные.
Цель экономических изысканий — обосновать необходимость и целесообразность строительства новой железной дороги или реконструкции существующей и определить техникоэкономические показатели данного объекта. В процессе экономических изысканий устанавливаются размеры перевозок по отдельным участкам проектируемой линии, выявляется неравномерность перевозок по направлениям движения и внутригодичная неравномерность перевозок.
Инженерные изыскания включают: топографогеодезические, инженерногеологические и гидрологические работы, необходимые для выбора наиболее целесообразного положения трассы проектируемой линии на местности, сбор данных для проектирования всех объектов железной дороги, различные согласования (примыкание к существующей сети, отвод занимаемых земель, пересечение с другими видами транспорта). Изыскания для проектирования реконструкции эксплуатируемой линии включают в себя обследование существующих сооружений.
При инженерных изысканиях широко применяют аэрометоды: аэровизуальные и аэрогеологические обследования, аэрофотосъемку, аэрогидрометрию. С конца прошлого столетия в практике полевых изыскательских работ стали применять космические навигационные системы
Основные показатели работы железных дорог
Грузовые и пассажирские перевозки. Размеры перевозок грузов р, т, и пассажиров А определяются при экономических изысканиях. Эти перевозки подразделяются на транзитные и местные.
К транзитным грузовым перевозкам pw относятся перевозки грузов, начальные и конечные пункты следования которых находятся за пределами проектируемой линии. Местные грузовые перевозки рм подразделяются на следующие: перевозки грузов вывоза со станций проектируемой линии за ее пределы (рвыв); ввоза изза пределов проектируемой линии на ее станции (рвъ) и местного сообщения (межстанционные) (рЖТ) — перевозки грузов, следующих с одних станций проектируемой линии на другие станции этой линии. Итак,
В пассажирских перевозках, кроме транзитных (А~р) и местных (Аы), выделяют пригородные (Ар), к которым относят перевозки на участках протяженностью до 150 км, примыкающих к городам и крупным промышленным и населенным пунктам. В итоге
В эксплуатационной практике классификация пассажирских перевозок несколько иная: дальние перевозки (иначе — перевозки в прямом сообщении), совершаемые в пределах не менее двух дорог; местные — перевозки внутри одной дороги на расстояния до 700 км; пригородные — на участках длиной до 150 км.
Показатели работы железных дорог. Объем перевозочной работы железных дорог характеризуется несколькими показателями. Основные из них следующие: количество перевезенных за год грузов р, т, и пассажиров А
В 2002 г. железными дорогами России было перевезено 1084 млн т грузов и 1271 млн пассажиров; грузооборот Ipl, ткм, сумма произведений массы р перевезенных грузов на расстояние (дальность) перевозки
В 2002 г. грузооборот железных дорог России составил 1510 млрд ткм; пассажирооборот ЪА1 , пассажирокм, — сумма произведений числа перевезенных пассажиров А на расстояние перевозки /:
В 2002 г. этот показатель работы железных дорог России составил 153 млрд пассажиро-км.
Интенсивность работы или загрузки железных дорог измеряется густотой перевозок. Средняя густота перевозок грузов называется грузонапряженностью нетто и определяется количеством выполненных тонно километров, приходящихся на 1 км эксплуатационной длины, т.е.
Под эксплуатационной длиной L} подразумевают протяженность железнодорожных линий между осями станций без учета второго, третьего, четвертого главных путей.
Грузонапряженность железных дорог России в 2002 г. составила 17,6 млн ткм/км, а средняя густота перевозок пассажиров — 1,8 млн пассажирокм/км.
При экономических изысканиях необходимо всесторонне изучить экономику района проектирования данной дороги, ее роль в работе сети железных дорог с тем, чтобы с необходимой точностью установить объем и интенсивность предстоящей перевозочной работы. От этих показателей в большой степени зависят нормы проектирования железной дороги и ее основные технические параметры.
