достижение высокого качества обслуживания пассажиров при максимально высоком уровне выполнения графика движения поездов;

обеспечение безопасности движения;

оптимизация системы текущего содержания и ремонта устройств инфраструктуры и подвижного состава.

При решении этих задач необходимо учитывать мировой опыт работы высокоскоростных магистралей. На таких линиях, как правило, исключается или имеет крайне ограниченный характер движение грузовых поездов. Это связано прежде всего с тем, что реализация высоких скоростей требует содержания пути с существенно более жесткими нормативами, чем на обычных линиях. Движение по таким путям грузового подвижного состава с высокими осевыми нагрузками неизбежно будет вызывать повышенные динамические воздействия и расстройства пути. Обеспечение безопасности движения в таких условиях становится весьма сложной задачей. Крайне нежелательно и встречное движение высокоскоростного пассажирского и грузового поездов на двухпутном перегоне. Слишком тяжелые последствия могут произойти, например, при развале груза в грузовом составе.

Однако на существующей линии Астана - Алматы полностью исключить грузовое движение невозможно. Следует тщательно рассмотреть тяготеющие к ней существующие вагонопотоки, исключить транзитное грузовое движение и выделить несколько ниток в графике движения для обслуживания местной работы (организации движения сборных и вывозных поездов). При этом должно быть жестко регламентировано при всех оперативно возникающих обстоятельствах исключение пропуска по линии транзитных грузовых поездов и проследование местных поездов по закрепленным за ними твердым ниткам графика.

Технология организации местной работы разрабатывается исходя из условия минимизации числа ниток грузовых поездов в графике движения с исключением встречного движения грузовых и высокоскоростных пассажирских поездов на перегонах.

Следует отдельно рассмотреть вопрос о возможности пропуска по линии ускоренных грузовых поездов. Это может относиться к ускоренным контейнерным поездам и поездам со скоропортящимися и срочными грузами с выделением для них также твердых ниток в графике движения. Для таких поездов целесообразно создание специального грузового подвижного состава с тележками, обеспечивающими снижение воздействия на путь при повышенных скоростях движения.

Текущее содержание инфраструктуры должно строиться на основе выделения в графике движения постоянных технологических «окон».

Важное условие заключается в том, что в графике на постоянной основе должны предусматриваться «окна» как для текущего, так и для капитального ремонта пути. Отклонения высокоскоростных поездов от установленного расписания из-за ремонта объектов инфраструктуры недопустимы.

Поскольку заметную долю в таких поездах составляют пассажиры, выполняющие деловые поездки, изменение расписания может нанести серьезный ущерб имиджу нового вида сообщения, снизить привлекательность поездок. Поэтому с самого начала разработки графика движения на этой линии следует продумать вопрос организации всех видов ремонтов на основе заранее предусмотренных «окон».

Как правило, на таких магистралях диагностика состояния объектов инфраструктуры (пути, электроснабжения, СЦБ, устройств безопасности) выполняется с использованием специального комплексного диагностического поезда. Для его пропуска, возможно, ежесуточного, в графике движения выделяется специальная нитка.

Для ремонта и текущего содержания объектов инфраструктуры должна использоваться самая современная техника мирового уровня. Это обеспечит высокое качество ремонтных работ при минимизации времени выделяемых «окон». Одним из основных условий является обеспечение реализации высоких скоростей после окончания всех видов работ.

Управление пропуском поездов и всей оперативной работой магистрали следует осуществлять из специального автоматизированного диспетчерского центра управления (ЦУП ВСМ), в котором должны быть размещены рабочие места (АРМ) поездных диспетчеров (ДНЦ), диспетчеров по контролю состояния инфраструктуры, старшего диспетчера (ДНЦС) - руководителя смены.

Необходимо предусмотреть реализацию на АРМе ДНЦ функции «автопилот», обеспечивающей автоматическое задание маршрутов на станциях. Это позволит минимизировать межпоездные и станционные интервалы, высвободить время поездных диспетчеров для непосредственной работы по планированию и организации пропуска поездов. Система «автопилот» при приготовлении маршрутов должна настраиваться: в нормальных условиях -- на твердый график движения поездов по магистрали, а при сбоях -- на разрабатываемый план-график.

Автоматизированная система управления движением поездов должна предусматривать работу в информационно-управляющем режиме, обеспечивая подготовку для диспетчеров предложений по оптимальному устранению сбоев. Достаточно четко просматриваются приоритеты, которых следует придерживаться при восстановлении нормального движения. По старшинству это: высокоскоростные поезда, выделенные пассажирские поезда, фирменные, дальние пассажирские, пригородные, грузовые поезда.

Разработанный в автоматизированной системе план-график предлагается диспетчеру, который после рассмотрения утверждает его и передает системе «автопилот» для исполнения. В сложных ситуациях план-график разрабатывается самим диспетчером.

