Особенности инфраструктуры и подвижного состава всм кратко

Обновлено: 06.07.2024

Скорость как один из основных факторов развития человечества .

Мировой опыт повышения скоростей на железнодорожном транспорте. Рекорды

Понятие скоростного и высокоскоростного движения.

Развитие сети всм в мире.

Основные требования к ВСМ.

Гармонизация требований к ВСМ .

Выбор трассы ВСМ.

Трассирование линии ВСМ .

Технические нормы проектирования плана главных путей ВСМ .

Требования к элементам продольного профиля пути .

Основные требования к земляному полотну ВСМ .

Особенности верхнего строения пути ВСМ .

Особенности применения ИССО на ВСМ .

Основные требования к ИССО на ВСМ.

Основные требования к тоннелям ВСМ.

Особенности систем автоматики и телемеханики (ЖАТ) на ВСМ .

Основные типы организации УДП в европейской системе управления

высокоскоростным железнодорожным транспортом .

Организация связи на ВСМ .

Особенности тягового электроснабжения ВСМ.

Особенности подвижного состава на ВСМ .

Скорость как один из основных факторов развития человечества

Джордж Стефенсон – первая железная дорога общего пользования СтоктонДарлингтон 1825 год.

1837 год – первая железная дорога России (Санкт-Петербург – Царское село, строительством руководил австрийский инженер Франц Герстнер).

1851 год – железная дорога Санкт-Петербург – Москва (Николаевская железная дорога), Мельников.

Достижение высокой скорости возможно только при условии оптимального соответствия друг другу путевой структуры и подвижного состава. Повышение скорости движения поездов является сложнейшей инженерной задачей и требует больших организационно-технических и капитальных вложений.

Увеличение скорости передвижения – объективная потребность в развитии человечества. Во все времена скорость была тем показателем, который характеризует уровень развития общества. Ускорение всевозможных действий – это четко просматриваемая тенденция в жизни людей. Она возникла в XVIII веке с началом промышленной революции. В производстве это выражается в получении количества продукции за более короткий срок, а на транспорте в увеличении скорости перевозки грузов и пассажиров. Человек всегда стремился сблизить удаленные друг от друга населенные пункты, сокращая время перемещения между ними.

В истории развития транспорта можно выделить 4 этапа увеличения доступ-

ной человеку скорости передвижения:

I этап – начало использования для передвижения животных, а также парусного оснащения судов.

II этап – появление механического транспорта: судов с паровым приводом, автомобилей и железных дорог.

III этап – изобретение летательных аппаратов с механическими двигателями (ДВС 1 )

IV этап – развитие ракетной техники и начало освоения космоса (изобретение реактивного двигателя)

1 ДВС – двигатель внутреннего сгорания

Мировой опыт повышения скоростей на железнодорожном транспорте. Рекорды скоростей

На железнодорожном транспорте существенный рост скоростей приходится на 1930-1940 гг., когда начинают внедрятся тепловозная и электрическая тяги.

Пионерами в области тепловозной тяги являются следующие страны: Великобритания, Франция, Германия и США.

1939 г. – немецкий трехвагонный дизельный поезд разгоняется до скорости, превышающей отметку в 200 км/ч, развивая максимальную скорость 215 км/ч на участке Гамбург – Берлин.

Россия в сфере высоких скоростей на железной дороге имела существенное отставание от западных стран.

5 октября 1993 г. – мировой рекорд скорости для одиночного тепловоза (ТЭП 80 на линии Санкт-Петербург – Москва разогнался до 271 км/ч)

Дальнейшее наращивание скоростей на железной дороге осуществляется на электрической тяге.

1955 г. – Франция СС 7100 и ВВ 9000 >300 км/ч 1988 г. – Германия ICE-V 406,9 км/ч

С 1988 года во Франции начались широкомасштабные испытания высокоскоростного поезда второго поколения TGV-A:

18 мая 1990 г. - TGV-A 515,3 км/ч

3 апреля 2007 г. – V150 574,8 км/ч

В РФ есть свой национальный рекорд скорости, 6 мая 2009 года Сапсан разогнался до 293 км/ч.

Самая большая скорость в мире, которая была развита на рельсах – 9848,6 км/ч.

Понятие скоростного и высокоскоростного движения

Понятие высокоскоростного железнодорожного транспорта утвердилось в 1960-х годах, после ввода в эксплуатацию первой специализированной железнодорожной магистрали Токио-Осака, Япония 1964 год. С этого года началась история высокоскоростного железнодорожного транспорта в мире. На магистрали То- кио-Осака были впервые комплексно разработаны и созданы специализированные стационарные устройства инфраструктуры (земляное полотно, верхнее строение пути, ИССО, устройства электроснабжения, устройства СЦБ и устройства связи) и специализированный подвижной состав, для движения со скоростью более 200 км/ч.

К настоящему времени в РФ сложилась следующая классификация железнодорожных линий в зависимости от скорости движения поездов.

1. Обычные (традиционные) железные дороги со скоростями движения до

2. Скоростные железные дороги – от 161 до 200 км/ч

3. Высокоскоростные железные дороги – от 201 км/ч и выше.

ВСМ 2 в РФ – это специализированная железнодорожная линия, предназначенная для регулярной коммерческой эксплуатации пассажирских поездов со скоростями движения более 200 км/ч.

Градации скоростей, принятые в РФ отличаются от положений, рекомендованных международным союзом железных дорог (МСЖД/UIСUnion Internationale des Chemins de fer).

Современный этап развития высокоскоростного движения характеризуется тем, что в мировом железнодорожном сообществе произошло дополнение в градациях скорости высокоскоростного железнодорожного движения.

Дополнительные категории железных дорог, предложенные МСЖД:

Скоростные-высокоскоростные – от 201 до 250 км/ч

Высокоскоростные – от 251 км/ч до 300 км/ч

Сверхвысокоскоростные (extreme high speed/ very high speed) – от 301 км/ч

Ультраскоростные 3 железные дороги – от 401 до 500 км/ч

С темой ВСМ в разных странах мира связаны следующие понятия:

Англия - HSR – High Speed Railway, HST - //-// Train

Испания – AVE – Alta Velocidad Española, Tren AVE, Linea AVE

Италия – TAV –Treno ad Alta Velocita

Германия – ICE –Inter City Express

Франция – TGV – Trains a Grand Vitesse, LGV – Line ….

