Транспортный комплекс страны, современное состояние и проблемы развития

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

железнодорожный транспорт поезд магистраль

Железнодорожный транспорт сохранят свое ведущее положение в транспортном комплексе Казахстана, что обусловлено его технико-экономическими преимуществами, большими расстояниями доставки грузов, соответствием базовой сети железных дорог основным транспортно-экономическим связям, а также высокой грузоемкостью современной экономики в связи с ее современной ориентацией.

В транспортном комплексе республики железнодорожный транспорт играет ведущую роль в осуществлении пассажирских перевозок на дальние расстояния. С учетом экономических и экологических преимуществ железнодорожного транспорта в большинстве стран мира, особенно располагающих обширными территориями (Казахстан - 2725 тыс.км²), на современном этапе наблюдается устойчивая тенденция развития железнодорожных пассажирских перевозок.

Доля железных дорог в общем грузообороте составляет - 58%.

Тенденции к увеличению мобильности населения, осознание негативных последствий безудержной автомобилизации, особенно в экологическом отношении, необходимость экономии энергетических ресурсов нефтяного происхождения -- эти и другие факторы определяют необходимость развития скоростных и высокоскоростных пассажирских перевозок рельсовым транспортом.

В дипломной работе на тему «Транспортный комплекс страны, современное состояние и проблемы развития» рассматривается развитие высокоскоростного движения на железнодорожном транспорте.

Главным фактором, обеспечивающим железным дорогам возможность сохранения завоеванных позиций на рынке услуг, является непрерывное совершенствование качества перевозок, один из главных критериев которого - время доставки пассажиров.

Актуальность: Скоростное движение пассажирских поездов позволяет сократить затраты времени пассажира на поездку и тем самым повысить качество транспортных услуг. Благодаря этим и другим преимуществам скоростные и высокоскоростные сообщения становятся экономичной и экологически чистой составной частью мировой транспортной системы. Особенно это актуально для Казахстана - страны с огромной территорией.

Цель дипломной работы: повысить качество транспортных услуг, увеличив скорость доставки пассажиров, тем самым внести вклад в решении в одну из главных проблем развития транспортного комплекса Казахстана.

Задачи:

Ш Рассмотрение вариантов решения проблемы повышения скорости

Ш Реконструкция существующего пути для осуществления на нем скоростного движения до 200 км/ч

Ш Строительство скоростной ветки Караганда - Алматы со скоростью движения до 200 км/ч

Ш Строительство новой высокоскоростной железнодорожной магистрали с максимальной скоростью движения до 350 км/ч

Объект работы: направления Караганда - Алматы, Астана - Алматы

1. Теоретическая часть

1.1 Первая высокоскоростная магистраль

Вначале определимся, что же такое высокоскоростной железнодорожный транспорт. Системы высокоскоростного транспорта - такой тип железнодорожного транспорта, который передвигается значительно быстрее чем обычный поезд. Однако чёткого деления на высокоскоростные и обычные не существует. Обычно высокоскоростной транспорт движется со скоростью более 200 км/ч [1].

Сорок лет назад, 1 октября 1964 г., с открытием в Японии новой линии Токио -- Осака начался очередной этап развития железнодорожного транспорта. В регулярную коммерческую эксплуатацию была введена первая в мире высокоскоростная железнодорожная магистраль, так называемая Новая линия Токайдо.

В настоящее время общая протяженность сети высокоскоростных железнодорожных пассажирских сообщений в мире составляет более 5000 км, из них в Японии -- 2154 км. С учетом ранее построенных и реконструированных линий полигон обращения высокоскоростных поездов превышает 16 тыс. км. С 1964 г. ими перевезено свыше 6 млрд. пассажиров. Оценивая сегодняшнее состояние и перспективы развития этого вида сообщений на железных дорогах, полезно остановиться на некоторых исторических подробностях создания первой в мире высокоскоростной железнодорожной магистрали.

По сути, понятие «высокоскоростной железнодорожный транспорт» условно и определяется для конкретного исторического периода. Так, термины «высокоскоростной транспорт», «высокоскоростной локомотив», «высокоскоростной поезд» использовали уже в начале ХХ в., и к этим категориям тогда причисляли движение со скоростью 150 - 160 км/ч.

Следует отметить, что в настоящее время в мире сложилась следующая градация: скорости до 140 - 160 км/ч соответствует движение поездов на обычных железных дорогах; 160 - 200 км/ч -- скоростное движение, как правило, на реконструированных линиях; более 200 км/ч -- высокоскоростное движение поездов на специально построенных железнодорожных магистралях.

К началу Второй мировой войны в регулярном пассажирском движении максимальная скорость самых быстрых поездов составляла 150 - 170 км/ч. Наибольшие успехи были достигнуты в Великобритании (с поездами на паровозной тяге), Германии и США (с поездами на паровозной тяге и дизель-поездами), во Франции (с легкими автомотрисами) и Италии (с легкими автомотрисами и электропоездами) [2].

Разрушения военных лет отбросили назад железные дороги большинства стран Европы и ряда стран Юго-Восточной Азии по уровню технического состояния инфраструктуры, что привело к значительному снижению скорости движения поездов. Довоенный уровень скорости на железнодорожном транспорте в большинстве развитых в техническом отношении стран вновь был достигнут к концу 1950-х годов. Необходимо принять во внимание, что в этот период стремительными темпами шла автомобилизация, развивался воздушный транспорт, на авиалинии вышли реактивные и турбовинтовые самолеты большой вместимости. Все это привело к сокращению объема пассажирских перевозок на железных дорогах. Железнодорожный транспорт ведущих капиталистических стран мог удержать свои позиции только путем повышения скорости движения поездов и уровня комфорта поездок.

В этот же период (1950 - 1960-е годы) практически во всех этих странах велись интенсивные научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки по созданию нетрадиционных скоростных систем наземного транспорта с использованием монорельсовых железных дорог, транспортных средств на воздушной подушке и магнитном подвесе. Весьма впечатляющие первые результаты, которые были показаны колесными монорельсовыми транспортными системами типов Alweg (Германия, Швеция), Skyway (США), SAFEGE (Франция), опытными поездами на воздушной подушке (аэровагонами) французского конструктора Ж. Бертэна (J. Bertin), привели некоторых ученых-транспортников к выводу, что скоростной и высокоскоростной сухопутный транспорт будет развиваться в русле новых, нетрадиционных технологий. Были опубликованы результаты теоретических исследований и расчетов, показывающие, что предел скорости безопасного движения по железным дорогам с использованием классической технологии колесо -- рельс якобы составляет 200 - 250 км/ч.

