Типы транспортных сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Всё построенное человеком в процессе его трудовой деятельности для обеспечения материальных и духовных потребностей общества и личности называется сооружениями.

Сооружение - это результат строительной деятельности для осуществления определённых потребительских функций. Инженерные здания и сооружения могут классифицироваться по различным признакам. По функциональному назначению - на промышленные, гражданские, сельскохозяйственные, гидротехнические, транспортные и др.

К промышленным инженерным сооружениям относятся заводы, фабрики, предприятия топливно-энергетического комплекса. Гражданские (общественные) сооружения - это жилые дома, здания культурно-бытового назначения, административные здания.

Сельскохозяйственные здания и сооружения - это элеваторы, животноводческие и птицеводческие комплексы, сооружения для ремонта и хранения техники и переработки сельскохозяйственной продукции.

Гидротехнические сооружения это плотины, каналы, трубопроводы, водозаборы, насосные станции, порты и т.д.

И наконец, к транспортным сооружениям относятся железные и автомобильные дороги, мосты, судоходные каналы, линии электропередач, аэропорты. В свою очередь автомобильные дороги включают в себя мосты, тоннели, путепроводы, эстакады.

Приведенное деление в некоторых случаях условно, так как одно и то же сооружение может быть отнесено как к одной, так и к другой группе. Например, судоходные каналы и шлюзы отнесены к транспортным сооружениям по своему назначению, вместе с тем они являются гидротехническими сооружениями, поскольку связаны с использованием воды.

Транспортные сооружения классифицируются:

· по назначению (для пропуска автомобилей, судов, железнодорожного и авиационного транспорта, для транспортировки природных ископаемых и электроэнергии);

· по принадлежности (федеральные, областные, краевые, муниципальные);

· по положению относительно поверхности земли (надземные, наземные, подземные, подводные);

· по сроку службы (постоянные и временные);

· по геометрической форме (линейные, или площадные);

· по материалам, из которых они созданы.

1. Автомобильные дороги

1.1 Классификация автомобильных дорог

автомобильный дорога железнодорожный мостовой

Классификация автомобильных дорог по назначению заключается в следующем:

Автомобильные дороги федерального значения - находятся в собственности Российской Федерации, соединяют столицу Российской Федерации с областями, регионами и финансируются за счет федерального бюджета;

Автомобильные дороги регионального значения - находятся в собственности Российской Федерации, связывают в пределах регионов и областей крупные города и промышленные центры и финансируются из регионального бюджета;

Автомобильные дороги муниципального значения - находятся в собственности Российской Федерации, связывают между собой городской центр с районами и районы между собой, финансируются из бюджета муниципальных образований.

Сельскохозяйственные дороги предназначены для движения автомобилей и машин при проведении сельскохозяйственных работ и при внутренних перевозках совхозов.

Промышленные дороги - это подъездные или внутризаводские автомобильные дороги, по которым движется транспорт данного промышленного предприятия.

Классификацию дорог по условиям движения и доступа на них транспортных средств разделяют на три класса:

1. Автомагистраль;

2. Скоростная дорога;

3. Дорога обычного типа.

К классу автомагистраль относят дороги, имеющие на всем протяжении многополосную проезжую часть с центральной разделительной полосой;

Не имеющие пересечений в одном уровне с автомобильными, железными дорогами, трамвайными путями, велосипедными и пешеходными дорожками;

Доступ на которые возможен только через пересечения в разных уровнях, устроенных не чаще чем через 5 км друг от друга.

К классу скоростная дорога относят дороги, имеющие на всем протяжении многополосную проезжую часть с центральной разделительной полосой;

Не имеющие пересечений в одном уровне с автомобильными, железными дорогами, трамвайными путями, велосипедными и пешеходными дорожками;

Доступ на которые возможен через пересечения в разных уровнях и примыкания в одном уровне (без пересечения потоков прямого направления), устроенных не чаще, чем через 3 км друг от друга.

К классу дорога обычного типа относят дороги, имеющие единую проезжую часть или с центральной разделительной полосой;

Доступ на которые возможен, через пересечения и примыкания в разных и одном уровне, расположенные для дорог категорий IB, II, III не чаще, чем через 600 м, для дорог категории IV не чаще, чем через 100 м, категории V - 50 м друг от друга.

В зависимости от интенсивности движения и их хозяйственного и административного значения автомобильные дороги подразделяют на 5 технических категорий согласно нижеприведенной таблице:

Таблица 1.1

Категория дороги	Расчетная интенсивность движения, авт/сут	Народнохозяйственное и административное значение автомобильных дорог
	приведенная к легковому автомобилю	в транспортных единицах
I-а	Св. 14 000	Св. 7000	Магистральные автомобильные дороги общегосударственного значения (в том числе для международного сообщения)
I-б	Св. 14 000	Св. 7000	Автомобильные дороги общегосударственного (не отнесенные к I-a категории), республиканского, областного (краевого) значения
II	Св. 6000 до 14 000	Св. 3000 до 7000
III	Св. 200 до 2000	Св. 100 до 1000	Автомобильные дороги общегосударственного, областного (краевого) значения (не отнесенные к I-б, и II категориям), дороги местного значения
IV	Св. 200 до 2000	Св. 100 до 1000	Автомобильные дороги республиканского, областного (краевого) и местного значения (не отнесенные к I-б, II и III категориям)
V	До 200	До 100	Автомобильные дороги местного значения (кроме отнесенных к III и IV категориям)

По материалам покрытий проезжей части дороги могут быть асфальтобетонными, бетонными, грунтовыми.

1.2 Элементы дороги в поперечном профиле

Дорога состоит из комплекса основных сооружений, оборудования и устройств, предназначенных для организации движения транспорта.

К основным сооружениям относят земляное полотно, дорожную одежду, водоотводные сооружения, путепроводы, тоннели, подпорные стены и т.п.

Вспомогательными сооружениями в данном случае являются автомобильные станции, гаражи, заправочные пункты, здания дорожно-ремонтной службы и т.п.

К дорожным устройствам относят ограждения, дорожные знаки, древонасаждения, скамейки, беседки, плакаты, осветительные столбы и др.