Япония – Shinkansen – Синкансен (новая магистраль) – это понятие распространяется и на поезда на магнитном подвесе.

Развитие сети ВСМ в мире

По данным МСЖД рост протяженности ВСМ в мире был следующим: 1964 г. – 515 км 1974 г. – 1450 км 1994 г. – 3600 км 2004 г. – 7000 км

Прогноз 2014 г. – 27 000 км (в эксплуатации 17 000 км, 14 стран мира имеют ВСМ, исполь-

зуют более 300 видов ЭПС) 2024 г. – 45 000 км

2 ВСМ – высокоскоростная магистраль

3 Официально данная классификация не принята

В настоящее время по протяженности ВСМ лидирует КНР. По транспортной стратегии к 2030 году протяженность ВСМ достигнет показателя 4200 тыс. км. К 2020 году - ВСМ Москва-Казань (803 км)

Четыре ВСМ по плану:

ВСМ-1 Москва – Санкт-Петербург ( ~ 700 км), ВСМ-2 Москва – Екатеринбург ( ~ 1500 км), ВСМ-3 Москва - Адлер (1758 км), Казань – Москва

В силу того, что в разных странах ЖД создавались с разной шириной колеи, а ВСМ, как правило, имеет ширину колеи 1435 мм (нормальная/стефенсоновская колея), то можно условно выделить три концепции создании ВСМ.

В этих странах ВСМ были созданы отдельными железнодорожными линиями, которые не имеют пересечения с другими железными дорогами из-за разной ширины колеи (ВСМ – 1435 мм).

Ширина колеи обычных железных дорог: Япония – 1067 мм, Испания – 1668 мм.

■ Французская концепция Во Франции ширина колеи ВСМ не отличается от ширины колеи обычных

ЖД, но ВСМ предназначена исключительно для высокоскоростного движения. ■ Германо-Итальянская концепция

В этих странах ВСМ создавались на основе модернизации или реконструкции существующих ЖД. На реконструируемых под ВСМ дороги было сохранено существующее движение.

Все ВСМ в РФ будут иметь ширину 1520 мм.

Сравнение ВС ЖДТ с авиационным и автомобильным транспортом показывает, что при скоростях движения 250-350 км/ч ВСМ имеют явные преимущества с точки зрения комфорта и безопасности в дневных поездках на расстояние 400-800 км и на расстояние 1700-2500 км в ночных поездках (до 12 часов в пути).

Дополнительное удобство – поезда ВСМ прибывают и отправляются с вокзалов, расположенных в непосредственной близости от центров городов. ВСМ в сравнении с авиа и автотранспортом имеют самый низкий удельный выброс в окружающую среду. При равных пассажиропотоках ВСМ занимает меньшие территории, чем это требуется для автострад и аэропортов.

Основные требования к ВСМ

Основные требования к ВСМ определяются ее главным назначением – осуществление массовых регулярных ВС перевозок населения преимущественно

больших и средних городов. При проектировании в строительстве и эксплуатации ВСМ необходимо обеспечить:

1. Безопасность пассажиров и максимальную комфортность

2. Потребную пропускную способность магистрали на заданную перспективу

3. Максимальная привлекательность для пассажиров 4. Жизнеспособность ВСМ, в т.ч. в чрезвычайных ситуациях

5. Минимальное отрицательное воздействие на окружающую среду Потребная пропускающая способность определяется на перспективу 20 -25 лет

с учетом перераспределения пассажиров с авиа и автомобильного транспорта. Для максимального пользования услугами ВСМ, ее траса должна максимально приближаться к городам.

Минимизация воздействия на окружающую среду включает в себя: 1. Защита населения от шума 2. Рекультивация территорий, прилегающих к трассе ВСМ

3. Обход особо охраняемых территорий, прилегающих к трассе ВСМ 4. Минимизация отчуждающих с/х угодий

5. Сохранение условий стока поверхностных и грунтовых вод

Жизнеспособности ВСМ, в т.ч. в ЧС (наводнения, землетрясения, снежные лавины или заносы) способствуют принимаемые на стадии проектирования инженерные и организационные решения:

1. Наличие возможности выхода ВСМ на обычные ЖД (для обхода поврежденного участка ВСМ, подвоза восстановительных материалов)

2. Укладка дополнительных приемоотправочных путей (как правило, на перегонах, для быстрой пересадки пассажиров из неисправного поезда на исправный)

3. Создание эффективной системы снегоборьбы:

■ Круглосуточный мониторинг состояния снежного покрова;

■ Круглосуточный мониторинг метеоусловий;

■ Электрообогрев стрелочных переводов;

■ многоярусные лесозащитные полосы;

■ Принудительный спуск снежных масс в горных районах

4. Установка в сейсмоактивных зонах датчиков землетрясений, передающих сигнал на остановку поездов.

Гармонизация требований к ВСМ

Развитие ВСМ в отдельных европейских странах, а затем создание общеевропейской сети ВСМ поставили вопрос о их совместимости между собой.

Параметры, требующие унификации:

В большинстве европейских стран ширина колеи 1435 мм.

В Испании и Португалии – 1668 мм.

В Финляндии – 1524 мм.

2. Система электрификации железных дорог

Франция и Великобритания: ~ 25 кВ, 50 Гц; =1,5 кВ. Германия: ~ 15 кВ, 16 2/3 Гц.

Россия: ~ 25 кВ, 50 Гц; = 3 кВ.

3. Различные габариты подвижного состава

4. Различие пассажирских платформ

Для обеспечения совместимости ЖД Европы была создана специальная европейская комиссия, которая разработала и утвердила серию документов по технической совместимости ВСМ.

Основные требования к ВСМ должны излагаться в нормативных документах, которые являются базой для последующего проектирования и строительства, т.е. конструировать ВСМ без соответствующих требований нельзя.