Между тем потенциал системы колесо -- рельс оказался гораздо выше, чем предполагалось. В ряде стран в 1950-е годы велись работы по повышению скорости движения на традиционных железных дорогах. Значительные успехи были достигнуты во Франции. Здесь 28 и 29 марта 1955 г. два опытных поезда из трех вагонов общей массой 111 т, ведомые электровозами серий СС 7100 и ВВ 9000 соответственно, развили скорость 331 км/ч (можно заметить, что 18 мая 1990 г., также во Франции, экспериментальный электропоезд серии TGV Atlantique установил мировой рекорд скорости для традиционных железных дорог, равный 515,3 км/ч и не превзойденный до настоящего времени). Результаты проведенных исследований и испытаний, их научное и инженерное обобщение и практическое внедрение позволили французским железнодорожникам повысить на ряде направлений скорость движения поездов в регулярной коммерческой эксплуатации до 160 - 180 км/ч. К середине 1960-х годов определенные достижения в скоростном движении появились также на железных дорогах Германии, Великобритании, Италии, СССР и США. В Западной и Центральной Европе крупнейшие города соединила сеть скоростных международных железнодорожных экспрессов Trans-Europe-Express (ТЕЕ). В то же время ни одна из казавшихся передовыми нетрадиционных технологий наземного транспорта так и не вышла из этапа экспериментальных разработок и не была введена в регулярную эксплуатацию.

Так вкратце можно охарактеризовать ситуацию на железнодорожном транспорте в области движения поездов с высокой скоростью к моменту начала сооружения первой в мире высокоскоростной железнодорожной магистрали в Японии [2].

1.2 Условия и предпосылки внедрения высокоскоростных магистралей

Как в зарубежной, так и в отечественной литературе встречаются исторические очерки о создании высокоскоростных железнодорожных сообщений в Японии, описывающие это достижение как некое чудо: в 1958 г. было принято решение о строительстве, и уже в 1964 г. была введена в эксплуатацию первая высокоскоростная линия Токио -- Осака.

Естественно, никакого чуда не было. К началу Второй мировой войны Япония была одной из индустриально развитых стран мира, чем, в частности, объяснялись ее первоначальные военные успехи. Но уровень технической оснащенности японских железных дорог, имеющих к тому же узкую (1067 мм) колею, в то время несколько отставал от общего промышленного уровня страны. Вместе с тем уже в конце 1930-х годов появилось предложение о строительстве между городами Токио и Осака параллельно существующей двухпутной узкоколейной железной дороге Токайдо новой электрифицированной линии нормальной (1435 мм) колеи, по которой должны были бы обращаться электропоезда со скоростью порядка 200 км/ч.

Автором этого проекта был крупный японский инженер-железнодорожник Ясудзиро Сима (1870 - 1946). С его именем связано улучшение технической оснащенности железных дорог страны в начале ХХ в., когда началось внедрение пневматических автотормозов и автосцепки, были созданы мощные паровозы нескольких серий. Я. Сима также неоднократно выступал с предложениями о переводе железных дорог Японии на нормальную колею.

В ноябре 1941 г. были утверждены технические условия на проектирование магистрали Синкансен между городами Токио, Осака и Симоносеки. Строительство было официально начато в районе селения Атами в 100 км от Токио. Проект намечалось реализовать в течение 15 лет, однако вступление Японии 7 декабря 1941 г. во Вторую мировую войну прервало его осуществление.

После окончания войны в середине 1950-х годов оживление экономики, рост потребности в грузовых и пассажирских перевозках вновь поставили на повестку дня вопрос о необходимости совершенствования транспортной системы Японии, и прежде всего на восточном побережье острова Хонсю в регионе Токио -- Осака. Железнодорожная магистраль Токио -- Нагоя -- Осака к 1956 г. была на всем протяжении электрифицирована на постоянном токе напряжением 1,5 кВ. По ней осуществлялось около четверти общего объема пассажирских перевозок (в 1961 г. выполнено более 35,5 млрд. пассажиро-км) Национальных железных дорог Японии (JNR). В том же году был в очередной раз пересмотрен в сторону интенсификации график движения поездов. Тогда между городами Токио и Осака в обращении ежесуточно находились около 120 пар пассажирских и 80 пар грузовых поездов, не считая пригородных.

Еще в 1956 г. администрация JNR создала комитет по усилению пропускной способности линии Токайдо. В 1957 г. правительство Японии учредило на его основе комиссию по исследованию магистральных линий железных дорог в качестве консультативного органа при министерстве транспорта. Были рассмотрены разные варианты решения транспортной проблемы, включая возможность повышения провозной способности существующих железных дорог, строительство двух дополнительных путей узкой колеи на всем протяжении линии Токайдо, сооружение скоростного автомобильного шоссе, увеличение объемов перевозок на воздушном транспорте. Предложенный проект высокоскоростной железнодорожной магистрали (ВСМ) нормальной колеи встретил тогда значительное сопротивление, в том числе в среде консерваторов-железнодорожников, а также со стороны нарождавшегося в стране автомобильного и авиационного лобби, которое ратовало за американский путь развития пассажирских перевозок. И очень мало кто из специалистов верил в то, что в регулярной коммерческой эксплуатации можно обеспечить движение поездов со скоростью 250 км/ч.

Однако в руководстве Национальных железных дорог Японии среди ведущих ученых и инженеров к этому времени сформировалась мощная группа убежденных сторонников проекта во главе с Синдзи Сого (1884 -- 1981), президентом JNR в 1955 -- 1963 гг., и Хидео Сима (1901 - 1998), вице-президентом и главным инженером JNR в тот же период. Значительной была также роль известного политического деятеля Эйсаку Сато (1901 - 1975) -- министра финансов Японии в период подготовки и реализации проекта, впоследствии премьер-министра страны, лауреата Нобелевской премии мира.