Полосу местности, на которой размещаются основные и вспомогательные сооружения, а также дорожные устройства, называют полосой отвода.

Рис. 1.1. Основные элементы автомобильной дороги:

а - дорога в насыпи; б - дорога в выемке

Часть поверхности дороги, предназначенная для движения автомобилей, называется проезжей частью.

Земляное полотно - сооружение, на котором расположена проезжая часть дороги. В зависимости от рельефа местности земляное полотно устраивают в насыпях или в выемках (рис. 1.1).

Насыпи сооружают при переходах дороги через лощины, овраги, болота и другие пониженные места, на подходах к мостам, а также в пониженных местах трассы для уменьшения большого естественного продольного уклона.

Выемки устраивают обычно на возвышенных участках трассы для - смягчения естественного уклона местности и создания плавного продольного профиля дороги.

Для большей прочности проезжую часть укрепляют, устраивая ее из прочных строительных материалов. Такие материалы, уложенные на проезжую часть, называют дорожной одеждой.

К проезжей части с двух сторон примыкают обочины. Их используют для остановок автомобилей, во время строительства и ремонта дорожной одежды и для складывания дорожно-строительных материалов.

Рис. 1.2. Автомобильная дорога с разделительной полосой

Если рядом с выемкой имеется насыпь, ее можно отсыпать из грунта, вынутого из соседней выемки. В тех случаях, когда грунт из выемки не помещается в соседнюю насыпь, излишки его складывают в стороне от дороги в кавальер (рис. 1.1, б).

На дорогах с большой интенсивностью для безопасного движения автомобилей между отдельными полосами проезжей части устраивают разделительные полосы (рис. 1.2).

Односкатный профиль проезжей части дороги (рис. 1.3, а) устраивают при двух раздельных проезжих частях (например, в городах) и на закруглениях дорог.

Двускатный профиль (рис. 1.3, б) применяют в большинстве случаев на дорогах с твердым покрытием. При таком профиле дороги автомобили могут ездить по своей полосе, что повышает безопасность встречного движения, и дорога более равномерно изнашивается по ширине.



Рис. 1.3. Поперечный профиль проезжей части

Крутизну поперечного профиля проезжей части характеризуют величиной уклона, который выражают через тангенс угла наклона прямой линии к горизонтальной плоскости и измеряют в тысячных долях (⁰/₀₀). Чем ровнее проезжая часть, тем меньше должен быть поперечный уклон, и наоборот.

1.3 Элементы дороги в плане

Трасса дороги. Расположение оси дороги на местности называют трассой. Она представляет собой пространственную линию, так - как имеет не только повороты в плане, но и спуски и подъемы. Дорогу проектируют по возможности по кратчайшему направлению, называемому воздушной линией.

Длину трассы делят на километры и на стометровые участки - пикеты, которые нумеруют последовательно. Например, расстояние от начала трассы до заданной точки, равное 4375 м, записывают так: ПК 43 + 75, где ПК обозначает слово «пикет».

При крутых поворотах с малыми радиусами кривых осложняется управление автомобилем, возникает возможность его заноса и опрокидывания под влиянием центробежной силы. Для устранения указанных недостатков устраивают переходные кривые (с переменной кривизной), виражи с односкатным поперечным уклоном проезжей части. При радиусах более 2000-3000 м недостатки кривой становятся незначительными и надобность в устройстве переходным кривых и виражей отпадает.

Элементы прямых и кривых. Элементами прямого участка трассы являются длина прямой и ее направление. Направление прямой определяется величиной румба, который измеряют горизонтальным углом между северным или южным направлением меридиана и направлением данной линии. Величина румба может колебаться от 0 до 90°. Румбы бывают четырех направлений: северо-восточного, северо-западного, юго-восточного и юго-западного. В местах изменения направления трассы намечают углы поворота (рис. 1.4). Для удобства движения транспортных средств при повороте трассы дорогу строят по круговой кривой. Элементами круговой кривой являются: радиус R, угол поворота а, длина К=АЕС, тангенс Т=АВ = ВС, биссектриса Б = ВЕ, домер Д = 2Т-К. По заданному радиусу и измеренному углу поворота находят остальные элементы круговой кривой.

Домером называют величину, на которую сдвигают вперед мерную ленту при измерении длины трассы по тангенсам (после перехода на прямой участок). Откладывая от вершины угла величину тангенсов, находят начало и конец кривой. Деля угол ABC пополам и откладывая от его вершины величину биссектрисы Б, находят середину кривой.

Рис. 1.4. Круговая кривая

Переходные кривые - это кривые переменного радиуса кривизны. Их устраивают для постепенного перехода от прямого направления к круговой кривой и обратно. При наличии переходной кривой центробежная сила изменяется постепенно, без толчка. Кроме того, при езде по переходной кривой водитель вращает руль плавно, что облегчает управление автомобилем.

Закругление с переходными кривыми состоит из двух переходных кривых и круговой кривой между ними. Такое закругление называют составной кривой.

Виражи. На кривых малых радиусов для повышения устойчивости автомобилей против заноса устраивают односкатный поперечный профиль с уклоном проезжей части и обочин к центру кривой - вираж. Участок, на котором поперечный профиль переходит от односкатного к двускатному, называют отгоном виража. Общий вид закругления с виражом показан на рис. 1.5.

Рис. 1.5. План проезжей части на закруглении с виражом

1.4 Элементы дороги в продольном профиле

Продольный профиль дороги представляет собой проекцию ее на вертикальную плоскость, проходящую через ось дороги. Продольный профиль - один из основных проектных документов, на котором указывают все основные элементы плана и профиля, типы и расположение искусственных сооружений, и грунтовый разрез.



Рис. 1.6. Часть учебно-топографической карты, все названия условные

На продольном профиле изображают линии поверхности земли и проектную линию, которая соответствует уровню бровки (для новых дорог) или оси дороги (при реконструкции). Линию поверхности земли изображают на профиле по данным нивелирования трассы на местности или по топографической карте (рис. 1.6).