В настоящее время в нашей стране разрабатывается нормативная база для высокоскоростного железнодорожного транспорта.

На основе этих двух документов в нашей стране разрабатывается 41 национальный стандарт (41 ГОСТ Р) для всех элементов инфраструктуры и 15 сводов правил (СП).

В этих стандартах отражены все необходимые нормы и требования к инфраструктуре и к подвижному составу ВСМ, СП отражают правила проектирования

К основным элементам инфраструктуры ВСМ относятся:

1. Трасса ВСМ (основные параметры, план и продольный профиль)

2. Земляное полотно и железнодорожный путь

4. Система железнодорожной автоматики, телемеханики и связи (ЖАТ)

5. Система электроснабжения

6. Раздельные пункты

7. Вокзалы, депо, ремонтные зоны

Выбор трассы ВСМ

Принципиальную схему трассы ВСМ определяют в основном следующие факторы:

1) Расположение головных или конечных станций и заходы ВСМ в крупные города

2) Размеры ожидаемых пассажирских перевозок

3) Степень застройки территории

4) Характер взаимодействия ВСМ с существующими железными дорогами Основной целью выбора оптимального варианта трассы будущей ВСМ явля-

ется привлечение максимального пассажиропотока при кротчайшей протяженности линии.

Многолетний зарубежный опыт проектирования и эксплуатации ВСМ доказал целесообразность размещения головных станций в центрах крупных городах.

II) Природные факторы Горные хребты и ущелья, водоемы, заповедники, заказники, особо охраняемые

территории, болота, слабые грунты, участки схода лавин, оползней.

III) Технические факторы

1) Установленная максимальная скорость (влияет на минимальный потребный радиус кривых)

2) Руководящий уклон (максимальный уклон)

1) Пути миграции редких и ценных животных

2) Шумовое воздействие

3) Расположение попутных водоразделов и долин рек.

Трассирование линии ВСМ

Трассирование линии ВСМ осуществляется на основе создания высокоточной координатной системы (ВКС) с целью использования точных пространственных данных при проектировании, строительстве и эксплуатации ВСМ, осуществлении контроля геометрических параметров пути и мониторинга состояния объектов инфраструктуры в едином координатном пространстве.

Технические нормы проектирования плана главных путей ВСМ

План ЖД линии – проекция трассы на горизонтальную плоскость.

План линии – сочетание прямых участков пути различного направления, плавно сопряженных друг с другом посредством кривых участков.

Прямые участки пути имеют значительные строительные и эксплуатационные преимущества по сравнению с криволинейными. Поэтому при проектировании ЖД линий и, особенно ВСМ, необходимо стремится к устройству прямых участков большой протяженности.

Наиболее простой и распространённый формой кривой ЖД пути является дуга окружности, такие кривые носят названия круговых кривых .

Рисунок 1 – схема круговой кривой

Основные параметры круговой кривой: направление поворота, угол поворота , радиус кривой R, тангенс кривой Т, длина кривой К.

Минимальная величина радиуса кривой устанавливается по требованию безопасности и комфорта проезда пассажиров и зависит от максимальной скорости движения поездов.

Зависимость радиуса от скорости движения определяется поперечными силами, действующими на подвижной состав в кривой. Основной из них является центробежная сила направленная от центра кривой и стремящаяся вытолкнуть или опрокинуть подвижной состав.

Конструкции земляного полотна (рис.1) разработаны с учетом результатов инженерно-геологических изысканий, которые показали, что на значительной части трассы ВСМ присутствует наличие слабых оснований (грунтов).

Основные проектные решения для земляного полотна предусматривают применение ЩПГС специального гранулометрического состава для материалов первого защитного слоя, для материалов второго защитного слоя пески крупные, средней крупности и мелкие, для тела насыпи применяются щебенистые грунты, пески и глинистые грунты с добавлением цемента до 5%.

В целях обеспечения прочности, стабильности геометрических параметров предусмотрено применение специальных вяжущих и стабилизирующих грунтовых полифилизаторов, а также геосинтетических материалов для разделения слоев, обеспечения фильтрации, дренажа и армирования.

Верхнее строение пути

В качестве основной конструкции верхнего строения пути (далее – ВСП) (рис.2) разработана безбалластная конструкция, которая учитывает европейский и китайский опыт строительства и эксплуатации ВСМ с таким типом ВСП.

Рисунок 1 – Конструкции земляного полотна

Рисунок 2 – Безбалластное верхнее строение пути для ВСМ

Проработаны проектные решения стрелочных переводов (рис.3) для скоростей движения по прямому направлению – 400 км/ч, по боковому не менее 220 км/ч.

Рисунок 3 – Стрелочные переводы. Конструктивные особенности для ВСМ. Потребности

Контактная сеть

В настоящее время разработан проект схемных и конструктивных решений по контактной сети (рис.4) для ВСМ Москва – Казань, включая подтверждающие расчеты и результаты математического моделирования.

Рисунок 4 – Особенности контактной сети для ВСМ

Проектные решения подготовлены с учетом рассмотрения предварительных технических решений в профессиональном сообществе, учтены замечания российских, китайских, французских и немецких партнеров, а также с учетом возможностей отечественных производителей элементов контактной сети для скоростей движения до 400 км/ч.

Контактная сеть для ВСМ Москва – Казань классифицирована на четыре основных типа с условными наименованиями:

- КС-400 – на главных путях высокоскоростного участка переменного тока;

- КС-170 – на станционных путях участка переменного тока и диспетчерских съездах;

- КС-250-3 – на главных путях участка постоянного тока;

- КС-170-3 – на станционных путях участка постоянного тока.

Конструктивные решения по всем четырем типам контактных сетей приняты максимально унифицированными, за исключением основных проводов и типов контактных подвесок.

Основные провода контактной подвески КС-400 на высокоскоростном участке приняты российского или китайского производства.

Контактный провод – медь-хром-циркониевый или медно-магниевый, сечением 150 мм² с натяжением 36 кН.