Президент JNR С. Сого, юрист по образованию, имел большой практический опыт в сфере руководства железнодорожным транспортом; вице-президент Х. Сима (сын Я. Сима), инженер-механик, крупный специалист в области локомотивостроения, автор проектов нескольких мощных паровозов и один из инициаторов успешного внедрения в Японии мотор-вагонного электроподвижного состава с распределенной тягой, был руководителем научно-инженерного обеспечения проектирования и сооружения ВСМ. Большую политическую поддержку проекту оказал Э. Сато, бывший тогда министром финансов в кабинете своего старшего брата, премьер-министра страны Нобусуке Киси. Э. Сато хорошо знал проблемы транспортной отрасли, поскольку работал с 1924 по 1948 г. на различных ответственных постах в министерстве железных дорог и министерстве транспорта.

Японские ученые и инженеры, прежде всего специалисты Научно-исследовательского института железнодорожной техники (RTRI), опираясь на предвоенные разработки, провели обширные исследования в области электроподвижного состава, проектирования, строительства и эксплуатации современных железных дорог, разработали конструкции бесстыкового пути, систем электроснабжения, обеспечения безопасности. К решению сопутствующих задач, особенно в части проектирования и изготовления подвижного состава, были подключены лучшие инженерные кадры крупнейших промышленных компаний страны, таких, как Kawasaki Industries, Nippon Shario, Hitachi, Kinki Shario, Mitsubishi Electric, Toshiba, Fuji Electric, Toyo Denki и др. Японские специалисты обобщили имевшийся мировой опыт железнодорожного движения с высокой скоростью, проявив исключительную активность в сборе и систематизации данных в рамках Международной ассоциации железнодорожных конгрессов (МАЖК).

В результате всестороннего изучения проблемы было признано целесообразным построить между городами Токио и Осака новую двухпутную электрифицированную линию нормальной колеи, рассчитанную на максимальную скорость движения поездов 210 км/ч [3].

1.3 Организация перевозок на первой высокоскоростной магистрали

Первая высокоскоростная железнодорожная магистраль вобрала в себя многие технические и эксплуатационные новшества и оказала большое влияние на решения, примененные позже на ВСМ в разных странах мира.

Эксплуатационная модель линии Токио -- Осака отличалась от принятой до того в дальних железнодорожных сообщениях. Она больше напоминала модель эксплуатации пригородных железных дорог или метрополитенов. В соответствии с ней использовались только поезда постоянного формирования, челночно обращающиеся между конечными станциями.

В расписание Новой лини Токайдо были введены поезда двух типов. Поезда первого типа, получившие название «Хикари», имели остановки только в самых крупных городах (Нагоя и Киото), а второго типа, названные «Кодама», останавливались на всех или большинстве промежуточных станций линии и, соответственно, имели большую продолжительность поездки.

Важно отметить, что идеология эксплуатации высокоскоростных магистралей, которая выкристаллизовывалась при освоении первой линии, явилась результатом поисков, проб и неизбежных ошибок. Первоначально руководителями Национальных железных дорог Японии планировалась другая схема организации работы Новой линии Токайдо.

Если судить по документам, опубликованным в период подготовки проекта и строительства ВСМ Токио -- Осака, линия предназначалась как для пассажирского, так и для грузового движения. Максимальная скорость движения грузовых поездов должна была составлять 120 км/ч. Путь между конечными станциями грузовые поезда должны были проходить безостановочно за 5,5 ч с таким расчетом, чтобы срочный груз в контейнерах, сданный отправителем вечером, мог быть получен в пункте назначения утром следующего дня. Всего за год до открытия директор департамента Новой линии Токайдо И. Като в статье, опубликованной в русском издании журнала «Ежемесячный бюллетень МАЖК» (1963, № 11, с. 3 - 34), отмечал, что на магистрали строятся четыре грузовые станции: Токио, Сидзуока, Нагоя и Осака.

Как известно, идея использования высокоскоростных магистралей для грузовых перевозок не была реализована (планировавшиеся грузовые станции были позже перепрофилированы под грузовые терминалы железной дороги колеи 1067 мм). Концепция высокоскоростных железнодорожных линий, специализированных только на пассажирских перевозках, стала в мире доминирующей. Хотя стоит отметить, что во Франции и в Испании в проектах ВСМ также была заложена возможность обращения специализированных скоростных грузовых поездов. Во Франции она была реализована в виде почтовых экспрессов, в Испании пока не осуществлена.

Применение мотор-вагонных поездов, позволяющих реализовать челночное движение и не подлежащих переформированию на конечных и промежуточных станциях, определило простые схемы путевого развития пассажирских и технических станций [3].

2. Высоскоростные поезда стран мира

2.1 Европа

Франция. Сейчас пальму первенства в скорости держат французы. Французская линия называется TGV (сокр. фр. train а grande vitesse, скоростной поезд), разработана она GEC-Alsthom (ныне Alstom) и национальным французским железнодорожным оператором SNCF. В настоящее время управляется, в основном, SNCF. Первая ветка была открыта в 1981 году между Парижем и Лионом.

Система TGV с центром в Париже с тех пор сильно расширилась, чтобы соединить города по всей Франции и в смежных странах. Соседние страны (Бельгия, Италия, Испания и Германия), завидуя успеху лягушатников, начали строить собственные высокоскоростные линии. Связь TGVs со Швейцарией через французские железные дороги, с Бельгией, Германией и Нидерландами через линии Thalys, и система Eurostar связывает Францию и Бельгию с Великобританией. Ещё несколько линий запланированы как во Франции так и за её пределами.

Поезда TGV (Рис. 2.1) ходят со скоростью до 320 км/ч. 3 апреля 2007 года на испытаниях особо измененный поезд достиг скорости 574.8 км/ч

Его высокая скорость, почти равная скорости опытных поездов на магнитной подушке, была достигнута с помощью специально разработанного LGVs (lignes а grande vitesse, быстродействующая линия) без острых кривых и с мощными электрическими двигателями, с низким весом на ось, вагоны обтекаемой формы и кабинная сигнализация, устраняющая потребность в наружных сигнальных устройствах (их просто невозможно рассмотреть на такой высокой скорости).