Вертикальные кривые. Такие кривые в продольном профиле дороги предусматривают на переломах проектной линии; они бывают выпуклые и вогнутые. Выпуклые кривые устраивают для плавного перехода с одного уклона на другой и улучшения видимости в продольном профиле (рис. 1.7). Выпуклый перелом ограничивает видимость дороги водителя. Вертикальной кривой срезается возвышение и увеличивается расстояние видимости.

Радиусы выпуклых кривых определяют исходя из обеспечения видимости поверхности дороги на длине пути торможения.

Рис. 1.7. Вертикальные кривые

К основным техническим нормативам продольного профиля относят: наибольшие и наименьшие продольные уклоны, наименьшие радиусы выпуклых и вогнутых вертикальных кривых, руководящую рабочую отметку.

Руководящей рабочей отметкой называют наименьшую высоту насыпи, которая обеспечивает нормальные условия эксплуатации земляного полотна (неподтопление водой и снегонезаносимость).

1.5 Узлы автомобильных дорог

К основным элементам дорог относят узлы. Узлами называют соединения автомобильных дорог, при которых автомобили могут переходить с одного направления на другое.

В зависимости от взаимного расположения дорог и их значения все узлы можно разделить на три группы: пересечения, примыкания и разветвления (рис. 1.8).

По числу уровней узлы могут быть в одном и в разных уровнях.

Рис. 1.8. Виды узлов автомобильных дорог:

а - разветвление; б - примыкание; в-пересечение

Наиболее совершенны узлы первой категории, требующие больших строительных затрат и значительной территории. Примерами таких узлов являются пересечения типа клеверного листа (рис 1.9).



Рис. 1.9. Пересечение автомобильных дорог в разных уровнях по типу «клеверный лист»

Узлы второй категории устраивают в одном и в разных уровнях, например кольцевые узлы в одном уровне и неполный клеверный лист в разных уровнях (рис. 1.10, в). Узлы третьей категории (пересечения в одном уровне) не обеспечивают безопасного движения и имеют самую низкую пропускную способность.

Из многочисленных типов пересечений и примыканий в разных уровнях - большее распространение получили узлы, показанные на рис. 1.10.

Рис. 1.10. Схемы пересечения дорог в разных уровнях

Пересечения типов а и б устраивают при перекрещивании автомагистралей I и II категорий, типов в и г - на пересечении автомагистрали с второстепенной дорогой. Линейный тип д пригоден при остром угле пересекающихся дорог; примыкания типов е, ж и з и разветвление типа и предусматривают при большой интенсивности движения на узле.

1.6 Дорожные одежды

Дорожная одежда является важнейшим и дорогостоящим элементом автомобильной дороги

Дорожной одеждой называют совокупность конструктивных слоев разной прочности, обычно уменьшающейся книзу, устраиваемых из различных материалов. Многослойная конструкция дорожной одежды показана на рис. 1.11.

Рис. 1.11. Конструкция дорожной одежды

Дорожную одежду устраивают в пределах габаритов проезжей части дороги с целью создания условий, обеспечивающих возможность круглогодичного, безопасного, с расчетными скоростями и нагрузками, удобного и гигиеничного движения современных автомобилей.

Поверхностная обработка на усовершенствованных покрытиях капитального типа защищает покрытие от износа. Слой износа систематически возобновляется по мере истирания, устраивается из наиболее прочных и морозостойких материалов с таким количеством вяжущего материала, чтобы обеспечить шероховатость, но не в ущерб водонепроницаемости покрытия.

Покрытие в зависимости от технической категории, состава, интенсивности движения, качества используемых материалов и технологических особенностей производства работ может состоять из одного и более слоев. Покрытие должно обеспечивать ровность, шероховатость, гигиеничность, водонепроницаемость атмосферных осадков, увеличение прочности дорожной одежды.

Основание обеспечивает прочность, водонепроницаемость грунтовых вод в конструктивные слои дорожной одежды. Основание в зависимости от назначения конструкции дорожной одежды, применяемых дорожно-строительных материалов и способа производства работ может состоять из одного или нескольких слоев, прочность которых уменьшается сверху вниз, а водонепроницаемость повышается.

Дорожные одежды по способности воспринимать растягивающие напряжения и накапливать пластические деформации, возникающие от действия нагрузок, подразделяют на жесткие и нежесткие.

К жестким относят дорожные одежды, устраиваемые из бетона или железобетона. Эти одежды хорошо сопротивляются изгибу, и в них не накапливаются пластические деформации. Расчет таких конструкций ведут методами теории упругости.

К нежестким дорожным одеждам относят все остальные конструкции, устраиваемые из щебня, гравия, грунта и других материалов, в том числе с обработкой вяжущими. В таких одеждах при повторном действии нагрузок накапливаются пластические деформации, а их сопротивление изгибу значительно меньше, чем у жестких.

Транспортно-эксплуатационные качества дорожных одежд, в первую очередь, определяются типом устраиваемого покрытия. Дорожные одежды по типам покрытия классифицируются на:

1. Капитальные:

- цементобетонные;

- асфальтобетонные из горячих плотных смесей I и II марок;

- асфальтобетонные из холодных смесей I марки;

2. Облегченные:

- асфальтобетонные из горячих смесей III марки;

- асфальтобетонные из холодных смесей II марки;

- из каменных материалов,

3. Переходные:

- щебеночные;

- гравийные;

- булыжные из колотого камня;.

4. Низшие:

- из малопрочных каменных материалов, шлаков;

- грунтовые, улучшенные различными местными материалами.

Из покрытий капитального типа наиболее распространены асфальтобетонные покрытия, имеющие ровную, упругую, удобную для движения автомобилей поверхность.

Покрытия облегченного типа, устраиваемые с применением прочного щебня, гравия или минеральных смесей различной зернистости и плотности, обработанных органическими вяжущими, обладают достаточной прочностью в переменных условиях увлажнения и при различных температурах.

Покрытия переходного типа из щебня, гравия, шлака, без обработки вяжущими обладают малым сопротивлением износу. К этой же группе относят покрытия из грунта и местных малопрочных каменных материалов, обработанных различными вяжущими. Мостовые - конструктивные слои дорожной одежды, устраиваемые из отдельных, уложенных вплотную друг к другу, естественных или искусственных камней соответствующей формы.

