Статьи

Унифицированные пролетные строения ж.-д. мостов линии Адлер — «Альпика-Сервис»

01.01.2009

ОАО «Институт Гипростроймост»: инж. Васильков А. С., Гитман Э. М., Корнев С. Н., Королев И. О., Ломакин П. В., Мохов А. С.

ОАО «Институт Гипростроймост» по заданию ОАО «Российские железные дороги» в рамках совместной с ОАО «Мосгипротранс» работы по проекту «Строительство совмещенной (автомобильной и железной) дороги Адлер — горноклиматический курорт «Альпика-Сервис» на основании анализа технических особенностей проектируемой линии разработало проектную документацию унифицированных пролетных строений мостов, имеющих ряд технических новаций, которым посвящается данный краткий обзор выполненной работы.

Проектируемая железнодорожная линия Адлер — горноклиматический курорт «Альпика-Сервис» имеет ряд принципиальных особенностей, отличающих ее от ранее построенных железнодорожных линий.

Основной особенностью линии является большое число мостовых сооружений, которые составляют до 25 % общей длины трассы протяженностью 49 км. При этом, поскольку железнодорожная линия проходит в горной местности по узкой долине р. Мзымты, основная часть мостовых сооружений (более 90 %) расположена на криволинейных участках с радиусом 600 м и более. Горный характер трассы обусловливает также преимущественное наличие затяжных уклонов величиной до 40 ‰.

Новая железнодорожная линия проектируется под два железнодорожных пути и предназначена в первую очередь для транспортного обслуживания участников и гостей Олимпийских игр 2014 г., а после их завершения — туристов, обслуживающего персонала и местных жителей горноклиматического курорта.

Таким образом, вторая особенность линии состоит в предназначенности для пассажирского движения. В перспективе данная пассажирская линия может быть продолжена в направлении Кавказских Минеральных Вод для создания единой транспортной сети между курортами Закавказья.

Планируется, что пассажирское движение на участке Адлер — горноклиматический курорт «Альпика-Сервис» будет организовано с использованием специально проектируемого подвижного состава с погонной нагрузкой до 3,5 тс/м. Вместе с тем сочтено необходимым обеспечить пропуск на данной линии единичных грузовых составов.

Изложенное явилось основанием для изменения нормативной временной нагрузки от подвижного состава, действующей на мостовые сооружения на данной линии, с целью улучшения технико-экономических показателей проектируемых сооружений.

Для железнодорожных путей общего пользования, на которых предусматривается движение пассажирских и грузовых (без ограничения массы) поездов, а также отдельных транспортеров с увеличенным давлением на ось, в СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы» класс нормативной временной нагрузки от подвижного состава принят равным 14 (С14).

Для железнодорожной линии на участке Адлер — горноклиматический курорт «Альпика-Сервис» класс нагрузки снижен и принят равным 11 (С11).

Другими особенностями линии являются ее расположение в районе с сейсмичностью 7–9 баллов, пересечение ряда температурно-влажностных зон и переменное по силе ветровое воздействие по трассе (от Черноморского побережья до горных районов Кавказа).

Главный вывод состоял в том, что использование имеющихся типовых решений пролетных строений мостов привело бы к необходимости изменения плана и профиля линии, рационально запроектированной для данной местности: на участках мостовых сооружений потребовалось бы устройство прямых в плане вставок с продольным уклоном не более 4 ‰, в противном случае следовало бы использовать только пролетные строения с пролетами до 34 м с ездой на балласте, применение которых возможно на криволинейных участках и на уклонах более 4 ‰. Оба указанных варианта не учитывали специфику линии. Поэтому следовало запроектировать индивидуальные пролетные строения и с учетом их массовости конструктивно унифицировать, обеспечивая при этом различные условия монтажа и доставку элементов в горных условиях, а также возможность серийного изготовления металлоконструкций.

Следующий вывод обусловлен необходимостью обеспечения плавности и комфортности езды пассажиров при скоростях до 160 км/ч и единства конструкции верхнего строения пути на земляном полотне и на мостовых сооружениях, а также расположением мостов и эстакад на криволинейных участках пути в плане и на продольном уклоне до 4 ‰ (в 96,4 % случаев) и сложными топографическими и инженерно-геологическими условиями района проектирования железнодорожной линии. Повышенные требования предъявляются к архитектурной выразительности сооружений в связи с расположением железнодорожной линии в рекреационной зоне Сочинского национального парка.

Перечисленные условия приводят к необходимости разработки стальных пролетных строений новой компоновки с ездой на балласте как универсального решения. Из этого также следовало, что при проектировании необходимо унифицировать ширину и конфигурацию балластного корыта для всех типов пролетных строений, причем при наличии ферм ширину балластного корыта следовало назначать по условиям вписывания пути и габаритов приближения строений при расположении конструкций на криволинейных участках трассы.

Наконец, выделим еще одно требование, вытекающее из протяженности мостовых сооружений на рассматриваемой железнодорожной линии: необходимость обеспечения габаритных размеров балластного корыта на всех пролетных строениях (в том числе расположенных на криволинейных в плане участках линии) с учетом применения высокопроизводительных комплексов путевых машин для выправки пути и очистки балласта.

Проектными решениями ОАО «Мосгипротранс» мостовые сооружения на новой линии предусмотрены в виде эстакад с преимущественным использованием стальных балочных пролетных строений 18,2, 23 и 33,6 м и мостов со стальными сквозными фермами с ездой понизу с пролетами 55, 66 и 110 м, причем мосты имеют подходы, скомпонованные из балочных пролетных строений. Суммарная длина мостов со сквозными фермами составляет порядка 50 % общей длины мостовых сооружений.

Проектирование пролетных строений выполнено ОАО «Институт Гипростроймост» с учетом возможности их использования в данных схемах мостовых сооружений и с учетом описанных выше особенностей проектируемой линии.

Перед началом проектирования НИИ мостов (г. Санкт-Петербург) по инициативе и совместно с ОАО «Институт Гипростроймост» был разработан нормативный документ, утвержденный Министерством регионального развития РФ, — «Специальные технические условия на проектирование мостовых сооружений под нагрузку С11 по объекту «Совмещенная (автомобильная и железная) дорога Адлер — горноклиматический курорт «Альпика-Сервис». Раздел “Унифицированные конструкции железнодорожных пролетных строений”» (СТУ). СТУ содержат требования к проектированию мостовых сооружений, отражающие специфику трассы и нормативно закрепляющие прогрессивные конструктивные и технологические решения, успешно внедренные в практику строительства железнодорожных мостов в последние годы.

Запроектированные балочные пролетные строения представлены на рисунках ниже: поперечное сечение однопутных пролетных строений 18,2, 23 и 33,6 м, двухпутных с пролетом 18,2 м и двухпутных с пролетами 23 и 33,6 м.

Поперечное сечение однопутных пролетных строений

Поперечное сечение двухпутных пролетных строений

Поперечное сечение двухпутных пролетных строений

С учетом строительства мостовых сооружений в горной местности и затрудненной в связи с этим доставкой конструкций пролетные строения составлены по длине из блоков — из 2 блоков для пролетных строений 18,2 м и из 3 блоков — для 23 и 33,6  м.

Компоновка пролетных строений соответственно в одно- и двухпутном исполнениях включает два основных элемента: унифицированную по конструктивному решению и ширине ортотропную плиту балластного корыта и хребтовые конструкции открытого типа для пролетных строений 18,2 м и коробчатого сечения для пролетов 23 и 33,6 м. Лист ортотропной плиты выполнен цельносварным и усилен полосовыми продольными ребрами. Стыки блоков, продольных и поперечных ребер ортотропной плиты приняты комбинированными — с использованием сварки и высокопрочных болтов.

Разработанные сквозные пролетные строения с ездой понизу на балласте под один и под два железнодорожных пути, помимо пролетов 55, 66 и 110 м, содержат пролеты 33,6 м, 88 и 154 м. Расширение номенклатуры пролетов открывает возможность варьирования при необходимости положением железнодорожной линии (в частности, в связи с прокладкой проходящей вблизи трассы автомобильной дороги).

Характерные компоновочные решения сквозных пролетных строений 55, 66, 88 и 110 м по фасаду и по поперечным сечениям для одно- и двухпутного вариантов представлены на рисунке.

Пролетное строение 33,6 м также имеет треугольную решетку по фасаду, но выполнено с открытым верхним поясом, а пролетное строение 154 м разработано под однопутное движение с возможностью установки на прямолинейных участках трассы.

Запроектированные железнодорожные пролетные строения со сквозными фермами содержат новизну, которая состоит в следующем:

  • конструкции могут быть использованы на криволинейных участках трассы: при радиусе кривой 600 м и более для пролетных строений 33,6 м; 1000 м и более — для пролетных строений 55 м; 1500 м и более — 66 м; 2000 м и более — 88 м; 3000 м и более — 110 м;
  • фермы имеют жесткие нижние пояса, обеспечивающие возможность монтажа конструкций внавес (полунавес) и способом продольной надвижки;
  • наличие треугольной или шпренгельной решетки по фасаду ферм (без традиционных стоек или подвесок) обеспечивает архитектурную выразительность конструкций;
  • в стыках нижних поясов ферм, вынесенных за пределы узлов, применена монтажная сварка;
  • между пролетными строениями предусмотрена постановка герметичных деформационных швов.

В разработке широко применена унификация: унифицированы ширина балластного корыта и толщина балластной призмы под шпалой для ферм и балочных пролетных строений, унифицирована строительная высота всех типов пролетных строений, а также высота ферм с пролетами 55 и 66 м. Принята единая высота нижнего пояса: 1100 мм — для пролетов 33,6‑154 м под один железнодорожный путь, 1600 мм — для пролетов 33,6‑154 м под два железнодорожных пути (эти высоты приняты по условиям максимально возможной минимизации строительной высоты — 1300 мм и 1800 мм соответственно, а также по условиям монтажа). Решетка ферм пролетных строений принята треугольной или с дополнительными шпренгелями с узлами полной заводской готовности и болтовыми и болто-сварными стыками в линейной части элементов поясов. Унифицированы размеры конструктивных элементов пролетных строений по условиям транспортировки с заводов-изготовителей в стандартном подвижном составе при максимально возможной норме загрузки, предусмотрена возможность транспортировки элементов конструкций непосредственно в пределах строительной площадки с учетом специфики горной местности.

Качественное сопоставление унифицированных конструкций пролетных строений с аналогами приведено в таблице. Это сопоставление показывает существенные преимущества новой разработки.

Количественная оценка выявила преимущества унифицированных двухпутных пролетных строений с ездой понизу по сравнению с однопутными. В прямом исчислении экономия в весе металла здесь составляет до 5‑7 %, а по удельным расходам стали на квадратный метр сооружения — до 70 %. Унифицированные пролетные строения для железнодорожной линии Адлер — горноклиматический курорт «Альпика-Сервис» проектировки ОАО «Институт Гипростроймост» были приняты к дальнейшей разработке.