Несущий трос – медно-магниевый, сечением 120 мм² и натяжением 28 кН.

В Китайской народной республике указанные провода серийно выпускаются и применяются на высокоскоростных железнодорожных магистралях.

Вне зависимости от страны-производителя форма поперечного сечения контактного провода должна соответствовать ГОСТ Р 55647-2013.

На участках постоянного тока, а также на станционных путях, приняты российские провода сечением 120 мм² из оловянистой бронзы Бр1 по ГОСТ Р 55647-2013. Такие провода в настоящее время производятся и применяются в контактных сетях КС-200/250.

Контактная подвеска КС-400 – цепная компенсированная рессорная. Максимальная длина пролета принята 65 м.

На станционных путях участка переменного тока применяется контактная подвеска КС-170 с российскими проводами Бр1-120+БрФ1-120, выполняемая без рессорного троса.

На участке постоянного тока применятся контактные подвески КС-250-3 и КС-170-3 с российскими проводами, как в рессорном, так и в не рессорном исполнении.

Все параметры контактных подвесок выбраны на основе математического моделирования.

По результатам проектирования максимальная длина анкерного участка контактной подвески составляет 1400 м, по результатам электрических расчетов температурный диапазон контактной подвески 130 С: от ‑50°С до +80°С.

В качестве стоек опор принята металлическая двухшвеллерная конструкция, усиленная для обеспечения требуемых параметров жесткости.

Фундаменты опор на высокоскоростном участке приняты в виде буронабивных свай. Свая имеет диаметр 620 мм в теле земляного полотна с расширением кверху до диаметра 800 мм.

На участках постоянного тока используются вибропогружаемые трехлучевые фундаменты.

Анкеровки контактной подвески приняты с компенсаторами барабанного типа, широко применяемыми на большинстве ВСМ стран Европы и Азии. На первоначальном этапе планируется применение барабанов китайского производства с последующей локализацией в России.

Искусственные сооружения

Большое значение придается оптимизации проектных решений, позволяющих снизить общую стоимость строительства проекта. На сегодня разработана линейка сборных железобетонных, сталежелезобетонных унифицированных пролетных строений и других конструкций искусственных сооружений.

Предложены и подлежат дальнейшей проработке самые прогрессивные технологии изготовления и возведения пролетных строений.

Сложнейшей задачей является проектирование внеклассных мостов для высокоскоростной магистрали. Завершен выбор створов мостовых переходов через реки Волга, Ока, Сура и Клязьма. Разработаны варианты проектных решений для создания внеклассных мостовых переходов.

Все сооружения можно классифицировать по следующим признакам:

- железнодорожные мосты через водотоки, в том числе мосты через судоходные реки: Клязьма, Ока, Сура, Волга;

- железнодорожные путепроводы над автомобильными и железными дорогами, скотопрогоны.

На основе результатов предварительных расчетов и рассмотрения различных конструкций пролетных строений согласована номенклатура унифицированных пролетных строений.

Для участков высокоскоростного движения разработаны балочные пролетные строения коробчатого типа под два железнодорожных пути с расстоянием между смежными путями 5000 мм для прямолинейных участков пути и пути в кривых радиусом более 5000 м из преднапряженного железобетона и сталежелезобетонные, унифицированные по габаритным параметрам и для использования в вариантах с безбалластным верхним строением пути и для пути на балласте номенклатуры (рис.5):

- разрезное из предварительно напряженного железобетона сборное (изготавливаемое на полигоне) полной длиной 34,2 м;

- разрезное из предварительно напряженного железобетона монолитное (изготавливаемое в проектном положении) полной длиной 34,2 м;

- разрезное сталежелезобетонное (композитное) (изготавливаемое в проектном положении) полной длиной 34,2 м;

- разрезное из предварительно напряженного железобетона сборное (изготавливаемое на полигоне) строительной высотой аналогичной пролетным строениям 34.2 м, - полной длиной 23,6 м;

- из предварительно напряженного железобетона монолитное (изготавливаемое на полигоне), пониженной строительной высоты, полной длиной 23,6 м;

- разрезное из предварительно напряженного железобетона монолитное (изготавливаемое в проектном положении) полной длиной 50,0 м;

- разрезное сталежелезобетонное (композитное) (изготавливаемое в проектном положении) 50,0 м;

- неразрезное из предварительно напряженного железобетона рамной конструкции (16,0×22,0×16,0);

- неразрезное из предварительно напряженного железобетона (40,6×66,0×40,6);

- неразрезное из предварительно напряженного железобетона (48,0×88,0×48,0);

- неразрезное из предварительно напряженного железобетона (58,0×110,0×58,0).

Конструкции опор эстакад:

- 3 типа опор эстакадных участков для вариантов схем с унифицированными пролетными строениями полной длиной 34,2 м и 23,6 м всех типов;

- конструкция устоя эстакад со схемами, в которых используются унифицированные пролетные строения 34,2 м и 23,6 м для высоты насыпи 8,0 м.

Отдельно разработаны конструкции малых искусственных сооружений с пролетами до 20 м и водопропускных труб, для пропуска через насыпи ВСМ Москва – Казань малых и переменных водотоков, автомобильных дорог четвертой и пятой категории, полевых дорог, скотопрогонов, зверопроходов.