При ликвидации сбоев крайне важно обеспечить реализацию принципа соблюдения интересов оптимизации работы магистрали в целом. Поэтому план-график составляется для отдельных диспетчерских участков только в тех случаях, когда регулирование движения поездов не затрагивает условия пропуска их по смежным участкам.

На линии должна работать и система «автомашинист». Общепринято при этом, что периодически машинисты берут на себя управление с тем, чтобы сохранить навыки управления высокоскоростными поездами.

Важнейшим элементом оснащения центра управления является табло коллективного пользования (ТКП). Для всех диспетчеров должен быть обеспечен хороший обзор ТКП.

Представляемая на ТКП топология линии Астана - Алматы укрупненно отражает схему путевого развития с выделением технологических зон общего внимания (ТЗОВ), информация о работе которых представляет интерес для двух диспетчеров и более. К ТЗОВ относятся как важнейшие объекты инфраструктуры (перегоны, станции, поезда), так и события (выполнение графика движения, состояние объектов инфраструктуры и т.п.). Вся информация о работе ТЗОВ должна выдаваться в режиме активного пользовательского интерфейса (АПИ), т.е. с обеспечением наглядного визуального, а при необходимости и звукового информирования диспетчерского аппарата о сбойных ситуациях.

Полное использование принципов АПИ означает выполнение следующих функций:

-непрерывного получения информации от управляемых объектов (поездов, станций, сигналов и т.п.);

-обработки на АРМах пользователей или в центральном процессоре получаемых данных с выявлением сбойных ситуаций (СС), а также с прогнозированием возможных СС или с их развитием;

-своевременной выдачи диспетчерам данных об СС в виде тревожной информации (цвет, звук);

-моделирования перевозочного процесса с возможностью выработки управляющих воздействий по преодолению СС;

-предложения вариантов преодоления СС диспетчерам с возможностью диалога «ЭВМ -- диспетчер» для принятия оптимального решения;

-ведения мониторинга выполнения управляющих воздействий;

-оценки действий диспетчеров;

-формирования для диспетчеров и руководителей учетных и отчетных форм с их анализом;

-самообучения системы на примерах преодоления СС.

Работа по выполнению твердого графика движения должна быть организована с учетом следующих режимов управления: нормального, когда поезда следуют по графику и все маршруты и показания сигналов задаются системой «автопилот»; режима небольших сбоев, когда АРМ ДНЦ, самостоятельно моделируя поездную работу, определяет, что сбой устраняется в пределах одного диспетчерского участка и вмешательства поездного диспетчера не требуется (предлагаемое решение сбойной ситуации утверждается поездным диспетчером, система «автопилот» функционирует); режима больших сбоев, когда АРМ ДНЦ определяет, что сбой касается нескольких участков или ввод в нормальный режим невозможен (решение о дальнейшей организации движения принимается старшим и участковым диспетчерами совместно, намеченный план-график движения поездов реализуется в системе «автопилот»); аварийного режима (с переходом на ручное управление подготовкой маршрутов для поездов).

Работа ТКП организуется при комплексном использовании АРМов. Диспетчер, ответственный за конкретную ТЗОВ, воспринимает сигнал (в системе АПИ) от ТКП и с помощью выходных форм раскрытия информации, установленных на индивидуальном АРМе, анализирует ситуацию и вырабатывает, при необходимости взаимодействуя с другими диспетчерами, управляющее воздействие.

В программно-техническом комплексе (ПТК) ЦУПа необходимо использовать существующие информационные системы. ПТК является развивающимся комплексом, и это требует создания и использования таких программных и технических средств, которые позволяют легко наращивать или изменять используемые информационные и программные продукты, а также функции при решении различных задач оперативного управления, особенно по преодолению сбойных ситуаций. Предусматривается необходимое резервирование составных частей общей системы.

Специального рассмотрения требует вопрос об использовании информации с удаленных видеокамер, расположенных в наиболее активных зонах функционирования магистрали (перроны, горловины основных станций).

В ЦУПе следует предусмотреть учебный зал для организации обучения вновь поступающих на работу диспетчеров, а также для освоения обновляемого программного обеспечения уже работающими диспетчерами, и что особенно важно, для обучения методам преодоления сбойных ситуаций, когда возникают различного рода нарушения твердого графика движения поездов.

Использование рассмотренных основных технологических принципов работы линии Астана - Алматы при организации на ней высокоскоростного движения позволит обеспечить высокое качество функционирования магистрали в новых условиях.

Существующую линию при ее подготовке для движения высокоскоростных поездов следует рассматривать в качестве опытного полигона внедрения инновационных технических средств и технологий (по всем элементам управления и инфраструктуры), которые в последующем будут использоваться на новых специализированных высокоскоростных магистралях или служить прототипами таких технических средств и технологий. Такой подход позволит в целом существенно сократить сроки окупаемости требуемых инвестиций на капитальные вложения и научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки, повысить эффективность реализации планов строительства высокоскоростных магистралей [13].