Поезда TGV изготавливаются в основном Alstom, теперь часто с привлечением субподрядчика, например Bombardier. За исключением маленького количества TGVs, используемых для перевозки почты между Парижем, Лионом и Провансом, TGV, прежде всего, - пассажирские перевозки. Поезда, скопированные с проектов TGV работают в Южной Корее (KTX), Испания (AVE) и США (ACELA Express).

Путешествие TGV в значительной степени заменило путешествие самолётом между связанными городами, из-за более короткого времени поездки (особенно для поездок продолжительностью меньше чем три часа), в поезде нет регистрации, досмотра службы безопасности и посадки, станции удобно расположены в центрах городов. TGV - очень безопасный транспорт; пока ещё не было крупных катастроф с ним.

Германия. Строительство первых немецких высокоскоростных линий началось вскоре после французских TGV. Юридические баталии вызвали существенные задержки, так, что поезда InterCityExpress (ICE) были развернуты спустя только десять лет после сети TGV. В результате другого общественного фактора (плотность населения почти в два раза больше плотности Франции), система ICE более сильно объединена с существующими ранее линиями и поездами. Поезда ICE почти сразу стали ходить в Австрию и Швейцарию (в этих странах используется то же напряжение, что и в Германии).

Сегодня в Австрии поезда ICE большинстве своём идут со скоростью менее 200 км/ч. Железная дорога модернизируется и частично восстанавливается, что позволит достичь скоростей до 230 км/ч.

Начиная с 2000 года мультисистемные поезда ICE третьего поколения (Рис. 2.2) стали ходить в Нидерланды и Бельгию. Третье поколение ICE имеет среднюю скорость в 330 км/ч и максимальную скорость до 363 км/ч. Ещё в 2001 году пытались пропустить поезд ICE по французским путям TGV, но реальные испытания были закончены только в 2005 году.

В отличие от TGV или Синкансена, первое поколение ICE имело в анналах крушение на высокой скорости (рядом с Eschede). После крушения были перепроектированы колеса ICE.

Германия также развивала Transrapid, поезд на магнитной подушке. Transrapid достигал скоростей до 550 км/ч. Испытательный путь длиной в 31.5 км функционировал в Emsland.

Испания. AVE, акроним Alta Velocidad Espaсola (что означает "испанский высокоскоростной," а также и игра на слове ave, означающем "птицу" на испанском языке) - это высокоскоростная железнодорожная система, работающих на скоростях до 300 км/ч на специальном пути. В отличие от остальной части испанской ширококолейной сети, AVE использует стандартную колею, предусматривая прямые связи вне Испании в будущем. Всеми поездами AVE (Рис. 2.3) в настоящее время управляет RENFE, испанская государственная железнодорожная компания, хотя возможно, что частным компаниям могут разрешить управлять этими линиями в будущем. На линии от Мадрида до Севильи, обслуживание гарантирует максимальное опоздание в 5 минут и предлагает полное возмещение, если поезд опоздал на большее время (по статистике только 0.16% поездов опаздывают сильнее). В этом отношении, точность AVE исключительна по сравнению с другим услугами RENFE. На других линиях AVE, это обещание точности более слабо (15 минут на Барселонской линии).

Италия. Италия стала европейским пионером в высокоскоростных железных дорогах и создателем оригинала поездов серии 'Pendolino' (Рис. 2.4) - поезда с системой наклона, которые были широко приняты в нескольких странах, чтобы лучше всего использовать обычный путь(в противоположность специально построенному высокоскоростному).

Первый путь который соединил Рим с Флоренцией (254 км) в 1978 году. Максимальная скорость этой линии была 250 км/ч. Время поездки между этими двумя городами - около 90 минут, и поезда идут со средней скоростью 200 км/ч. Обслуживание выполняет Еurostar Italia (ETR 4xx, также известный как Pendolino, и ETR 500 серии), поезда не связаны с поездами Еurostar, работающими в Великобритании). Италия обширно использует технологии наклона поезда на повороте "Pendolino" (ETR 4xx серия), основанная на исследованиях, предпринятых в 1970-ых Fiat Ferroviaria.

Treno Alta Velocitа строит новую высокоскоростную сеть на маршрутах Милан - Болонья - Флоренция - Рим - Неаполь и Турин - Милан - Верона - Венеция - Триест.

Линия Рим-Неаполь открылась для в декабре 2005, а Турин-Милан, частично открыт в феврале 2006. Обе линии имеют скорости до 300 км/ч.

Великобритания. Родина индустриализации Великобритания медленно плетётся в конце. Самые быстрые в Великобритании линии работают со скоростями всего 201 км/ч - Главная Линия Западного Побережья (WCML), Главная Линия Восточного Побережья (ECML) и Главная Большая Западная Линия. Попытки увеличить эти скорости до 225 км/ч на WCML и ECML терпели неудачу по различным причинам, преимущественно потому, что при скорости более чем 201 км/ч требуют передачи сигналов в кабину (например показания семафоров). Однако в 2009 году, поезда, способные развивать 225 км/ч будут введены на внутренних линиях между Лондоном и Кентом.

Возможно, из-за продолжающегося роста высокоскоростных железных дорог в континентальной Европе и неудач, с которыми сталкиваются внутренние проекты высокоскоростного транспорта в Великобритании, растёт движение в промышленных и правительственных кругах по созданию новой высокоскоростной линии между севером и югом [4].

Норвегия. В Норвегии высокоскоростных железных дорог практически нет. В настоящее время, единственный высокоскоростной железнодорожный путь Норвегии - Gardermobanen, 60-километровая линия между Центральным вокзалом Осло и Eidsvoll проходящая через Аэропорт Осло. Этот маршрут обслуживает Flytoget, объединяя новый аэропорт Осло (находится в 50 километрах от города) и столицу с пригородами на скоростях до 210 км/ч. В этом году он будет расширен на запад, чтобы включить город Драммен, хотя пока и не на высокой скорости.

Эта высокоскоростная часть также используется специальными и региональными поездами между Осло и Eidsvoll.

Швеция. Швеция сегодня эксплуатирует многие высокоскоростные поезда (средняя скорость 200 км/ч), включая X2, широкий и двухэтажный наклоняющийся региональный поезд, и Экспресс Аэропорта Арланда X3. Несмотря на то, что и X2 и X3 позволяют достигнуть 205 км/ч, их можно технически рассмотреть как высокоскоростные поезда. X2 ездит между многими городами в Швеции, включая Стокгольм, Gothenburg, Мальм. Поезда Экспресса Арланда соединяют Аэропорт Стокгольма-Арланда и Стокгольм.[4]

2.2 Азия

Япония. В Японии этот транспорт носит название СИНКАНСЕмН (Shinkansen; "Новая магистральная линия") и управляется «Japan Railways Group». Его также называют "Суперэкспресс" (, chф-tokkyы) - термин, первоначально используемый для поездов Хикари, было официально отменен в 1972 году, но все еще используемый в англоязычных объявлениях и обозначениях.

В отличие от старых линий (колея 1067 мм), Синкансен использует общепринятую колею (1435 мм). Участок Синкансена между городами Токио и Осака (т. н. "Новая линия Токайдо") длиной 515 км был открыт в 1964 г. (первая в мире высокоскоростная железная дорога). В 1972 г. он был продлён на 160 км до г. Окаяма, а в 1975 г. на 393 км до станции Хаката в г. Фукуока на о. Кюсю. Поезд "Хикари" ("Свет"), местами разгоняющийся до 210 км/ч, преодолевает 1068 км между Токио и Хаката менее чем за 7 часов. В 1982 г. вступили в строй ещё 2 линии, ведущие из Токио в г. Ниигата (линия "Дзёэцу", 270 км) и в г. Мориока (линия "Тохоку", 465 км). Скорости на них достигают 240 км/ч, а на одном из участков даже 300 км/ч. Многие перегоны Синкансена проложены в туннелях и на виадуках, включая туннель между островами Хонсю и Кюсю и под проливом Каммон у г. Симоносеки. На своих линиях японцы предусмотрели защиту от тайфунов и землетрясений (Рисунок 2.5).

Схема высокоскоростных линий в Японии

Хотя в значительной степени это система дальних перевозок, Синкансен также служит транспортом некоторым жителям пригородных городов, которые работают в столице и вынуждены работать в столице.

В 1996 году на тестовых испытаниях была достигнута скорость 443 км/ч для обычного рельса, а 2003 году был установлен мировой рекорд скорости для поездов, использующих магнитную левитацию, - 581 км/ч.

Синкансен долгое время был визитной карточкой Японии и предметом гордости.

Китай. Народная Республика Китай перестроила к апрелю 2007 года несколько линий, что привело к увеличению максимальной скорости и позволяло использовать 6003 км железной дороги на скоростях до 200 км/ч. Главный оператор высокоскоростных железных дорог в Народной Республике Китай - Китайская Высокоскоростная Железная Дорога (CRH). Теперь 257 поездов могут работать на скорости 200 км/ч и выше. Чиновники из Министерства Железных дорог говорят, что 850 км путей на 18 главных линях были одобрены для поездов со средней скоростью 250км/ч. Часто высокоскоростные линии соединены с обычными линиями с интенсивным движением (5 минутный интервал).

Нельзя однако забывать и о Шанхайском поезде на магнитной подушке, построенном по технологии Transrapid в сотрудничестве с Siemens, Германией, который эксплуатируется с марта 2004 года.

Планируется строительство высокоскоростной железной дороги Пекин - Шанхай, протяженностью 1318 км, строительство которой обойдется в 31,6 млрд. долларов.



Корея. Корейский высокоскоростной поезд КТХ (Korea Train eXpress) - высокоскоростная система Южной Кореи (Рис. 2.6). Ей управляет Korail.

Технология поезда в значительной степени основана на французской системе TGV, и имеет максимальную скорость 350 км/ч, ограниченную до 300 км/ч во время регулярных рейсов для безопасности. Стоимость системы 20 миллиардов долларов. Эта линия связывает столицу Сеул с двумя крупнейшими портами страны - городом Мокпо на юго-западном побережье и городом Пусан на юго-восточном. Курсируя между этим мегаполисами, высокоскоростные поезда делают промежуточные остановки в более чем в 10 населенных пунктах. Ввод в эксплуатацию новой магистрали помог разгрузить товарно-пассажирские потоки в транспортном коридоре Сеул - Пусан (более 70 процентов перевозок населения страны, промышленных товаров и контейнеров). В результате, ежегодные объемы пассажироперевозок по этому коридору выросли на 190 миллионов человек и 3 миллиона железнодорожных контейнеров [6].

16 декабря 2004 года, корейский экспериментальный HSR-350x достиг максимальной скорости в 352.4 километров в час.

Турция. Турецкие государственные железные дороги начали строить высокоскоростные железные дороги в 2003 году. Первая линия, которая имеет длину 533 км из Стамбула (наибольший город Турции) через Eskiєehir к Анкаре (столица) ещё строится и уменьшит время путешествия от 6-7 часов до 3 часов 10 минут. Первая фаза этого проекта, Анкара- Eskiєehir, которая имеет длину 245 км (время путешествия 1час 5 минут) запущена в 2007 году. Остальная часть проекта, Eskiєehir-Стамбул, планируется закончить к 2009, включая проект Marmaray (Босфорский подводный железнодорожный туннель), который в первый раз установит железнодорожную связь между Европой и Азией (Ближний Восток). Эта линия будет обслуживать 17 млн людей в год. Также надеется, что больше 48 миллионов тонн груза перевозимая автомобилями будет передана железной дороге, сейчас только 3% перевозится по железной дороге.

В настоящее время, 12 миллионов поездок ежегодно совершаются между этими двумя городами. Транспортная система этого коридора работает на пределе. Многие города по коридору страдают от хронических пробок и от загрязнения.

Строительство линии Анкара-Коньи (300км) началось в 2006. (Время путешествия 70 минут) она будет также связана с Анкарой- Eskiєehir.

Высокоскоростные коммерческие поезда, как ожидают, достигнут на этих линиях максимальных скоростей в 250-300 км/ч.

Тайвань. В марте 2001 г. начато строительство высокоскоростной линии на Тайване между административным центром острова Тайбэем и вторым по величине городом Гаосюном (Рис. 2.7). Стоимость линии длиной 346 км оценивается в 15 млрд. USD (одна из наибольших частно финансируемых транспортных схем в наше время).

Обсуждение вопроса о создании высокоскоростной железнодорожной связи между крупнейшими городами Тайваня началось еще в конце 1980-х годов, когда были вынесены на рассмотрение первые варианты трассы. Правительство острова уже тогда придало проекту статус важнейшего в национальном масштабе. Значение проекта подчеркивается тем, что он является самым капиталоемким мероприятием, какое когда-либо осуществлялось на принципах партнерства государственного и частного секторов за всю историю Тайваня.

Особенностью линии Тайбэй - Гаосюн является то, что вследствие сложного рельефа пересекаемой местности только 33 км ее длины пройдут на уровне земли, в то время как общая протяженность мостов и виадуков составит 251 км, а тоннелей - 61 км. Кроме того, в отличие от линий основной сети железных дорог Тайваня колеи 1067 мм новая высокоскоростная линия строится под нормальную (1435 мм) колею. Минимальный радиус кривых на линии будет равен 6250 м, максимальная крутизна уклонов 35%, расстояние между осями путей 4500 мм. Линия электрифицируется по системе тягового электроснабжения переменного тока 25 кВ, 60 Гц.

Открытие движения поездов состоялось 5 января 2007. Принимая за основу технологию Синкансена для основной системы, THSR

использует Тайваньский Высокоскоростной поезд 700T, изготовленный консорциумом японских компаний. Специальные поезда, способные к путешествию на скорости 300 км/ч (путешествие от Тайбэя до Гаосюна примерно за 90 минут в противоположность 4.5 часам обычным железнодорожным транспортом. [5]

2.3 США

Что же может предложить США в этой области? В США высокоскоростного транспорта практически нет. Американские туристы и бизнесмены возвращаются из поездок в Японию и Европу, с впечатлениями от поездок на Синкансене, TGV или ICE. Европейцы же наоборот возвращаются из США с мыслями «Ну, тупые, у них даже нет нормальных поездов!». Поставщики оборудования пускают слюни и ждут, когда же Америка решится на строительство высокоскоростных линий.

Сказать, что американцы тупые, нельзя, так же как нельзя сказать, что у них нет возможностей. Это подтверждает космическая программа NASA.

На самом деле, развитие высокоскоростных железных дорог США начали наравне со всеми. Паровозы 30ых годов достигали скорости в 160 км/ч и в 1966 году на Нью-Йоркской железной дороге испытали реактивный поезд. В США очень разветвленная сеть обычных железнодорожных линий. В начале 50ых многие считали, что Америка будет впереди всей планеты по внедрению высокоскоростных поездов. Однако, в Америке до сих пор нет ни ICE, ни Синкансена.

В десятилетия после Второй мировой войны дешевая нефть вместе с усовершенствованиями автомобилей и самолетов и правительственным субсидированием шоссе и аэропортов сделали эти средства передвижения более доступными для большей части населения чем раньше,. выдвинули их на первый план. В Европе и Японии акцент делался на восстановление железных дорог после войны. В Соединенных Штатах акцент пришёлся на построение огромной национальной системы автомагистралей между штатами и строительстве аэропортов. Общественный железнодорожный транспорт использовался, в основном, в городах. Американские железные дороги были менее конкурентоспособны, потому что правительство имело тенденцию дотировать дорожный и воздушный транспорт больше, чем в Японии и европейских странах, и, частично, из-за более низкой плотности населения в Соединенных Штатах.

Однако сейчас высокие цены на реактивное топливо, переполненные аэропорты и шоссе, ужесточившиеся правила безопасности в аэропорту относительно жидкостей и электроники, которые вынуждает большинство путешественников проходить проверку своего багажа, делают высокоскоростные железные дороги всё более привлекательными и всё больше людей задумываются о постройке таких дорог.[6]

2.4 Россия

Текущая самая высокая скорость железной дороги в России - линия Москва-Санкт-Петербург с максимальной скоростью 200 км/ч, по ней ходят поезда российского производства. Эту линию будут модернизировать до 250 км/ч, для использования немецкого ICE (Рис. 2.8). Планы относительно других железных дорог следующие: Хельсински - С-Петербург собираются использовать Pendolino, и Москва-Сочи перейдут на Синкансен.

Итак, Россия собирается улучшать или строить:

Обновление к 2009 году железной дороги Москва-Санкт-Петербург, чтобы позволить ICE российской сборки (построенным по совместному проекту) достигать 250 км/ч, хотя эти поезда нормально работают и при 300 км/ч. Строительство началось в 2004. В настоящее время самые быстрые поезда на этом маршруте - "Er-200" и "Невский экспресс" с круизной скоростью 160-180 км/ч. Хельсинки - Санкт-Петербург: Финляндия и Россия договорились о высокоскоростной линии, связывающей Хельсинки и Санкт-Петербург, первоначально было запланированно использование существующих финских Pendolino, в августе 2007 года Alstom подписал контракт с Oy Karelian Trains на четыре новых Pendolino и, вероятно, еще двух. Время в пути будет сокращено с 5.5 часов до 3 часов, с проверкой паспорта, выполняемой на борту поезда. Сообщение должно быть открыто в 2010 году. Москва-Калининград: план высокоскоростной железной дороги ещё разрабатывается. Маршрут Москва-Сочи: Недавно были проведены серьезные переговоры с корпорацией Sumitomo Японии для строительства Синкансен для маршрута Москва-Сочи (для создания успешного проекта Сочи на Зимние Олимпийские Игры 2014 года) Маршрут Москва-Нижний-Новгород, должен использовать наряду с Сочи Синкансен, хотя раньше хотели использовать немецкий ICE. Транссибирская магистраль: Россия находится на стадии предварительных переговоров с Японией по поводу долгосрочных планов заменить обычные поезда на Синкансен [7].

2.5 Казахстан

В 2003 году "Казакстан темiр жолы" закупило в Испании комфортабельные составы фирмы "Patentes Talgo S.A." (два состава по 22 вагона "Тальго-200"), и в сентябре 2003 года запустили скоростной фирменный поезд "Тулпар", который развивает скорость до 140 км/час, и преодолевает расстояние между Астаной и Алматы за 13 часов 44 минуты вместо 22 часов хода обычного пассажирского поезда (Рис. 2.9).