Система железнодорожной автоматики и телемеханики

· в качестве общесистемных:

- система управления должна обеспечивать движение поездов различной категории – высокоскоростных, скоростных, ускоренных пассажирских и специальных, а также хозяйственных;

- основным средством контроля свободности и занятости участков пути на станциях и перегонах, каналом передачи информации о состоянии впереди расположенных блок-участков, а также средством обеспечения контроля целостности рельсов являются рельсовые цепи тональной частоты (ТРЦ);

· к системе управления движением поездов:

- высокоскоростная магистраль должна быть оборудована диспетчерской централизацией, все станции в штатном режиме должны работать в режиме диспетчерского управления, с возможностью перевода в режим станционного (обгонные пункты) или комбинированного (станции) управления при проведении плановых регламентных работ на инфраструктуре или при возникновении нештатных ситуаций;

- должно обеспечиваться управление движением поездов в режиме диспетчерского управления по обоим путям в обоих направлениях, в том числе – с возможностью установки маршрутов по диспетчерским съездам;

· к системе управления движением поездов на перегонах:

- на перегонах основным средством разграничения попутно следующих поездов должна быть система интервального регулирования без проходных светофоров;

· к системе управления движением поездов на станциях:

‒ на станциях основным средством управления движением поездов всех категорий должна быть микропроцессорная электрическая централизация стрелок с бесконтактным управлением объектами;

‒ с точки зрения архитектуры построения, с учетом относительно небольшого количества объектов управления и контроля (стрелок и светофоров) – наиболее эффективным является применение мультистанционных систем централизации;

· к системе передачи информации на локомотив:

‒ информация о допустимых параметрах движения каждого поезда, включая информацию о местах постоянного или временного ограничения максимальной скорости движения, должна формироваться в радиоблокцентре на основе информации, полученной от УВК центрального поста ДЦ, от бортовых систем безопасности поездов, находящихся на полигоне управления, и от других автоматизированных систем;

‒ передача на локомотив информации о допустимых параметрах движения по цифровому радиоканалу должна обеспечиваться по каналам стандарта GSM-R;

‒ информация о количестве свободных блок-участков и показаниях светофоров по маршруту следования поезда должна передаваться посредством путевых устройств многозначной АЛС;

· система технической диагностики и мониторинга должна обеспечивать диагностирование работы всех устройств и компонентов системы управления и обеспечения безопасности движения поездов:

‒ диагностика работы напольных объектов должна выполняться с точностью до устройства;

‒ микропроцессорные системы управления и обеспечения безопасности движения поездов должны иметь встроенную самодиагностику с точностью до блока или платы компонента системы;

‒ информация от системы диагностики и мониторинга, в том числе и бортовых устройств должна быть доступна уровню диспетчерского управления в полном объёме, а уровню станционного управления - в объёмах своей зоны управления.

Система железнодорожной автоматики и телемеханики проектируется с учетом:

‒ технологии организации движения поездов на ВСМ;

‒ взаимодействие с действующими линиями и неспециализированным подвижным составом;

‒ технологии обслуживания инфраструктуры и подвижного состава;

‒ требований к нормам электромагнитной совместимости с подвижным составом и защиты от перенапряжений;

‒ категорирования объектов по транспортной безопасности и информационной безопасности.

При построении системы нижнего уровня используется опыт проектирования на Малом Московском кольце комплекса устройств ЖАТ, состоящего из микропроцессорной централизации, системы интервального регулирования с плавающими блок-участками без проходных светофоров на базе тональных рельсовых цепей, АЛС-ЕН и радиоблокцентра.

Инновационная комплексная система диагностики состояния объектов инфраструктуры высокоскоростного железнодорожного транспорта

Этот проект открывает новый класс средств диагностики – автономных высокоточных измерительных систем. Информационно-измерительная система работает полностью в автономном режиме и не требует участия оператора. Наиболее важная информация, получаемая в ходе проезда, автоматически пересылается по выделенному радиоканалу заданным потребителям для оперативного принятия управленческих решений.

Основной целью развития скоростного и высокоскоростного железнодорожного транспорта является создание условий для социально-экономического развития территорий Российской Федерации на основе эффективного развития и модернизации железнодорожного транспорта.По комплексу характеристик скоростной и высокоскоростной железнодорожный транспорт значительно превосходит альтернативные виды транспорта, обеспечивая социально-экономическую целостность страны и позволяя кардинально повысить подвижность населения, ускоряет развитие культурных и экономических связей. Строительство скоростных и высокоскоростных магистралей не только обеспечивает решение целого ряда транспортных задач на много лет вперёд, но и стимулирует развитие наукоёмких производств, которые будут в нём участвовать.

Развитие скоростных и высокоскоростных железнодорожных перевозок позволит обеспечить улучшение транспортных связей, создание более привлекательных условий для пассажиров, повышение комфортности и безопасности пассажирских перевозок, сокращение времени в пути. Создание привлекательных условий транспортного обеспечения позволит привлечь на железнодорожный транспорт дополнительный пассажиропоток с авиационного и автомобильного транспорта, сократить убыточность пассажирских перевозок и негативное воздействие транспорта на экологию. Организация скоростного и высокоскоростного движения на железнодорожном транспорте также обеспечит сокращение потребности в подвижном составе, поддержание и дальнейшее стимулирование научно-технического и интеллектуального потенциала страны за счет размещения на отечественных предприятиях заказов на создание новых образцов техники мирового уровня.

К основным задачам, стоящим на пути развития скоростного и высокоскоростного движения в России, относятся:

- разработка комплекса технических регламентов и национальных стандартов, с учетом мирового опыта проектирования, строительства и эксплуатации скоростного и высокоскоростного железнодорожного транспорта;

- разработка и реализация системы финансового обеспечения проектов с учетом возможного использования различных источников инвестиций, определение роли и форм участия государства и частных инвесторов в реализации проектов скоростных и высокоскоростных железнодорожных магистралей;

- разработка и производство технических средств нового поколения для скоростных и высокоскоростных магистралей, включая инфраструктуру и подвижной состав;

- подготовка кадров для обеспечения скоростного и высокоскоростного движения.

Предусматриваются три комплекса системных программных мероприятий, направленных на повышение скоростей движения на железнодорожном транспорте:

1. Повышение до 80-100 км/ч маршрутных скоростей дальних пассажирских поездов, следующих на расстояния более 700 км.Обслуживание будет осуществляться пассажирскими вагонами со спальными местами.

2. Организация скоростного железнодорожного движенияпосле реконструкции действующих линий между крупными региональными центрами скоростными поездами, с максимальной скоростью до 160-200 км/ч. Приоритетные направления для организации скоростного движения представлены в таблице 3.3.

К основным задачам, стоящим на пути развития скоростного и высокоскоростного движения в России, относятся:

- подготовка кадров для обеспечения скоростного и высокоскоростного движения.