5. Выбор варианта: реконструкция или строительство нового пути

5.1 Варианты решения проблемы повышения скорости

Высокоскоростные магистрали - дороги, на которых поезда развивают скорость 160 километров в час и более. Это трассы «летящих» поездов. На обычных железных дорогах повышение скорости до 120 километров в час достигается совершенствованием подвижного состава -- вагонов и локомотивов, пути, систем сигнализации и связи. Развитие скоростного движения и переход к высокоскоростному могут идти двумя путями. Один из них -- повышение скоростей на действующих линиях. Так поступили, например, в Великобритании, Италии, Советском Союзе. Другой -- строительство специализированных линий. Так решили эту проблему в Японии и во Франции.

По существующим прогнозам скоростное движение в ближайшем будущем может охватить значительно более широкий сектор пассажирских перевозок, чем высокоскоростное, так как его организация не связана со строительством новой линии, хотя и требует существенных затрат на реконструкцию. Однако после сооружения высокоскоростной магистрали все скоростные и высокоскоростные пассажирские поезда будут следовать по вновь сооруженной магистрали, а на существующей будут сконцентрированы в основном грузовые перевозки. Тогда капитальные вложения в реконструкцию и развитие существующей линии окажутся «бросовыми».

Страны Европейского Союза строят единую сеть высокоскоростных дорог, охватывающую страны и Восточной Европы. Протяженность европейских высокоскоростных линий к 2020 году увеличиться с четырех до десяти тысяч километров.

В настоящее время на участках магистральной железнодорожной сети Казахстана максимальные скорости движения не превышают 140 км/ч.

Скорости движения более 100 км/ч установлены для отдельных категорий дорог пассажирских поездов: Астана - Кокшетау и Караганда - Астана для пригородных электропоездов - 110 км/ч и на участке для основного потока пассажирских поездов - 110 км/ч. Для пассажирского поезда «Тулпар» с испанскими вагонами «Тальго» и электровозами KZ 4A - до 140 км/ч.

В соответствии с действующими правилами технической эксплуатации железных дорог Республики Казахстан, сооружения и устройства должны соответствовать требованиям, обеспечивающим пропуск поездов с наибольшими установленными скоростями:

- для пассажирских поездов - 140 км/ч;

- для рефрижераторных - 120 км/ч;

- для грузовых поездов - 90 км/ч.

Для дальнейшего повышения скоростей движения на приоритетных участках Республики Казахстан рассматриваются следующие варианты. [14]

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

Для этого необходимо провести нижеследующие работы:

- обеспечить укладку стрелочных переводов с гибкими остряками для скоростного движения (стрелочные переводы марок 1/9, 1/11);

- произвести замену рельсовых скреплений на новые, приспособленные для скоростного движения;

- выполнить все виды путевых работ в соответствии с нормативными сроками, произвести замену всех дефектных элементов пути (шпал, рельсов, противоугонов и др.), довести дефектность до безопасного международного уровня;

- на участках пути с асбестовым балластом необходимо провести капитальный ремонт с вырезкой асбестового балласта и постановкой пути на щебень;

- увеличить радиус кривых;

- увеличить длину прямых ставок;

- сделать путь бесстыковым;

- работы по переоборудованию системы сигнализации;

- работы по замене переездов мостами;

- переустройства на вокзалах.

Время нахождения в пути будет вычисляться по формуле (5.1):

(5.1)

Прибавив две остановки по две минуты, получим общее время поездки с учетом замедления и разгона на остановках не более 8 ч. 10 мин

Радиус проектной кривой (Рис. 5.1) вычисляется по формуле (5.2):

(5.2)

Рисунок 5.1 Увеличение радиуса кривой

Длина проектируемой кривой:

(5.3)

А кривых, радиус которых не позволяет двигаться по пути со скоростью 200 км/ч на участке Астана - Алматы длиной 1311 км. имеется 669 штук, соответственно необходимо реконструировать 767 км. пути. [15]

Затраты на укладку балластного слоя.

Стоимость 1м³ балластного слоя 300-1200 тенге. Балластный слой необходимо уложить лишь на участках, на которых будет увеличен радиус кривой (=767,3км).

Определим объем балластного слоя, необходимого для строительства. Он будет вычисляться по формуле:

(5.4)

где - площадь трапеции ABCD (Рис. 5.2);

- длина пути.

Рисунок 5.2 Площадь сечения балластного слоя

Площадь трапеции вычисляется по формуле (5.5):

(5.5)

По формуле 5.4 объем балластного слоя будет равен:

Таким образом, на приобретение данного объема балластного слоя будет необходимо:

Затраты на укладку нового пути в местах увеличения радиуса приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Расчет стоимости на укладку пути 767 км