Покрытия низшего типа - из грунтов, укрепленных или улучшенных различными местными материалами, применяют в качестве временного типа покрытий на дорогах низших категорий.

2. Мосты

2.1 Классификация мостов

Мосты классифицируются по следующим признакам:

По назначению: железнодорожные, автомобильные, метромосты, пешеходные, комбинированные, водные путепроводы, специальные мосты для пропуска трубопроводов и кабельных трасс;

По конструкции (рис. 2.3): вантовые балочные, подвесные, арочные, понтонные,

По материалам из которых они изготовлены: сталь, железобетон, бетон, природный камень, дерево (определяющим при этом является материал пролетного строения);

По статической схеме: разрезные, неразрезные, консольные;

По уровню расположения проезжей части (рис. 2.2): с ездой поверху, посередине, и с ездой понизу;

По типу опор и пролетного строения (рис. 2.1): разводные мосты (разводимые поднятием проезжей части, разводимые поворотом проезжей части параллельно руслу реки), неподвижные (в которых пролетное строение всегда занимает неизменное положение по отношению к опорам).

Рис. 2.1. Виды мостов по типу опор и пролетных строений

Разводные мосты применяют, когда невозможно или неэкономично поднять пролетное строение на высоту, достаточную для пропуска судов. Неизбежность перерывов в движении по разводным мостам является их существенным недостатком.

Рис. 2.2. Уровни расположения проезжей части мостов

Рис. 2.3. Основные системы мостов

Рис. 2.4. Виды мостов по характеру пересечения препятствия

По характеру пересечения препятствия: мосты могут быть прямыми, косыми и криволинейными. Ось прямого моста (рис. 2.4, а) перпендикулярна берегам реки и направлению течения, косого - пересекает их под углом (рис. 2.4, б), отличным от прямого, криволинейного - пересекает под переменным по его длине углом (рис. 2.4, в).

2.2 Элементы мостовых сооружений

Мостовые сооружения (рис. 2.5) строят для пропуска дороги над реками, ущельями, оврагами, лощинами, другими дорогами. Они прерывают земляное полотно дороги своими конструкциями (рис. 2.5, а), включающими пролетные строения и опоры. Пролетное строение перекрывает пространство между опорами, поддерживает все перемещающиеся по сооружению нагрузки и передает их и свой собственный вес на опоры. Опоры воспринимают усилия от пролетного строения и передают их через фундаменты на грунты основания.

Разновидностями мостовых сооружений являются собственно мосты (см. рис. 2.1, а), путепроводы (рис. 2.5, б), виадуки (рис. 2.5, в) и эстакады (рис. 2.5, г).

Рис. 2.5. Мостовые сооружения:

1 - пролетное строение; 2 - промежуточная опора; 3 - устой

Собственно мостом называют сооружение для пропуска дороги над водным препятствием.

Путепровод - мостовое сооружение для пропуска одной транспортной магистрали над другой в разных уровнях. Путепроводы строят в городах и вне городов, для автомобилей и пешеходов.

Виадук - мостовое сооружение для пропуска дороги над глубоким оврагом, ущельем или суходолом с высоким расположением уровня проезда над низом препятствия. Характерной особенностью виадуков являются опоры большой высоты (от нескольких десятков до сотен метров).

Эстакадами называют мостовые сооружения для пропуска дороги на некоторой высоте над поверхностью земли (см. рис. 2.6, г), чтобы пространство под ними могло быть использовано для различных целей. Эстакады возводят также вместо насыпи для пропуска дороги над долинами рек, над болотистыми участками местности, на подходах к путепроводам. Их применяют и для пропуска скоростных автомагистралей над городской застройкой, при уширении набережных и организации движения в городских условиях вдоль рек.

На горных дорогах, кроме виадуков и тоннелей, применяют галереи (рис. 2.6, а), балконы (рис. 2. 6,6) и подпорные стенки (рис. 2.6, в).

Галереи используют для защиты дороги от снежных лавин и камнепадов, балконы - для обеспечения необходимой ширины дороги на крутых склонах и сокращения объемов работ по разработке грунтов, подпорные стенки - для удержания находящегося за ними грунта от обрушения.

Рис. 2.6. Сооружения на горных дорогах

2.3 Элементы мостового перехода и мостов

Комплекс сооружений, возводимых при пересечении дорогой реки, называют мостовым переходом (рис. 2.7). В его состав входят мост, подходы к нему, ледорезы, регуляционные сооружения и берегоукрепительные устройства.

Мост своими конструкциями перекрывает русловую часть реки или русло и часть поймы реки (рис. 2.7, а, б). Подходы к мосту обеспечивают сопряжение дороги с мостом. Их устраивают в виде земляных насыпей или эстакад.

Ледорезы - сооружения для защиты промежуточных опор моста от непосредственного воздействия ледохода, которое является наиболее опасным для деревянных опор. В этом случае ледорезы возводят перед каждой опорой (рис. 2.7) с верховой стороны на той части реки, где возможен ледоход. В мостах с массивными опорами (каменными, бетонными, железобетонными) ледорезы совмещают с опорами.

Регуляционные сооружения и берегоукрепительные устройства применяют для предохранения грунта у опор моста и берегов от значительного размыва. Их устраивают в виде струенаправляющих дамб и траверс.

Струенаправляющие дамбы сооружают у береговых опор, придавая им в плане очертание, способствующее плавному протеканию в отверстие моста водного потока с пойм русла (рис. 2.7, б-д).

С верховой стороны мостового перехода иногда устраивают траверсы в виде коротких дамб, выступающих в реку перпендикулярно или под углом к берегу или насыпи подхода (см. рис. 2.7, г). Траверсы препятствуют течению воды вдоль берега или насыпи, предохраняют их от размыва и способствуют направлению водного потока в отверстие моста.