Экономическая и социальная эффективность ВСМ в масштабах государства, относительно малое отрицательное воздействие на окружающую среду в сравнении с другими видами транспорта склонили общественное мнение в развитых странах в пользу высокоскоростных железных дорог.

С учетом неоспоримых преимуществ ВСМ решения о сооружении таких линий приняты в качестве государственных программ во многих странах. В Европе эти планы вышли на межгосударственный уровень.

Однозначной, объективно существующей границы, определяющей зону высокоскоростного движения на железнодорожном транспорте, такой как, например, "звуковой барьер" в авиации 2 \ не существует.

Еще в середине XX столетия к категории "высокоскоростного" на железнодорожном транспорте относили движение со скоростями 140 . 160 км/ч. За последние 50 лет граница высокоскоростного движения поднялась к значению 200 км/ч. Эта величина, принятая в настоящее время во многих странах, в значительной мере носит конвенциональный и исторически сложившийся характер. Однако предпосылки к определению, пусть несколько размытой, зоны высокоскоростного движения все-таки имеются.

Для традиционной железнодорожной транспортной системы колесо-рельс при переходе скоростной границы 200 . 250 км/ч наблюдается значительное увеличение сопротивления движению подвижного состава и, как следствие, рост энергетических затрат на тягу поезда.

Для скоростей движения выше 200 км/ч требуются иные технические нормы и более высокая, чем на обычных линиях, оснащенность стационарных устройств, инфраструктуры и подвижного состава, что приводит к росту капитальных затрат на строительство, стоимости подвижного состава и более высоким эксплуатационным расходам, что, однако, перекрывается высоким экономическим и социальным эффектом при массовых пассажирских перевозках.

Максимальные скорости движения поездов по ВСМ в коммерческой эксплуатации в зависимости от конкретных условий и проектных решений (конструктивных параметров линий) составляют 250. 350 км/ч. Это определяется расчетами и подтверждено опытом эксплуатации. При обеспечении заданного уровня безопасности и комфорта ВСМ экономически и социально более привлекательны в сравнении с другими видами транспорта, особенно при массовых перевозках пассажиров в дневных поездках на расстояния 400 . 800 км в вагонах с местами для сидения и на 1700 . 2500 км - в спальных вагонах ночных поездов.

Сегодня сложилась следующая градация скоростей в пассажирском движении:

до 140 . 160 км/ч ~ движение поездов на обычных железных дорогах;

до 200 км/ч - скоростное движение поездов, как правило, на реконструированных линиях;

свыше 200 км/ч - высокоскоростное движение на специально построенных ВСМ.

Сравнение высокоскоростного железнодорожного, авиационного и автомобильного транспорта показывает, что при расстояниях порядка 400 . 800 км высокоскоростные поезда, обеспечивая более высокий уровень комфорта и безопасности, предоставляют пассажиру и большую скорость передвижения (меньшее время в пути). Дополнительным удобством является и то, что поезда ВСМ отправляются и прибывают на вокзалы, расположенные в непосредственной близости от центров городов.

Опыт всех осуществленных проектов ВСМ в мире показал, что в транспортных коридорах после начала эксплуатации высокоскоростных поездов происходит перераспределение пассажиропотока в пользу высокоскоростного железнодорожного транспорта.

Чрезвычайно важным является то, что ВСМ по сравнению с авиа- и автотранспортом имеют самый низкий удельный выброс загрязнителей в окружающую среду, при равных пассажиропотоках занимают меньшие территории, чем это требуется для автострад и аэропортов.

Организация коммерческого движения поездов со скоростями более 200 км/ч с высоким уровнем безопасности и комфорта для регулярной перевозки большого количества людей, а в ряде случаев и доставки специальных грузов, потребовала создания новых технических средств железнодорожного транспорта.

Условно, с некоторой долей упрощения и приближения, можно выделить три основных концептуальных подхода к организации высокоскоростного движения.

Японская и испанская концепции предусматривают сооружение ВСМ, путевая (рельсовая) система которых полностью изолирована от остальной железнодорожной сети страны.

Французская концепция предполагает строительство новых ВСМ, входящих в общий состав сети, но предназначенных исключительно для высокоскоростного подвижного состава.

Итальянская и германская концепции заключаются в комплексной реконструкции железнодорожных направлений, при которой осуществляется строительство высокоскоростных участков и модернизация существующих линий, спрямление главных путей с целью организации скоростного и высокоскоростного движения.

Кратко остановимся на каждой из них.

В Японии в силу исторических причин и топографических условий железные дороги строились с узкой колеей - 1067 мм. ВСіМ в этой стране сооружаются с использованием так называемой "стефенсоновской" колеи 1435 мм. Они, за исключением специальных участков, получивших название "мини- Синкан-сэн" 25 , полностью изолированы от остальной железнодорожной сети.

Так же как и в Японии, в Испании рельсовая система ВСМ нормальной колеи 1435 мм отделена от общей сети железных дорог колеи 1668 мм.

Определенным отличием ситуации в этих странах при схожести концепции создания ВСМ является то, что в Испании на ВСМ выходят поезда типа Тальго (см. далее), вагоны которых имеют устройство колесных пар, позволяющее двигаться по пути с разной шириной колеи (1668/1435) 26 .

В Японии и Испании на ВСМ построены специальные станции, но в ряде случаев для высокоскоростного подвижного состава пути подведены к платформам существующих железнодорожных вокзалов.

Во Франции для высокоскоростного движения построены специальные магистрали. Поскольку ВСМ и сеть обычных железных дорог имеют одну и ту же колею 1435 мм, высокоскоростные поезда могут выходить на обычные линии, что увеличивает зону обслуживания. Однако подвижной состав обычных железных дорог никогда не заходит на высокоскоростные линии. Как правило, в крупных городах поезда ВСМ обслуживаются на существующих вокзалах, которые перед началом эксплуатации ВСМ подверглись реконструкции и расширению. Имеются также и новые станции, и вокзалы, сооруженные для ВСМ. Так, в пригороде Парижа на ВСМ впервые введен в эксплуатацию совмещенный вокзал - аэропорт Шарль де Голль Руасси, где осуществляется непосредственная пересадка пассажиров с поездов на самолеты и обратно.