Правда, надо отметить, что "Тулпар" в большей степени является комфортабельным поездом, чем скоростным. Он всего лишь адаптирован для передвижения по нашей стальной магистрали. Поезд тянет пассажирский тепловоз ТЭП70. Это еще советская разработка, и локомотив производится на Коломенском заводе в России в 1973 года, и до 2006 года было выпущено 576 локомотивов. Основой силовой установки является дизель 5Д49 мощностью 4000 л.с., который в сочетании с удачной конструкцией генератора и тяговых двигателей, использованием алюминиевых сплавов, позволяет локомотиву развивать скорость до 160 км/час, но его предельная скорость на существующем участке трассы Астана-Алмата длиной 1311 километров ограничена 140 километрами в час из-за большого количества кривых малого радиуса, которых имеется 669 штук, из них 381 - радиусом 600 метров. Кроме того, испанский поезд предназначен для эксплуатации на бесстыковом пути, которого на всем протяжении имеется, к сожалению, не более 25 процентов. При движении по звеньевому пути у «Тулпара» резко возрастают отказы колес вагонов, нарушается уровень комфорта для пассажиров.

Предлагается построить новую специальную высокоскоростную железнодорожную магистраль (ВСМ), по опыту зарубежных магистралей ВСМ, соединяющую напрямую две столицы Казахстана Астана - Алматы. Учитывая зарубежный опыт, такое строительство вполне осуществимо. ВСМ должна брать начало от Алматы I, проходить вдоль существующего участка Турксиба до разъезда Боктер, и далее, через озеро Балхаш. В месте, около станции Балхаш II, ширина озера 1,5-2 км (здесь сходятся: «соленый» и пресный Балхаш), и дорога пройдет по мосту через озеро Балхаш, далее по прямой до станции Караганда-Пассажирская и, также по прямой - до станции Астана. Ориентировочно расстояние всей ВСМ составляет 860 км.

И если Казахстан стремится в число пятидесяти самых развитых стран мира, то создание ВСМ значительно продвинет нас к этому.

3. Основные требования при проетировании высокоскоростных магистралей

3.1 Технические условия при строительстве высокоскоростных магистралей

На основе требований комфортности пассажира и обеспечения безопасности движения поездов был выработан Европейский стандарт высокоскоростных железных дорог (ВСМ), конструктивная скорость принята на всех ВСМ равной 350 км/час. Поскольку затраты энергии на перемещение высокоскоростного поезда пропорциональны квадрату скорости, то дальнейшее (более 350 км/час) повышение скорости и с энергетической токи зрения нецелесообразно. Поезд, состоящий из восьми пассажирских вагонов, требует тяговой мощности 16-17 тыс. кВт.

При строительстве высокоскоростных магистралей непременным условием ставится нулевой (или близкий к нему) профиль пути (без подъемов и спусков), а в плане железнодорожная колея не должна иметь кривых радиусом менее 4000 метров. Примерно такие же условия диктуются и при строительстве высокоскоростных автомагистралей. При ограниченном свободном пространстве строители высокоскоростных магистралей в Европе вынуждены использовать многочисленные тоннели, которые не только удорожают строительство, но и создают сложности в эксплуатации высокоскоростных магистралей. Железнодорожная высокоскоростная магистраль с обеих сторон должна быть ограждена сеткой, а в районе населенного пункта заградительной (шумозащитной) стенкой высотой 4 метра. Пересечение высокоскоростных магистралей должно быть только в разных уровнях, никаких переездов и переходов в плоскости ВСМ не предусмотрено. Для снижения энергозатрат на тягу поезда и улучшения динамики взаимодействия подвижного состава и пути, рельсовая колея высокоскоростных магистралей только бесстыкового исполнения, это тем более важно для климатических условий Казахстана.

Практика эксплуатации высокоскоростных маистралей показала, что использование отдельного локомотива для тяги высокоскоростного пассажирского поезда является неэффективной. Сосредоточение большей мощности в одной тяговой единице (до 8-10 тыс кВт) увеличивает вес локомотива, а, следовательно, ухудшает динамическое воздействие его на путь. В этом случае осевая нагрузка локомотива не может быть меньше 20-21 тонны, чтобы обеспечить достаточную тягу на ограниченном числе осей, а единичная мощность тягового электродвигателя должна быть 1200-1401 кВт, что затрудняет его размещение в ограниченных габаритах экипажной части локомотива. Поэтому в настоящее время для вождения высокоскоростных поездов применяется распределенная тяга, когда в поезде половина вагонов обмоторены, т.е. снабжены тяговыми двигателями (электропоезд).

Рассредоточение тягового оборудования по всем вагонам позволяет обеспечить достаточную суммарную тягу поезда и снизить нагрузку на ось на 25%, доведя ее до 12 тонн на ось. Использование легких (дюраль) металлов для изготовления вагонов позволило фирме Als-tom (Франция) довести осевую нагрузку до 11 тонн на ось. Уменьшается мощность каждого тягового электродвигателя, в настоящее время она стабилизировалась на отметке 350 кВт на один тяговый (асинхронный) электродвигатель, что составляет суммарную тяговую мощность на двухвагонную секцию (350 х 4) 1400 кВт. Число мест для пассажиров в каждом вагоне может быть до 110 мест (220 пассажиров на двухвагонную секцию). Каждая двухвагонная секция может эксплуатироваться автономно, поэтому в зависимости от потребности пассажиропотока имеется возможность оперативно варьировать длиной высокоскоростного поезда.

Международные нормативные требования определяют среднюю (крейсерскую) скорость (Vо) высокоскоростного поезда на 15% меньше конструктивной, поэтому при известном расстоянии L между пунктами ВСМ время движения определяется при конструктивной скорости Vк = 350 км/ч как:

(3.1)

где L_o - расстояние (в км) между пунктами ВСМ;

V_o - конструктивная (км/ч) скорость движения высокоскоростного поезда между пунктами ВСМ [9].

3.2 Рельсовые скрепления для высокоскоростного пути

Сегодня на железных дорогах Казахстана используются рельсовые скрепления типов КБ-65, ЖБР-65, ЖБР-65Ш и АРС-4. Примененительно к конструкции высокоскоростного пути, на котором пассажирские поезда смогут развивать скорость более 200 километров в час, опыта эксплуатации этих типов скреплений нет.

Для высокоскоростного движения рельсовое скрепление должно быть упругим, ведь необходимо гасить колебания, возникающие в пути. Это достигается в основном за счет упругих клемм и эластичных подрельсовых прокладок-амортизаторов. Многие используемые на российских стальных магистралях скрепления, хоть и являются упругими, не достаточно надежны для высокоскоростных участков.

В последние годы появилось немало разработок, нацеленных как на увеличение надежности этих элементов пути, так и на снижение их стоимости и эксплуатационных затрат. В числе удачных, признанных таковыми на железных дорогах мира, - скрепления «Пандрол Фастклип» и «Vossloh». Одно - анкерное, другое - болтовое.

Однако попытки внедрения «Vossloh» оказались безуспешными. Это скрепление не выдержало испытаний. Специалисты компании «Пандрол Лимитед» не опустили руки - в результате был создан «Пандрол Фастклип» (Рисунок 3.1).

Плюсы данного скрепления:

- все детали закрепляются на бетонной шпале до сборки звена на базе ПМС (что исключает потерю отдельных незакрепленных деталей); они остаются на шпале во время укладки рельсов, при их замене и при разрядке напряжения в плетях. Существенно ускоряется операция укладки, повышается производительность механизмов, используемых при ремонте пути;

- установка скрепления в рабочее положение и вывод из него в положение «парковки» полностью механизированы и требуют минимальных трудовых затрат;

- возможны ручная установка и снятие клемм;

- скрепление наделено антивандальными свойствами: без спец. инструмента его не разобрать;

- в отличие от болтовых «Пандрол Фастклип» исключает возможный ложный крутящий момент (из-за загрязнения, повреждения или некачественной резьбы) и колебания клеммы в рабочем состоянии. Стабильная сила прижатия рельса обеспечивается самой конструкцией скрепления. В бетоне шпал не возникает напряжений при превращении воды в лед, из-за попадания в отверстия грязи, масла, неправильного использования болтового инструмента, так как в шпалах отверстий просто нет и у скрепления превосходная прочность, что гарантирует стабильность ширины колеи. Доступ к пластиковым деталям свободен, что упрощает их замену.

Упругое анкерное рельсовое скрепление «Пандрол Фастклип» снискало себе наибольшую популярность. Его используют на 397 железных дорогах более чем 110 стран. Как свидетельствует статистика, протяженность путей с этим скреплением составляет ныне свыше 330 тысяч километров.

«Пандрол Фастклип» высоко ценят в первую очередь за такое преимущество, как малое число деталей. На узел скрепления приходится всего семь элементов. Надежность этой конструкции красноречиво характеризуется десятилетним гарантированным сроком работы деталей, а ее высокая технологичность оборачивается ощутимым сокращением расходов на эксплуатацию и сборку по сравнению со скреплениями болтового типа.

Основой технических мероприятий совершенствования путевого комплекса железных дорог можно назвать создание конструкции пути, требующей при заданном уровне надежности минимума совокупных затрат на устройство, ремонты и содержание. Скрепление «Пандрол Фастклип» как нельзя лучше подходит для решения данной задачи.

Впервые система таких рельсовых скреплений была установлена в 1992 году.

Инженерам-путейцам известно: изоляторы испытывают наибольшие сжимающие напряжения от боковых сил в кривых участках пути малого радиуса. Боковые изоляторы скрепления соответственно подвергались масштабным испытаниям на железных дорогах США, где нагрузки на ось достигали 39 тонн. К примеру, в конце 1994 года на железной дороге «Северный Берлингтон», или «Berlington Northern», с осевыми нагрузками 32 тонны на ось радиусом кривой 500 метров, скоростью движения поездов 72 километра в час и грузонапряженностью 250 млн тонн было установлено скрепление «Пандрол Фастклип». К 2000 году, когда тоннаж составил 1,5 млрд, для проверки были сняты несколько боковых изоляторов. Анализ геометрических параметров показал: они находились в прежнем отличном состоянии. Средняя интенсивность износа изоляторов, расположенных в наружной нити, составила 1 миллиметр.

В 1987 году компании «Пандрол Лимитед Великобритания» и «Бритиш Рэйл» приступили к испытаниям долговечности подрельсовых прокладок-амортизаторов. В Шотландии, на объекте «Ламингтон» Западнобережной магистрали с уклоном 17 тысячных, скоростью движения поездов 160 километров в час (грузонапряженность 8,5 млн. тонн для пассажирского обращения) были установлены резиновые подрельсовые прокладки. К 2000 году, за 13 лет эксплуатации, по нему был пропущен тоннаж, равный 102 млн. т. брутто груза. Провели испытание прокладок в лаборатории. Была подтверждена их остаточная амортизирующая способность свыше 50 процентов, а потеря толщины оказалась незначительной.

В настоящее время в системе скрепления «Пандрол Фастклип» используются как резиновые, менее жесткие подрельсовые прокладки (для скоростного и высокоскоростного движения), так и пластмассовые (для смешанного и грузового движения с повышенными осевыми нагрузками.

Скрепление «Пандрол Фастклип» применяется для высокоскоростного движения ведущими мировыми компаниями SNCF на TGV Mediterranean (350км/ч) Франция, Tohoku SHINKANSEN (275 км/ч), Япония, Amtrak (250 км/ч), США. Год назад на SNCF, на линии Париж - Мец, где используются скрепление «Пандрол Фастклип», был достигнут рекорд скорости - 574,8 километра в час [10].

3.3 Конструкция стрелочного перевода для высоких скоростей движения

Стрелочные переводы имеют отличительные конструктивные и геометрические особенности, которые обусловливают специфику взаимодействия их с подвижным составом.

Отличительными особенностями стрелочных переводов по отношению к скоростному пути на перегонах являются:

- прикрепление остряка только в корневой части его (а рельс на перегоне прикреплен к каждой шпале);

- наличие разрыва рельсовой колеи в местах пересечения внутренних рельсовых нитей в одном уровне в зоне крестовины;

- наличие вертикальной неровности в зоне стрелки

- в месте перекатывания колес с рамного рельса на остряк и наоборот;

- наличие вертикальной неровности в зоне крестовины в место перекатывания колес с сердечника на усовик и наоборот;

- наличие углов удара в горизонтальной плоскости в остряк, в усовики и контррельсы;