Рис. 2.7. Схема мостового перехода:

I - мостовой переход; II - мост; III - насыпь подхода;

1 - насыпь подхода; 2 - струенаправляющая дамба; 3 - пойма; 4 - русло;

5 - ледорез; 6 - траверса

Мосты состоят из пролетных строений и опор. В пролетных строениях мостов выделяют следующие основные части: проезжую часть, несущую часть, систему связей и опорные части.

Под проезжей частью пролетного строения (в первоначальном и основном смысле этого понятия) понимают совокупность конструктивных элементов, воспринимающих действие подвижных нагрузок (от транспортных средств и пешеходов) и передающих их на несущую часть. В состав проезжей части входит мостовое полотно и несущие элементы (рис. 2.8).

Мостовое полотно расположено над несущими элементами проезжей части и предназначено для обеспечения безопасного движения транспортных средств и пешеходов, а также для отвода воды.



Рис. 2.8. Элементы мостового полотна:

I - тротуар; II - полоса безопасности; III - проезжая часть; IV - ездовое полотно;

1 - перильное ограждение; 2 - одежда тротуаров; 3 - барьерное ограждение;

4 - устройство для освещения; 5 - устройство для водоотвода; 6 - одежда ездового полотна; 7 - несущие элементы проезжей части; 8 - несущие элементы пролетного строения

Несущие элементы проезжей части воспринимают нагрузку от транспортных средств с ездового полотна, от пешеходов с тротуаров и передают их на основные несущие конструкции пролетного строения. Применяют три главных вида несущих элементов проезжей части: балочная клетка - совокупность поперечных и продольных балок; плоская или ребристая плита; ортотропная плита - сварная стальная конструкция, состоящая из листа, подкрепленного ребрами.

Несущая часть пролетного строения воспринимает действие собственного веса пролетного строения и временной подвижной нагрузки и передает его на опоры. В простейших балочных мостах малых пролетов несущая часть пролетного строения состоит из деревянных или металлических прогонов, железобетонных плит или балок; при средних и больших пролетах в качестве несущей части применяют балки, фермы, арки или рамы.

Опорные части представляют собой специальные элементы, с помощью которых опорные реакции от несущей конструкции передаются на опоры в заданном месте. Кроме того, опорные части обеспечивают поворот и смещение главных ферм (или балок) пролетного строения при их прогибе от действия подвижных нагрузок, а также продольные и поперечные смещения концов ферм (или балок), возникающие в результате температурных деформаций пролетного строения.

Опоры мостов воспринимают нагрузки и передают их на грунт через фундаменты или на воду (в наплавных мостах). Различают промежуточные и береговые опоры. Промежуточные опоры воспринимают нагрузки от веса пролетных строений, подвижной нагрузки, проходящей по ним, от навала судов, воздействия льда и ветра. Береговые опоры, кроме того, могут работать как подпорные стенки, воспринимая давление от насыпи подходов.

Рис. 2.9. Основные характеристики моста и уровней реки

Конструктивное решение моста во многом зависит от ширины, глубины, скорости течения реки, вида грунтов на дне ее русла и поймы, условий ледохода, требований судоходства по реке. Существенное значение имеют и следующие расчетные уровни воды в реке (рис. 2.9): уровень высоких вод (УВВ) - наивысший уровень воды в реке в месте мостового перехода, который определяют по данным гидрометрических наблюдений; расчетный судоходный уровень (РСУ) - наивысший уровень в реке в судоходный период, который обычно несколько ниже УВВ; средний уровень воды в период между паводками называют уровнем меженных вод (УМВ) или уровнем межени.

В мостах применяют следующие основные определения и обозначения:

длина моста L - расстояние по оси моста между линиями, соединяющими внешние концы устоев, примыкающих к насыпи подходов;

отверстие моста L₀ - горизонтальный размер между внутренними гранями устоев или конусами насыпи, измеренный при расчетном уровне высоких вод с исключением толщины промежуточных опор;

высота моста H - расстояние от поверхности проезжей части до уровня меженных вод;

свободная высота под мостом H₀ - расстояние между низом пролетных строений и уровнем высоких вод или расчетным судоходным уровнем (если есть судоходство);

высота опоры h₀ - расстояние от ее верха до грунта;

строительная высота пролетного строения h - расстояние от проезжей части до самых нижних частей пролетного строения;

расчетный пролет l - расстояние между осями опирания пролетного строения на смежных опорах;

ширина моста В-расстояние между перилами в свету;

ширина пролетного строения В₀ - расстояние между осями крайних главных балок;

ширина проезжей части b - расстояние между внутренними гранями полос безопасности;

ширина ездового полотна Г - расстояние между ограждениями.

Основные параметры моста устанавливают в процессе его проектирования с учетом его назначения и местных условий.

3. Тоннели

3.1 Краткая историческая справка

Подземные сооружения были известны еще в глубокой древности. Они возводились вначале для жилья и захоронений, при постройке храмов, а затем для добычи камня и руды, а позднее и для целей водоснабжения и ирригации. Еще позже появились транспортные, коммунальные и тоннели гидроэлектростанций.

Периоды развития тоннелестроения как вида инженерной деятельности можно разделить на три основных этапа.

Первый этап относится к древнему миру, расцвету Римской империи и Греции, второй - после средневекового упадка (конец ХVII - ХVIII век) и третий - ХIХ век.

Большого совершенства в строительстве тоннелей достигли римляне. Остатки древних римских тоннелей водоводов находятся как в самом Риме, так и в различных местах бывшей обширной территории римской империи.

В средние века, наряду с общим упадком науки и техники наблюдается полный застой и в развитии тоннельного дела. Подземные сооружения в это время возводились главным образом в замках феодалов, монастырях, и то в незначительных масштабах. Подземные ходы-тайники были известны и на Руси.

Начиная с ХII века подземные выработки появляются при горных разработках.

Толчком к развитию тоннельного строительства в середине ХIХ века послужило применение взрывчатых веществ - вначале черный порох, а затем нитроглицерин и, наконец, динамит.

Успехам тоннельного строительства способствовало изобретение бурильных машин, возможность использования шпуровых зарядов и как следствие, возможность управления энергией взрыва.

Первый опыт щитовой проходки тоннелей относится к началу ХIХ века, когда инженер Брюннель построил транспортный тоннель под Темзой в Лондоне.

Впервые механическое бурение шпуров было применено при проходке тринадцатикилометрового железнодорожного тоннеля в Альпах между Францией и Италией.

Постройка больших альпийских тоннелей Сен-Готард, Симплон и др. на которых отрабатывались и совершенствовались новые методы проходки, послужила дальнейшему развитию техники и технологии строительства тоннелей горным способом.

3.2 Область применения и классификация тоннелей

Тоннели представляют собой искусственные подземные или подводные сооружения, предназначенные для пропуска транспортных средств, размещения инженерных коммуникаций и других целей.

Таблица 2.1. Классификация тоннелей

Признаки классификации	Разновидности и характеристика тоннелей
По назначению	1. Тоннели на путях сообщения: железнодорожные, автодорожные, совмещенные, тоннели метрополитенов, судоходные пешеходные. 2. Гидротехнические: тоннели ГЭС, тоннели ГАЭС, тоннели для водоснабжения, ирригационные, мелиоративные 3. Коммунальные: канализационные, коллекторные 4. Горнопромышленные: транспортные, дренажные, вентиляционные 5. Специального назначения: Подземные заводы, склады, хранилища, убежища, подземные сооружения городской инфраструктуры
По месту расположения	1. Горные: сооружаемые в гористой местности для преодоления высотных препятствий, 2. Городские: сооружаемые в городах под улицами, площадями, застроенными кварталами 3. Подводные: сооружаемые для преодоления водных препятствий
По глубине заложения	1. Мелкого заложения: расположенные на глубине до 15 м. 2. Глубокого заложения: расположенные на глубине более 15 м
По способам сооружения	1. Сооружаемые горным способом: проходка с разработкой профиля по частям, либо на полный профиль с устройством временной крепи без вскрытия поверхности 2. Сооружаемые щитовым способом: с помощью проходческих щитов без вскрытия поверхности 3. Сооружаемые открытым способом: сооружаемые в котлованах с обратной засыпкой конструкции 4. Сооружаемые полузакрытым способом: часть конструкции тоннеля сооружается без вскрытия земной поверхности, часть - со вскрытием 5. Сооружаемые специальными способами: с помощью предварительного укрепления грунтов, опускания готовых тоннельных секций, с использованием в забое сжатого воздуха, методом продавливания.

К транспортным тоннелям относятся автодорожные, железнодорожные, пешеходные, судоходные тоннели, а также тоннели метрополитена.

Гидротехническими называют подводящие и отводящие тоннели в системе гидроэлектростанций, ирригационные и мелиоративные тоннели.

К коммунальным относятся тоннели городского подземного хозяйства для пропуска газа, воды, канализации, кабелей и т.п.

Горнопромышленные тоннели предназначены для транспортных целей, а также для дренажа и вентиляции шахтных выработок в горной промышленности.

По месту расположения тоннели подразделяются на горные, подводные и городские.

Горные тоннели прокладывают через горные хребты и возвышенности (рис. 3.1, а).

При пересечении водных преград: рек, озер, заливов, проливов, каналов и водохранилищ - сооружают подводные тоннели (рис. 3.1, б).

Тоннели, заложенные под улицами и площадями городов, называют городскими (рис. 3.1, в, г).

В зависимости от глубины заложения от поверхности различают тоннели глубокого заложения (10-20 м) и мелкого заложения (< 10 м).

Методы сооружения тоннелей весьма разнообразны и определяются протяжением, глубиной заложения, инженерно-геологическими, гидрогеологическими условиями и экономическими соображениями.

Рис. 3.1. Схемы транспортных тоннелей:

1 - портал; 2 - лестничные сходы

В практике тоннельного строительства применяют горный, щитовой, открытый и специальные способы работ.

Горный способ работ предусматривает раскрытие тоннельной выработки по частям с временным креплением и поэтапным возведением несущей конструкции - обделки. В крепких и устойчивых породах выработку раскрывают сразу на полный профиль с временной контурной крепью и последующим механизированным возведением обделки.

Щитовой способ работ основан на применении в качестве временной крепи подвижной стальной цилиндрической оболочки, - щита, под защитой которого разрабатывают породу и возводят обделку из отдельных, заранее изготовленных металлических или железобетонных элементов - блоков или тюбингов, образующих кольца шириной 0,5-1,2 м.

Открытый способ работ применяют при сооружении тоннелей мелкого заложения. Несущие конструкции преимущественно прямоугольного поперечного сечения из сборного «ли монолитного железобетона возводят в открытом котловане с откосами, свайным или шпунтовым креплением.

При сооружении тоннелей горным, щитовым или открытым методом в тяжелых геологических условиях (в водоносных неустойчивых грунтах при значительном притоке подземных вод) применяют специальные приемы работ по укреплению окружающего грунтового массива с использованием искусственного замораживания, водопонижения или химического закрепления грунтов.

При строительстве подводных тоннелей, помимо горного, щитового и открытого методов работ, применяют метод готовых (заводных) секций, опускных кессонов-тоннелей и др.

3.3 Горные тоннели

Горные тоннели сооружают при пересечении трассой дороги горных хребтов, склонов и возвышенностей. В зависимости от высоты пересечения тоннели подразделяют на вершинные и базисные (рис. 3.2).

Вершинные тоннели имеют меньшую длину, но требуют более протяженных подходов. Выбор высоты расположения горного тоннеля зависит от конкретных топографических, инженерно-геологических и климатических условий и производится в результате технико-экономического анализа с учетом интенсивности автодвижения.

Вершинный тоннель, имеющий более низкую строительную стоимость, может оказаться более целесообразным, чем базисный при малой интенсивности движения. При значительной грузонапряженности дороги предпочтительнее сооружать базисный тоннель, требующий меньших транспортно-эксплуатационных расходов. При этом следует учитывать, что сооружение вершинных тоннелей сопряжено с необходимостью пересечения подходами крутых косогоров, оползневых зон, ущелий, что требует создания в ряде случаев защитных противообвальных галерей, высоких подпорных стен, виадуков, глубоких выемок.

Сооружение горных тоннелей начинают с устройства подходных выемок, конфигурация и размеры которых зависят от рельефа местности и геологических условий (рис. 3.3 а).

При этом в зависимости от геологических условий глубина выемки не должна превышать полуторной высоты тоннеля в слабых породах и трехкратной - в крепких породах. Крутизна откосов выемки определяется характеристиками породного массива и изменяется от 1: 1,5 в несвязных грунтах до 1: 0,2 в крепких скальных породах.

Рис. 3.2. Схема расположения базисного и вершинного тоннелей:

1 - базисный тоннель; 2 - вершинный тоннель; в-участки развития линии

В большинстве случаев места входа в тоннель должны быть закреплены во избежание возможных обвалов грунта. Только в крепких, монолитных и невыветривающихся породах допускается оставлять входные участки тоннеля незакрепленными. Обычно входы в тоннель устраивают в виде оголовков или порталов.

Оголовки, представляющие собой усиленное головное звено тоннельной обделки, сооружают в монолитных, крепких породах (рис. 3.3б).

Порталы, помимо обеспечения устойчивости лобового и боковых откосов подходной выемки, предназначены также для отвода воды, стекающей с горных склонов, и для архитектурного оформления входов в тоннель (рис. 3.3в).

Конструкция портала состоит из усиленного звена тоннельной обделки и подпорных стен, которые могут закреплять только лобовой откос или лобовой и боковые откосы предпортальной выемки.

В зависимости от рельефа порталы могут располагаться симметрично и несимметрично относительно оси тоннеля, перпендикулярно или под углом к оси дороги.

Над лобовой стеной портала делают срезку на высоту 1,5 м и устраивают засыпку с уплотнением и прокладкой поперечного водоотводного лотка. Для предотвращения падения камней с лобового откоса на проезжую часть дороги устраивают парапет на 0,5 м выше верха лотка.

Рис. 3.3. Схемы устройства входов в тоннели:

1 - контур тоннеля- 2 - лобовой откос; 3 - боковые откосы; 4 - лобовая стена;

5 - защитная засыпка- 6 - водоотводный лоток - 7-парапет; 8 - усиленное звено обделки;

9 - водоотводная канава; 10 - уровень проезжей части

3.4 Подводные тоннели

При наличии на трассе автомагистралей крупных рек, морских проливов или заливов может возникнуть необходимость в сооружении подводных тоннелей, которые в ряде случаев имеют технико-экономические преимущества перед мостовыми переходами. Подводные тоннели не нарушают условий судоходства и бытового режима водной преграды. Низкие берега водотока, повышающие стоимость мостового перехода за счет необходимости обеспечения подмостовых габаритов, благоприятны для строительства подводного тоннеля.

Подходы к мостам, особенно в условиях городской застройки, нарушают архитектурный ансамбль и могут потребовать в отдельных случаях сноса здании и сооружений.

Выбор между мостовым и тоннельным пересечением водной преграды производят на основе технико-экономического сопоставления вариантов с учетом как строительных, так и эксплуатационных затрат.

В некоторых случаях при пересечении крупных водных препятствий целесообразно сооружение комбинированных тоннельно-мостовых переходов, состоящих из моста низкого уровня и подводного, тоннеля на судоходном участке.

Обычно подводные тоннели сооружают под дном водотока, оставляя защитную грунтовую кровлю не менее 3-6 м (рис. 3.4, а).



Рис. 3.4. Схематический разрез по оси подводного тоннеля:

1 - подводный участок; 2 - рамповый участок; 3 - дамба;

4 - заводные секции; 5 - опоры

При сооружении подводных тоннелей в условиях значительной глубины воды (более 30 м) могут найти применение тоннели, располагаемые на искусственных дамбах, устраиваемых по дну водотока (водоема), тоннели-мосты и плавучие тоннели. Конструкция тоннеля на дамбах состоит из отдельных готовых элементов - тоннельных секций, которые опускают с поверхности воды или перемещают с берегов вдоль оси тоннеля по рельсам, уложенным по искусственным дамбам, а затем стыкуют между собой (рис. 3.4, б). Устройством таких тоннелей значительно сокращается длина подводного перехода, однако при этом требуется значительный объем земляных работ по возведению дамб.

Подводный тоннель-мост представляет собой комбинированное сооружение в виде тоннеля из отдельных секций, опирающегося на опоры по типу мостовых (рис. 3.4, в). Такие сооружения могут быть устроены при пересечении весьма глубоких водотоков, причем глубина заложения тоннеля определяется условиями' судоходства.

В отличие от тоннелей-мостов плавучие тоннели удерживают на требуемой глубине от поверхности воды заанкеренными в дно тросовыми оттяжками.

Подходы к тоннелю - рамповые участки - сооружают в открытой выемке с обделкой в виде незамкнутой конструкции из монолитного или сборного железобетона, состоящей из лотка и боковых стен переменной высоты, укрепляющих откосы выемки. Длина рампы зависит от топографических, инженерно-геологических условий и экономических факторов. В некоторых случаях устраивают рампы закрытого типа цельнозамкнутой конструкции.

3.6 Городские транспортные и пешеходные тоннели

Развитие крупных городов и непрерывный рост уличного движения требуют совершенствования городской транспортной системы. Движение огромного количества автомобилей по городу сопряжено с многочисленными остановками перед светофорами, заторами и отсутствием стоянок.

Для обеспечения рациональной организации движения и улучшения городских транспортных связей предусматривается сооружение транспортных пересечений в разных уровнях на наиболее загруженных направлениях и транспортных узлах, сооружение линий метрополитенов, подземных стоянок и гаражей.

В общем комплексе городских подземных сооружений важное место занимают транспортные и пешеходные тоннели мелкого заложения.

Транспортные тоннели устраивают под улицами и площадями в тесной увязке с существующей застройкой и с учетом особенностей уличного движения и расположения подземных коммуникаций. Создание транспортных пересечений повышает пропускную способность магистралей и скорости движения автомобилей.

Тоннели сооружают на прямых, Т-образных и У-образных пересечениях улиц и располагают как на прямых, так и на криволинейных участках трассы (рис. 2.5). При этом организацию движения автомобилей в районе тоннеля осуществляют по различным схемам.

Транспортные тоннели, сооружаемые на магистралях непрерывного движения и пересечения автомагистралей для развязки движения в разных уровнях, состоят из закрытой подземной части и открытых рамповых - участков. При этом подземные коммуникации, заложенные на незначительной глубине от поверхности, должны быть проложены по перекрытию тоннеля, отнесены в сторону или уложены ниже подошвы тоннеля.

Пешеходные тоннели устраивают при пересечении автомагистралей с интенсивным движением, у мест скопления людей (метро, стоянки автомобилей, стадионы, магазины). Они должны обеспечивать безопасность и удобства пешеходного и автомобильного движения три минимальных затратах времени пешеходами на преодоление перехода. Длина пешеходных тоннелей колеблется от 10-15 до 200 м и более.

Планировочные решения подземных переходов зависят от местных топографических и градостроительных условий и отличаются расположением в плане и количеством входов и выходов. В плане пешеходные тоннели могут располагаться в виде взаимно пересекающихся и разветвляющихся коридоров, сочетания криволинейных и прямолинейных участков. Возможно устройство пешеходных тоннелей на прямых, Т-образных, V-образных и У-образных перекрестках (рис. 3.6).



Рис. 3.5. Схемы расположения в плане транспортных тоннелей:

1 - тоннель; 2 - рампа; 3-направление движения автомобилей; 4 - городская застройка

Рис. 3.6. Схемы расположения в плане пешеходных тоннелей

При глубине заложения пешеходного тоннеля менее 5 м устраивают лестничные входы и выходы, а при большей глубине обязательно устройство эскалаторов. Возможно оборудование сходов в тоннель лифтовыми подъемниками и движущимися тротуарами - траволаторами, которые могут располагаться на уклоне до 15°. На некоторых пешеходных тоннелях устраивают комбинированные сходы в виде лестниц для спуска и эскалаторов для подъема пешеходов, а также пандусы для пешеходов с колясками и велосипедами.

Входы и выходы могут быть расположены непосредственно на тротуарах, в первых этажах зданий или устроены совмещенными с входами и выходами метрополитена.

Для защиты от атмосферных осадков в некоторых случаях возводят навесы и павильоны.

Размеры поперечного сечения пешеходных тоннелей и лестничных сходов назначают в зависимости от. интенсивности пешеходного движения. При этом ширина тоннеля в свету должна быть не менее 3 м, а высота - не менее 2,3 м; ширина лестничного схода должна быть более 2 м.

4. Железные дороги

4.1 Классификация железных дорог

Классификация железных дорог выполняется по различным признакам:

Административные (государственные железные дороги, общего пользования и ведомственные, частные);

Эксплуатационным (грузовые, пассажирские, пригородные, транзитные, промышленные, временные,);

Технические (по ширине колеи - нормальной колеи и узкоколейные, по числу путей - однопутные, двухпутные и многопутные, по роду тяги - электрифицированные, с тепловозной и с паровой тягой) и т.д.

4.2 Элементы железных дорог

Железнодорожный транспорт представляет собой сложное многоотраслевое хозяйство, в состав которого входят железные дороги, предприятия, административно-хозяйственные, культурно-бытовые и медицинские учреждения, научно-исследовательские институты, вузы, техникумы, школы.

Для осуществления перевозочного процесса железные дороги располагают техническими средствами, включающими в себя подвижной состав и инфраструктуру, в которую входят:

* железнодорожный путь с необходимым путевым развитием в раздельных пунктах для приема, скрещения, обгона, расформирования, формирования и отправления поездов и выполнения других операций;

* сооружения для посадки, высадки и обслуживания пассажиров;

* устройства для хранения, погрузки и выгрузки грузов;

*устройства сигнализации, централизации и блокировки, информационные комплексы для обеспечения безопасности движения поездов и ускорения производственных процессов;

* сооружения для экипировки и ремонта локомотивов и вагонов;

* устройства электроснабжения, в том числе тяговые подстанции и контактная сеть на электрифицированных линиях;

* устройства водоснабжения;

* устройства материально-технического снабжения.

Трасса, план и продольный профиль пути

Трасса железнодорожной линии характеризует положение в пространстве продольной оси пути на уровне бровок земляного полотна. Проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом, а развертка трассы на вертикальную плоскость - продольным профилем линии.

Полоса отвода - участок земли вдоль трассы, отведенная для размещения железнодорожного пути и других устройств железной дороги, а также железнодорожных поселков и лесонасаждений.

Продольный профиль линии характеризуется крутизной уклонов его элементов и их длиной. Крутизна i, измеряемая в тысячных долях, представляет собой частное от деления разности h отметок конечных точек элемента профиля на его длину l, т.е. равна тангенсу угла наклона а элемента профиля к горизонту.

Одним из основных параметров железнодорожной линии является ее руководящий уклон, представляющий собой наибольший затяжной подъем, по величине которого устанавливают норму массы поезда при одиночной тяге и минимальной расчетной скорости движения. В сложных топографических условиях, когда на протяжении не менее перегона уклон местности значительно превышает руководящий, применяют так называемый уклон кратной тяги, который поезд расчетной массы проходит с несколькими локомотивами.

Железнодорожный путь

Железнодорожный путь - это комплекс инженерных сооружений, предназначенный для пропуска по нему поездов с установленной скоростью. От состояния пути зависят непрерывность и безопасность движения поездов, а также эффективность использования технических средств железных дорог.

Железнодорожный путь состоит из нижнего и верхнего строений. Нижнее строение пути включает в себя земляное полотно (насыпи, выемки, полунасыпи, полувыемки, полунасыпи-полувыемки) и искусственные сооружения (мосты, тоннели, трубы, подпорные стены и др.). К верхнему строению пути относятся балластный слой, шпалы, мостовые и переводные брусья, рельсы, рельсовые скрепления, противоугоны, стрелочные переводы, глухие пересечения.