В Италии и Германии на реконструированных железнодорожных направлениях осуществляется смешанная эксплуатация высокоскоростных и обычных пассажирских поездов, а также ускоренных грузовых поездов.

При организации высокоскоростного железнодорожного движения в этих “странах проводилась комплексная модернизация железнодорожных участков. Строились новые линии ВСМ, а также осуществлялась модернизация старых железных дорог данного коридора с устройством многочисленных соединений с участками ВСМ. В конечном итоге это позволило получить железнодорожные магистрали с тремя, четырьмя и иногда пятью путями, как правило, обезличенными; по некоторым из них на значительном протяжении можно осуществлять движение поездов со скоростями более 200 км/ч. Такие железнодорожные направления эксплуатационно гибки, позволяют в случае необходимости обеспечивать движение по всем путям в одном направлении.

При проектировании ВСМ в отличие от обычных железных дорог главной задачей стала трассировка линии с применением горизонтальных кривых больших радиусов-от 4 до 7 км. Исключение составляла первая высокоскоростная линия Токио-Осака (Япония), где минимальный радиус был принят равным 2,5 км.

В то же время в 60-е годы XX столетия был создан железнодорожный подвижной состав, который способен при высоких скоростях движения преодолевать уклоны значительно большей крутизны, чем это было принято на старых линиях. Так, например, на французских ВСМ максимальный уклон на затяжных подъемах принимается равным 35%о, на новых линиях в Германии - 40%о. Это позволяет уменьшить объем земляных работ при строительстве и в ряде случаев избежать на перевальных участках устройства дорогостоящих тоннелей. Радиус вертикальных кривых при сопряжении смежных элементов профиля на ВСМ колеблется от 15 до 30 км. Максимальное возвышение наружного рельса составляет 125 . 180 мм, что в сочетании с относительно большими радиусами кривых не создает дискомфорта для пассажиров при движении поездов с максимальной скоростью.

В настоящее время наметилось несколько принципиально отличных подходов к созданию железнодорожного пути для ВСМ.

В Японии на первой в мире ВСМ Токио-Осака был уложен бесстыковой путь из рельсов 53,3 кг/пог. м (позже замененных на рельсы массой 60 кг/пог.м) на железобетонных шпалах на щебеночном балласте и на земляном полотне. Большие затраты на содержание пути традиционной конструкции при высоких скоростях движения предопределили дальнейший выбор японских специалистов - использование жестких (плитных) оснований вместо балластной призмы и практически полный отказ от земляного полотна на новых’ линиях ВСМ. К этому решению подтолкнуло также то, что на новых ВСМ Японии доля пути на участках с искусственными сооружениями приближалась к 100%.

Во Франции после анализа японского опыта была принята конструкция главных путей ВСМ, предусматривающая укладку бесстыкового пути из рельсов массой 60,8 кг/пог.м на шпальнобалластном основании на земляном полотне. При этом учитывались два решающих достоинства балластного варианта по сравнению с плитным: значительно меньшая цена самой конструкции

(на участках с преобладанием земляного полотна) и больший запас устойчивости пути против поперечного сдвига от воздействия подвижного состава.

Принимались во внимание и недостатки плитного основания на земляном полотне, которые проявились в Японии, в частности, дороговизна такой конструкции, трудности устранения геометрических отклонений пути (хотя они и меньше по величине), отсутствие отлаженной технологии укладки пути, неопределенность его поведения на слабых грунтах.

Многолетний опыт эксплуатации французской ВСМ Па-риж—Лион подтвердил высокие эксплуатационные качества и надежность пути на балласте. Он уложен и на других ВСМ Франции, предназначенных для движения поездов со скоростями до 350 км/ч.

В Германии на первых линиях ВСМ предпочтение отдавалось пути на земляном полотне с балластной призмой. Однако позднее, когда возникла проблема строительства спрямляющих ходов с большим числом тоннелей и других искусственных сооружений, были проведены исследования и испытания пути на жестком основании. В результате было признано целесообразным применение верхнего строения японского типа с некоторыми коррективами немецких специалистов, принятыми в соответствии с местными условиями.

На первой испанской ВСМ Мадрид-Севилья применена конструкция пути, близкая к французской.

Топографические условия в районах первых перспективных ВСМ России близки к западноевропейским, поэтому можно считать целесообразным применение балластного пути на земляном полотне с использованием современной технологии уплотнения насыпей.

Из-за необходимости обеспечения более прямой трассы и обязательного устройства развязок с другими видами транспорта в разном уровне на высокоскоростных линиях строится большее, чем на обычных линиях, количество искусственных сооружений.

Мосты, виадуки, путепроводы на ВСМ во избежание образования на подходах к ним б'-образных кривых устраиваются, как правило, двухпутными. Рельсы укладываются на шпальную решетку и балластный слой или на плитное основание. К искусственным сооружениям предъявляются особые требования в связи со специфическим характером динамических нагрузок, вибрационных и шумовых характеристик при высоких скоростях движения. В последние годы отдается предпочтение конструкциям из предварительно напряженного железобетона.

В первые годы эксплуатации тоннелей на ВСМ специалисты столкнулись с негативными последствиями ударных звуковых волн при проходе поездами тоннелей на больших скоростях. Это потребовало принятия мер по герметизации подвижного состава и устройства различных инженерных конструкций в виде решетчатых раструбов у порталов тоннелей, дополнительных вентиляционных штолен, воздушных камер и т.п., смягчающих фронт ударной волны перед поездом.

Раздельные пункты - станции, обгонные пункты и диспетчерские посты - в значительной мере определяют уровень обеспечения жизнедеятельности высокоскоростных и скоростных железнодорожных магистралей.

Особенностью японского и испанского вариантов, как отмечалось выше, является полная рельсовая автономность ВСМ от обычных железных дорог. Это потребовало на всем протяжении ВСМ сооружения новых промежуточных пассажирских станций с полным комплексом устройств. Для обеспечения удобной пересадки пассажиров с поездов обычных линий на высокоскоростные и обратно в Японии и Испании вновь сооружаемые станции совмещают на одной площадке со станциями обычных железных дорог.