Наряду с грузонапряженностью нетто в некоторых случаях устанавливается грузонапряженность брутто, которая рассчитывается по грузообороту брутто. Зная грузооборот нетто в грузовом направлении (Xр[)гр (грузовым условно называется направление с преобладающим количеством перевозимых грузов) и отношение 77 массы поезда нетто к массе брутто (сумма массы груза в составе, массы тары вагонов и массы локомотива), найдем грузооборот брутто в грузовом направлении:
Масса тары, следующей в грузовом направлении и возвращаемой обратно,
Тогда, зная грузооборот нетто в обратном направлении (Iнайдем грузооборот брутто в этом направлении:
и суммарный грузооборот брутто в обоих направлениях:
Тонно-километры брутто в пассажирском движении можно рассчитать, зная среднюю массу пассажирского поезда и число поездо-километров (произведение числа поездов на протяженность их маршрута).
Кроме показателей, характеризующих объем и интенсивность работы железных дорог, важное значение имеют качественные эксплуатационные и экономические показатели: оборот вагона, среднесуточный пробег и производительность вагонов и локомотивов, технические и участковые скорости движения поездов, производительность труда, себестоимость перевозок. Эти показатели работы железных дорог изучаются в специальных дисциплинах.
Нормативная база проектирования железных дорог
Первые нормы проектирования железных дорог в России. В связи с обращением к Николаю I чешского инженера Ф.А. Герстнера о выдаче ему привилегии на строительство железных дорог в России была создана комиссия для рассмотрения этого предложения. Комиссия, в состав которой входил П.П. Мельников, признала возможным предоставить Герстнеру право постройки одной железнодорожной линии и одновременно разработала основные положения по строительству железных дорог в России [7]. В этих положениях, в частности, отмечалось, что с учетом сравнительно ровной местности большинства районов нашей страны предельные уклоны пути могут быть не более 11 %о. Таким образом, можно считать, что уже при сооружении Царскосельской железной дороги были сделаны первые шаги к нормированию проектных решений.
В 1843 г. П.П. Мельников разработал Технические условия проектирования Петербурго-Московской железной дороги, в которых были определены основные ее параметры: ширина колеи [5 футов (1524 мм)], число главных путей, предельный уктон продольного профиля пути, минимальный радиус кривых и др.
В последующем железные дороги России строились большим количеством частных обществ, каждое из которых имело собственный устав, включавший технические условия проектирования данной дороги. К 70-м годам XIX в. на некоторых дорогах из-за малой пропускной способности произошли задержки грузов. Это побудило Министерство путей сообщения установить некоторые обязательные нормы проектирования, которые вошли в «Инструкцию для производства правительственных предварительных изысканий и составления предварительных проектов железных дорог» (1873 г.). Эта Инструкция была первым официальным руководством для проектирования железнодорожных магистралей, однако частные железные дороги по-прежнему строились по различным техническим условиям.
В 1899 г. были утверждены «Технические условия проектирования и сооружения железных дорог первостепенного значения» (ТУ), обязательные для казенных и частных железных дорог. Эти ТУ существенно отличались от различных частных технических условий и Инструкции 1873 г. В них содержались нормы проектирования всех основных железнодорожных сооружений и устройств, устанавливалась расчетная пропускная способность линий в 20 пар поездов в сутки, предельный уклон пути назначался сообразно с рельефом местности и объемом грузового движения, но не круче 8%о, минимальный радиус кривых — 300 сажений (640 м) с уменьшением до 200 саженей (426 м) в сложных условиях и на подходах к станциям.
ТУ 1899 г. просуществовали до 1925 г., когда комиссией Научно- технического комитета НКПС (Народный комиссариат путей сообщения) были разработаны новые ТУ. Впоследствии Технические условия периодически пересматривались по мере совершенствования технических средств и методов эксплуатации железных дорог: увеличения мощности локомотивов, совершенствования вагонного парка, увеличения массы и скоростей движения поездов, внедрения автоматики в управление процессами перевозок, а также в связи с развитием технологии строительного производства, совершенствованием строительных конструкций, повышением уровня механизации и индустриализации строительства железных дорог.
Состав и содержание современных нормативных документов. Для современных норм и технических условий проектирования железных дорог характерно сочетание унификации ряда общесетевых норм, обусловленной обращением по всем дорогам общесетевого подвижного состава, с возможностью приспособления каждой отдельной железной дороги к конкретным условиям ее сооружения и эксплуатации.
В систему общероссийских нормативных документов в строительстве входят Строительные нормы и правила Российской Федерации (СНиП), Государственные стандарты (ГОСТ) и Своды правил (СП) по проектированию и строительству.
Строительные нормы и правила, относящиеся к сооружениям транспорта, имеют групповой номер 32: СНиП 32-01-95 «Железные дороги колеи 1520 мм», СНиП 32-04-97 «Тоннели железнодорожные и автодорожные» и др. (две последние цифры отражают год утверждения документа).
Нормы и правила, содержащиеся в СНиП 32-01-95 [16], распространяются на проектирование, строительство и эксплуатацию новых железнодорожных линий, дополнительных (вторых, третьих и четвертых) главных путей и усиление (реконструкцию) существующих линий общего пользования, а также внешних железнодорожных подъездных путей колеи 1520 мм.
К последним относятся пути необщего пользования, предназначенные для перевозок грузов предприятий и соединяющие станцию примыкания общей сети с промышленной станцией, а при ее отсутствии — с погрузочно-разгрузочными путями или со стрелочным переводом первого ответвления внутренних железнодорожных путей.
В соответствии со СНиП 32-01-95 железные дороги проектируют и строят под нагрузку от оси четырехосного вагона на рельс 245 кН (25 тс), погонную нагрузку восьмиосного вагона 103 кН (10,5 тс) на 1 м пути и с учетом скоростей движения поездов: пассажирских — до 200 км/ч (подробнее см. ниже), грузовых — до 120 км/ч, грузовых ускоренных и рефрижераторных — до 140 км/ч (включительно).
Согласно СНиП 32-01-95 проектируемые новые и реконструируемые железные дороги подразделены на категории по нормам проектирования. В СНиП приведены: основные параметры продольного профиля и плана пути железных дорог различных категорий; требования к конструкциям и производству работ по возведению земляного полотна, верхнего строения пути, искусственных сооружений; указания и нормы по защите пути и сооружений от воздействия неблагоприятных природных факторов; правила проектирования пересечений железных дорог с другими наземными и подземными коммуникациями; требования к охране окружающей среды при проектировании и строительстве железных дорог.
В соответствии со СНиП 32-01-95 разработаны и утверждены МПС России Строительно-технические нормы Министерства путей сообщения Российской Федерации “Железные дороги колеи 1520 мм” СТН Ц-01-95 [17]. В них изложены нормы проектирования продольного профиля и плана пути, требования к размещению раздельных пунктов, нормы и правила проектирования всех сооружений и устройств железной дороги (земляного полотна, верхнего строения пути, мостов и труб, тоннелей, станций и узлов, СЦБ и связи, путевого, пассажирского, грузового, локомотивного и вагонного хозяйств, водоснабжения, канализации, теплоснабжения и электрификации, служебно-технических, жилых и общественных зданий и др.).
В Систему нормативно-технических документов Министерства путей сообщения России входят также Отраслевые строительные нормы (ОСН), например, «Нормы и правила проектирования отвода земель для железных дорог» ОСН 3.02.01-97 [41].
С 1 июля 2003 г. в России введен в действие Федеральный закон «О техническом регулировании», которым заменены действовавшие ранее законы «О стандартизации», «О сертификации продукции и услуг» и другие законы и постановления, предусматривавшие порядок разработки, утверждения и применения нормативно-технических документов. Согласно новому Закону обязательные технические нормы во всех отраслях, включая строительство, могут устанавливаться только техническими регламентами, принимаемыми федеральными законами и международными договорами. Технические регламенты предусмотрено разработать и принять в течение семи лет со дня вступления в силу Закона “О техническом регулировании”.
Деление железных дорог на категории по нормам проектирования. Новые железнодорожные линии и подъездные пути, дополнительные главные пути и усиливаемые (реконструируемые) существующие линии в зависимости от их значения в общей сети железных дорог, характера и размеров перевозок подразделяются в части норм проектирования на ряд категорий (табл. 1.1).
СНиП и СТН предусматривают следующие максимальные скорости движения пассажирских поездов на скоростных линиях — до 200 км/ч, на особогрузонапряженных линиях — до 120 км/ч (при соответствующем обосновании допускается скорость свыше 120 км/ч, но не более 160 км/ч), на линиях 1 и II категорий — до 160 км/ч, III категории — до 120 км/ч и IV категории — до 80 км/ч (подъездные и внутристанционные соединительные пути при максимальной скорости движения поездов свыше 80 км/ч проектируют по нормам железнодорожных линий III категории).
Если грузонапряженность новой проектируемой линии или скорость движения поездов имеют перспективу роста за пределами 10-го года эксплуатации, то при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается проектировать легкопереустраиваемые сооружения и устройства (верхнее строение пути, связь и др ) по нормам категории, установленной в соответствии с табл 1 1, а труднопереустраиваемые сооружения (земляное полотно, искусственные сооружения, элементы плана и профиля и др.) — по нормам более высокой категории.
Экологические требования к проектам железных дорог
Общие сведения. Железная дорога в совокупности с окружающей природной средой представляет собой природнотехническую систему. Разрабатываемый в составе проекта железной дороги раздел “Охрана окружающей среды” имеет целью предусмотреть комплекс мероприятий, обеспечивающих равновесие и стабильность природнотехнической системы при строительстве и эксплуатации железной дороги. Эти мероприятия должны удовлетворять требованиям Федерального закона Российской Федерации “Об охране окружающей среды” (2002), а также ряду природоохранных нормативов, содержащихся в государственных стандартах, Строительных нормах и правилах и других директивных документах.
В 1989 г. в нашей стране было принято постановление “О неотложных мерах экологического оздоровления страны”, в соответствии с которым финансирование строительства по всем проектам и программам осуществляется только при наличии положительного заключения экологической экспертизы.
Технические решения, предусматриваемые в проектах железных дорог, должны обеспечивать охрану литосферы и рациональное использование земельных ресурсов, охрану атмосферы, гидросферы, флоры и фауны, увязку дороги с ландшафтом, сохранение исторических, этнографических, архитектурных памятников.
Охрана литосферы и рациональное использование земельных ресурсов. Сооружение земляного полотна железных дорог — насыпей и выемок — проходка тоннелей могут нарушить естественное динамическое равновесие окружающей геологической среды. В горных условиях дополнительные нагрузки от насыпей и подвижного состава, а также разработка выемок могут активизировать склоновые процессы: осыпи, оползни, снежные лавины. Поэтому прокладку трассы железной дороги осуществляют либо за пределами участков с опасными физикогеологическими процессами, либо в проекте предусматривают сооружения и устройства, стабилизирующие эти процессы (см. п. 4.6). При проектировании буровзрывных работ для снижения сейсмического воздействия энергии взрыва на окружающую среду ограничивают суммарную массу зарядов, взрываемых за один прием, увеличивают интервал замедления между взрывами отдельных групп зарядов. В транспортном строительстве не производят взрывы на выброс и сброс породы, а осуществляют лишь взрывание на рыхление с последующей разработкой горной массы экскаваторами и бульдозерами.
При проектировании железной дороги в зоне оврагообразования (активной эрозии склонов) предусматривают противоэрозионные мероприятия — уположение склонов с задерновыванием их, фитомелиорацию (использование растительности в системе стокорегуляции) и устройство про тивоэрозионных гидротехнических сооружений (водозадерживающих дамб, водосбросных сооружений и др.).
При проектировании дороги в зоне активной селевой деятельности разрабатывают противоселевые мероприятия и предусматривают селепропуск ные и селезадерживающие сооружения (см. п. 4.6).
В северных районах, где распространена вечная мерзлота, инженерностроительная деятельность человека может вызвать деградацию мерзлоты, сопровождающуюся развитием термокарстовых явлений (провалы грунта вследствие оттаивания подземных льдов) и других неблагоприятных физи когеологических процессов. Поэтому в проектах предусматривают максимальное сохранение местных естественноприродных условий и создание таких искусственных факторов, которые смогли бы восполнить вызываемые строительством нарушения в окружающей среде. Сохранению естественных условий способствует минимальное нарушение торфяномохового покрова, являющегося отличным термоизолятором. Между тем строительный транспорт, особенно гусеничный, за один проход разрушает поверхность мховлишайников и ягеля на 20—40%. Поэтому рекомендуется при трассировании временных дорог для нужд строительства по возможности выбирать участки с более устойчивым моховым покровом: лишайниковопятнистую, кочковатоерниковую или каменистую тундру с моховым покровом толщиной не менее 15 см.
На участках распространения вечномерзлых грунтов и подземных льдов избегают проектирования выемок, которые в наибольшей степени нарушают естественное равновесие окружающей среды. При необходимости устройства выемок в проекте предусматривают применение теплоизоляционных, в том числе синтетических, материалов на откосах выемок. Такие искусственные мероприятия, используемые также на склонах, обращенных к трассе, на которых в период строительства вырубается древесная растительность, будут восполнять неизбежные нарушения в окружающей природной среде.
Железные дороги, обладая большой провозной способностью, требуют относительно меньше территории по сравнению с автомобильными дорогами для обеспечения того же объема перевозок. Однако и железные дороги со всеми сооружениями и устройствами занимают достаточно большие площади, поэтому актуальна задача сокращения этих площадей, особенно в районах с развитым сельским хозяйством.
Земля, предоставляемая железной дороге в постоянное (бессрочное) пользование, называется полосой отвода земель железных дорог. Ширину полосы отвода устанавливают в соответствии с “Нормами и правилами проектирования отвода земель для железных дорог” ОСН 3.02.0197 [41]. Она зависит от рабочих отметок и конструкции земляного полотна, которые определяют ширину насыпи понизу и выемки поверху. Расстояние от полевых бровок водоотводных канав, резервов и кавальеров, а также от линейных зданий до границы полосы отвода составляет не менее 2 м.
Под выемки требуется более широкая полоса отвода, чем под насыпи при одинаковой рабочей отметке. При больших рабочих отметках целесообразно рассматривать варианты замены высоких насыпей эстакадами, а глубоких выемок — тоннелями. При пересечении железной дорогой сельскохозяйственных угодий применение эстакад позволяет сохранить технологию механизированной обработки почвы, обеспечивая бесперебойный пропуск сельскохозяйственных машин в пролетах эстакады. Тоннели могут быть особенно эффективны на плотно застроенной территории на подходах к крупным городам.
По данным ряда осуществленных проектов, площадь отвода земель, приходящаяся на 1 км новых железных дорог, достигает 9—12 га, а при строительстве вторых путей на существующих линиях — 1—2 га на 1 км.
Возможность сокращения ущерба, связанного с занятием для нужд железной дороги сельскохозяйственных угодий, заключается в ряде случаев в выборе рационального направления трассы проектируемой линии. Это имеет особое значение при сооружении железной дороги в районах возделывания наиболее ценных сельскохозяйственных культур.
Так, при проектировании Кавказской перевальной железной дороги (Орджоникидзе, ныне Владикавказ, — Тбилиси) в качестве одного из преимуществ рекомендованного к строительству Архотского варианта трассы отмечалось минимальное занятие площадей, покрытых виноградниками, фруктовыми садами и другими ценными культурами.
Наряду с землями, занятыми путем и примыкающими к нему сооружениями, при строительстве железной дороги значительные площади земель нарушаются при разработке земляных и балластных карьеров. При проектировании стремятся свести к минимуму число карьеров и резервов в полосе временного отвода, а добычу каменных материалов для насыпей и берм рекомендуется предусматривать за счет уширения ближайших скальных выемок.
В проектах должна быть предусмотрена рекультивация нарушенных земель, при которой плодородный слой почвы снимается, хранится в буртах, а после отработки карьера отвалы грунта планируют для стока воды, вновь покрывают плодородным слоем и используют под лесопосадки, для сельскохозяйственных и других целей.
На железных дорогах с массовыми перевозками сыпучих пылящих грузов (уголь, руда) для предотвращения утраты плодородия почв и накопления вредных веществ в продуктах сельскохозяйственного производства на прилегающих к дороге территориях предусматривают создание с каждой стороны пути защитных лесных насаждений, аккумулирующих взвеси. Согласно СТН Ц0195 эти насаждения устраивают на протяжении не менее 200 км от места погрузки сыпучих грузов.
Важное значение имеет выбор направления железной дороги в районах разработки полезных ископаемых. В отдельных случаях может быть экономически обоснованным некоторое удлинение трассы с целью обхода угольного поля или месторождения других полезных ископаемых.
Так, при проектировании в Кузбассе железной дороги Артышта Подобас учет потерь от консервации угля в одном из вариантов трассы, проходящем по угольному полю, позволил обосновать техникоэкономическую целесообразность иного варианта, удлиняющего трассу почти на 9 км, но позволяющего избежать потерь около 8 млн т угля.
Охрана атмосферы при проектировании железных дорог. Железная дорога загрязняет атмосферу в результате выбросов вредных химических веществ и пыли, а также шумом.
Тяговые средства железных дорог значительно меньше загрязняют атмосферу по сравнению с другими видами транспорта. В расчете на 1 пасса жирокм на железных дорогах, даже при тепловозной тяге, выделяется вредных веществ в десятки раз меньше, чем на автомобильном транспорте и в сотни раз меньше, чем в авиации.
Электрическая тяга радикально решает вопрос о чистоте атмосферного воздуха в зоне, прилегающей к железной дороге. Поэтому большое значение имеет электрификация железных дорог, проектируемых в густонаселенных районах, курортных местностях, а также в пригородных зонах. Оценивая эффективность электрической тяги с точки зрения охраны окружающей среды, следует учесть, что при выработке электроэнергии тепловыми электростанциями проблема загрязнения атмосферы не полностью снимается, а в какойто степени переносится с железнодорожных магистралей в окрестности тепловых электростанций. Но стационарное положение электростанций позволяет применить на них более эффективные меры по очистке газовых выбросов, чем это можно сделать на тепловозе. На участках с длинными тоннелями по условиям вентиляции применение электрической тяги может быть практически единственно возможным решением, как это принято на западном участке БайкалоАмурской магистрали.
Более существенное загрязнение атмосферы вызывают некоторые предприятия железнодорожного транспорта. На территории шпалопропиточных заводов воздух загрязнен парами нафталина, бензола, ароматических углеводородов и антрацена. Большое количество вредных веществ выбрасывается в атмосферу при изготовлении асфальтобетона, на промывочнопропарочных станциях, где очищаются цистерны, а также многочисленными котельными. Сильно загрязняется атмосфера при изготовлении щебня. На объектах локомотивного и вагонного хозяйств пыль содержит свинец и марганец. Задача охраны окружающей среды требует совершенствования ряда технологических процессов на указанных объектах и установки различных пылегазозолоулавливающих устройств. При проектировании же станций, поселков, заводов необходимо предусматривать такие генпланы, при которых вредное влияние упомянутых объектов на здоровье человека будет исключено.
Борьба с шумом — одна из главных экологических проблем железнодорожного транспорта. Основным источником шума на железной дороге является контакт движущегося подвижного состава с рельсовым путем. Снижение шума достигается прежде всего укладкой бесстыкового пути на щебеночном балласте. Большое значение для уменьшения шума имеет устранение волнообразного износа поверхности катания рельсов, а также укладка стрелочных переводов с непрерывной поверхностью катания. Снижению шума способствует применение эластичных подрельсовых прокладок.
Уровень шума возрастает при прохождении поезда по мостам, путепроводам и эстакадам, особенно по металлическим мостам с безбалластными пролетными строениями. Поэтому с целью снижения шума при движении поездов желательно шире применять железобетонные мосты с проезжей частью на балласте. На металлических же мостах вибрирующие элементы следует покрывать шумовибродемпфирующей мастикой.
При движении поезда по криволинейным участкам пути уровень шума возрастает в кривых радиусом 400 м и менее. Поэтому кривые таких радиусов, имеющие и ряд других эксплуатационных недостатков (см. гл. 3), применяют при проектировании железных дорог лишь в трудных природных условиях.
Снижение шума от движущегося поезда достигается также совершенствованием подвижного состава, в частности, рессорного подвешивания, применением демпфирующих элементов в деталях конструкций, устройством звукозащитных бортов над тележками вагонов, покрытием шумо вибродемпфирующей мастикой кузовов пассажирских вагонов.
Для защиты от шума прилегающей к дороге территории жилую застройку отделяют от железной дороги санитарнозащитной зоной шириной 100 м и применяют различные шумозащитные сооружения: протяженные линии зданий нежилого назначения (многоэтажные гаражи, склады) или экраныстенки, возводимые на земляных сооружениях или на нежилых зданиях. При устройстве пути в выемке откосы ее выполняют роль естественного акустического экрана.
Защитные лесонасаждения вдоль дороги, наряду с улучшением химического состава атмосферы и защиты прилегающей территории от пыли при перевозке сыпучих грузов, служат шумозащитным барьером. Шумозащитные лесные полосы высаживают из древеснокустарниковых быстрорастущих пород с густоветвящейся низкоопущенной кроной. Хвойные деревья предпочтительнее лиственных. Кустарники высаживают с расчетом перекрытия полкронового пространства. Высота деревьев должна быть не менее 7—8 м, кустарников — 1,5—2 м.
Все шумозащитные мероприятия осуществляют с учетом требований Строительных норм и правил “Защита от шума” (СНиП II-12-77).
Радикально задача борьбы с шумом на железных дорогах может быть решена использованием поездов с линейными двигателями на магнитном подвешивании. В ряде зарубежных стран и в России ведутся научноисследовательские и экспериментальные проектноконструкторские работы по созданию такого вида транспорта.
Охрана гидросферы. Вопросы охраны гидросферы и рационального использования водных ресурсов актуальны применительно к проектированию станций и различных предприятий железнодорожного транспорта.
Почти все крупные железнодорожные станции и узлы имеют очистные канализационные сооружения в соответствии с требованием Строительнотехнических норм. Такими сооружениями оборудуют все вновь проектируемые станции и узлы.
На шпалопропиточных заводах, в локомотивных и вагонных депо, на промывочнопропарочных и дезинфекционнопромывочных станциях применяются механические, физикохимические и биологические способы очистки сточных вод.
Задача экономии воды и предотвращения загрязнения гидросферы радикально решается созданием замкнутых оборотных систем производственного водоснабжения. В этих системах вода, выполнив заданную функцию, восстанавливается в первоначальном качестве и повторно используется в производственном процессе. Потери воды за цикл составляют не более 5—10% и пополняются из внешнего источника.
Поверхностные и грунтовые воды на территории, прилегающей к железнодорожной линии, загрязняются органическими и минеральными веществами из проходящих грузовых и пассажирских поездов. Для предотвращения такого загрязнения гидросферы создаются пассажирские вагоны с экологически безопасными для окружающей среды биотуалетами. Такими являются новые вагоны для скоростного поезда “Невский экспресс”, предназначенные для движения со скоростью 200 км/ч.
Во избежание сдувания пылевидных фракций во время движения поездов с сыпучими грузами поверхность таких грузов покрывают вяжущими веществами.
Охрана флоры и фауны при проектировании железных дорог. Строительство железной дороги может нанести ощутимый ущерб растительному и животному миру прилегающей территории. Уменьшению этого ущерба способствуют рациональные проектные решения. Так, при выборе направления трассы железных дорог в северных и восточных районах в зонах тайги и лесотундры стремятся прокладывать трассу по безлесному водоразделу, что позволит избежать вырубки леса.
Помимо общего ущерба, наносимого окружающей природной среде, вырубка леса под строительство приводит к значительному экономическому ущербу в связи с потерей урожая ягод, грибов, орехов, охотничьего промысла, заготовки живицы. Поэтому трассу железной дороги по возможности следует прокладывать в обход ценных лесных участков, в частности — кедровых. Предупреждение лесных пожаров в процессе изысканий, строительства и эксплуатации железной дороги также способствует сохранению лесных богатств района прохождения дороги.
Бережное отношение к растительности позволяет сохранить естествен ноприродные условия в окружающей железную дорогу среде. Так, стелящийся кедр, растущий почти на голых камнях, удерживает их от осыпей, кустарник на косогорах удерживает снежные массы и препятствует движению лавин.
При проектировании железных дорог мероприятия по охране животного мира должны предусматриваться при выборе направления трассы и при размещении и проектировании отдельных сооружений и устройств дороги.
Трасса дороги может пересекать пути миграции животных. Для предотвращения их попадания на железнодорожное полотно устраивают ограждение. Оно выполняется из металлической сетки высотой 2—2,5 м. Для обеспечения жизнедеятельности диких животных, в соответствии с требованием Строительнотехнических норм СТН Ц0195 при проектировании искусственных сооружений предусматривают дополнительные сооружения с отверстиями не менее 8 м и высотой 3 м для перехода животных под железной дорогой. Дикие животные некоторых пород боятся заходить в длинные темные трубы под насыпями. Для этих животных устраивают переходы над железнодорожным путем. Эти сооружения размещают с учетом ареалов распространения и путей миграции животных. При соответствующих обоснованиях проектируют также скотопрогоны для домашних животных.
Большое количество птиц и насекомых гибнет при столкновении с поездами, особенно на скоростных железных дорогах. Для отпугивания их от дороги целесообразно устанавливать на ограждении источники ультра и инфразвука.
При пересечении трассой водотоков с промысловой рыбой следует сохранять пути миграции рыбы на нерестилища. Для этого может быть целесообразным устройство моста не только на главном русле, но и на соответствующих протоках. При проектировании мостовых переходов следует также учитывать, что при сооружении моста и перекрытии части пойм реки подходными насыпями происходит повышение уровня воды выше мостового перехода и некоторое понижение уровня ниже перехода. Это может привести к нарушению естественного режима функционирования нерестилищ. Поэтому необходимо предусматривать мероприятия, обеспечивающие сток паводковых вод с пойм реки с целью предотвращения их заиливания и заболачивания. В отдельных случаях может быть также целесообразен вариант полного перекрытия пойм реки эстакадой.
Увязка дорог с окружающим ландшафтом. Эта задача решается в процессе ландшафтного проектирования дорог — нового перспективного направления в проектировании, получившего наибольшее развитие на автомобильном транспорте. Применительно к железным дорогам ландшафтное проектирование предусматривает гармоничное включение дороги и всех ее сооружений в ландшафт местности с целью раскрытия красоты природы, дополнения и улучшения природного ландшафта.
Решая задачи ландшафтного проектирования, их рассматривают в двух аспектах: “динамические впечатления” пассажиров в быстро движущемся поезде и “статические впечатления”, которые производит дорога, проходя вблизи населенных пунктов, через поля, леса и сама становясь элементом ландшафта [1].
С позиций “динамического” восприятия придорожного ландшафта наиболее ярким является первый план, расположенный на расстоянии до 100 м от железнодорожного полотна. Служебные здания в этой зоне должны быть достаточно выразительными, защитные лесные полосы при соответствующем подборе пород деревьев и кустарников могут сделать привлекательнее придорожную полосу.
Сложной задачей является органическое вписывание железной дороги в рельеф, стремление не нарушать природный ландшафт, а обогатить его сооружениями дороги. Некоторые рекомендации по укладке трассы в различных условиях рельефа приводятся в п. 4.7