Французский вариант предусматривает размещение на ВСМ только тех раздельных пунктов, которые необходимы для организации движения поездов. Пассажирские операции передаются на_ ближайшие обычные вокзальные комплексы, на которые по специально построенным соединительным путям заходит часть высокоскоростных поездов. Кроме раздельных пунктов с путевым развитием, в среднем через 22-24 км размещаются диспетчерские посты с укладкой двух съездов между главными путями для возможности перевода движения с одного пути на другой.

Итальянский и германский варианты В СМ также предполагают использование существующих железнодорожных станций, но, как правило, расширенных и реконструированных, ?,

Стрелочные переводы являются важнейшим элементом путевого развития раздельных пунктов. Проектирование и строительство ВСМ послужило мощным толчком к разработке новых типов стрелочных переводов, в том числе и таких, которые обеспечивают высокую скорость движения как по прямому, так и по отклоненному направлению.

Упомянутая ранее генеральная стратегия трассирования ВСМ по кратчайшим направлениям с устройством соединительных ответвлений для захода части высокоскоростных поездов на крупные пассажирские станции обычных линий стимулировала французских специалистов к разработке, производству и широтному применению пологих стрелочных переводов с крестовинами марки 1/65, допускающих максимальную скорость движения на боковой путь до 220 км/ч. На ВСМ Париж-Лион из 136 стрелочных переводов 87 имеют конструкцию с подвижными элементами крестовины марки 1/65 или 1/46.

В Германии используются несколько типов стрелочных переводов для скоростного и высокоскоростного движения, среди них - безостряковый с двумя передвижными рельсами, допускающий скорость движения на боковой путь до 350 км/ч.

Системы текущего содержания стационарных устройств* применяемые на эксплуатируемых зарубежных ВСМ, позволяют десятилетиями поддерживать их должное состояние в условиях интенсивного движения поездов. Эти системы включают в себя технические средства контроля и диагностики; они обслуживаются производственными подразделениями, оснащенными высокопроизводительными машинами и механизмами, имеющими базы технического обслуживания вдоль линии, специальные контрольно-измерительные поезда (вагоны) для получения характеристик пути, контактной сети, устройств СЦБ и связи.

Создание высокоскоростных железнодорожных магистралей потребовало принципиально новых подходов к обеспечению безопасности функционирования железной дороги как комплексной системы.

На ВСМ обеспечивается непрерывный мониторинг состояния земляного полотна и искусственных сооружений; ведется наблюдение за состоянием атмосферы, в частности, за силой и направлением ветра, интенсивностью выпадения осадков, в некоторых случаях осуществляется контроль сейсмической активности. Полученные данные передаются непосредственно в автоматизированные системы управления движением на высокоскоростной магистрали.

На ВСМ используются комплексные методы управления движением поездов на базе интегрированных систем сигнализации, централизации и блокировки. Применяются системы многозначной автоблокировки, как правило, без напольных сигналов, АЛСН 27 с контролем скорости движения поезда и диспетчерская централизация управления стрелками и сигналами на раздельных пунктах.

В высокоскоростном движении применяется электрический подвижной состав. Предпринимались попытки использовать для тяги высокоскоростных поездов дизели и газотурбинные установки.

Высокоскоростные поезда представляют собой составы постоянного формирования с локомотивной или моторвагонной тягой. В ряде случаев для высокоскоростного движения используются сочлененные вагоны с промежуточными тележками. Подвижной состав ВСМ характеризуется низкой нагрузкой от колесных пар на рельсы - около 16 . 18 т. В опытном японском поезде 5ТАИ21 удалось добиться нагрузки на ось всего 7,4 т.

Тяговый привод с инверторными преобразователями и асинхронными тяговыми электродвигателями предопределил успех в создании высокоскоростных поездов последних двух десятилетий. Прогресс в области новой элементной базы -появление в 80-е годы запираемых тиристоров (СТО) - позволил упростить схемы преобразователей, сократить число элементов и начать широкое использование на железнодорожном транспорте мощных, компактных, надежных и относительно дешевых асинхронных тяговых двигателей.

В конструкции подвижного состава все большее применение находит модульный (блочный) принцип размещения оборудования, что существенно снижает расходы по проектированию, изготовлению и эксплуатации подвижного состава.

ВСМ, как правило, электрифицированы на переменном токе промышленной частоты 50 или 60 Гц с напряжением в контактном проводе 25 кВ. Однако в ряде стран применяется переменный ток пониженной частоты 16 2 /₃ Гц и напряжение в контактной сети 15 кВ.

Для увеличения длины межподстанционных зон энергоснабжения на ВСМ часто используется система 2 х 25 кВ переменного тока с промежуточными автотрансформаторами.

Некоторые соединительные линии и участки входов ВСМ в железнодорожные узлы электрифицированы на постоянном токе напряжением 1,5 или 3,0 кВ.

Эксплуатация ВСМ с 1964 года по настоящее время показала, что в сравнении с другими видами транспорта высокоскоростные железные дороги являются самыми безопасными. За весь период существования специализированных ВСМ на них не произошло ни одной аварии, повлекшей гибель пассажиров.

Самый серьезный инцидент в истории скоростного (не высокоскоростного - прим, авт.) движения случился 3 июня 1998 года в Германии на реконструированной железнодорожной линии к северу от Ганновера в районе станции Эшеде, где на скорости около 200 км/ч сошел с рельсов поезд 1СЕ1. В катастрофе погибло 100 человек и ранено 88. Причиной трагедии стали недостатки системы диагностирования состояния колесных пар поезда, в результате чего произошло разрушение бандажа одного из колес и сход вагонов с рельсов.

Однако даже с учетом этой катастрофы статистическое сравнение ВСМ, авиационного и автомобильного транспорта, отнесенное к единице выполненной перевозочной работы (в пасс.-км), показывает, что ВСМ близки к абсолютно безопасному транспорту.

Читайте также: