Проектирование мостового перехода на участке пересечения реки трассой железной дороги

Министерство  транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Самарский государственный  университет путей сообщения

(СамГУПС)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кафедра “Путь  и строительство железных дорог”.

 

 

 

 

 

 

 

 

ПО дисциплине: «Изыскание и проектирование железных дорог»

На тему:

«Проектирование мостового перехода на участке пересечения  реки

трассой железной дороги».

 

 

 

 

 

                               Выполнил: Лаптев Д.А.

Шифр:07-МТ-6515

 

Проверил: доцент

 А.С. Лысак

 

 

 

 

 

 

Самара 2013г.

 

 

 

 

 

Содержание:

Введение                                                                                                                3

Исходные данные для курсового  проектирования                                           4

  1. Проектирование плана линий                                                                   5
  2. проектирование продольного профиля                                                  6
  3. Расчет стока воды, выбор типов и отверстий

малых водопропускных сооружений                                                            7

4.Ориентировочное определение  отверстий больших мостов                  8

5. Определение расходов воды  морфометрическим способом                 9

6, Определение расходов воды  и соответствующих им

уровней заданной вероятности                                                                     11

7. Установление пределов  варьирования отверстием моста

на основе общего размыва  подмостового русла                                          14

8. Определение глубины  местного размыва у опор моста                          21

Список литературы                                                                                         24

Приложения

Продольный профиль  трассы

План линии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение:

 

     Целью курсового проектирования является получения  практических навыков проектирования новых железнодорожных линий с пересечением постоянного водотока мостовым переходом и определения основных параметров мостового перехода.

     В общем  объеме работ по строительству  железной дороги видное место принадлежит водопропускным сооружениям и тоннелям. Велика их роль и обеспечение безопасности  и бесперебойности движения поездов. Следует отметить, также, что водопропускные сооружения занимают значительное место в стоимости строительства новых и реконструкции эксплуатируемых железных дорог на большей части России.

     Мостовые  переходы и тоннели входят  в число наиболее сложных и  ресурсоемких сооружений железной  дороги . эти объекты нередко оказываются  барьерными, продолжительность их строительства может повлиять на срок ввода линии в эксплуатацию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные для курсового проектирования:

Топографическая карта, масштаб 1: 25000

Категория проектируемых  линий – 1

Полезная длина приемоотправочных путей – 1050м

Ливневый район – 6

Группа климатического района – 3

Класс реки – 6

Таблица наблюдений отметок  уровней верхних вод ВВ – на карте

     Коэффициент шероховатости русла n = 0,030; на левой пойме n =0,070;на правой пойме n = 0,060

     Тип грунта, слагающего русло – песок средний

      Средний  диаметр частиц не связанного  грунта, слагающего подмостовое  русло d=6,0 мм

       Глубина  заложения фундамента – 3м 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Проектирование  плана линии:

     Проектирование  плана ведется одновременно с  составлением ведомости плана  линии, с построением с схематического  профиля, нанесением на него  проектной линии, водопропускных сооружений. Проектирование плана начинается от точки А и ведут небольшими участками длиной равной обычно расстоянию между кривыми. Эти участки считаются законченными только  после того, как будет запроектирован продольный профиль, размещены на нем в этих пределах водопропускных сооружения, проверено выполнением норм проектирования.

     Укладка  плана линии обычно производится  в следующем порядке

  1. Проводятся прямые направления между фиксированными точками (пересечения смежных прямых дают вершины угла поворота ВУ)
  2. С помощью заранее изготовленного шаблона, в масштабе карты, для стандартных радиусов R = 2000; 2500; 3000; 4000 круговые кривые подбираются  и наносится кривая, сопрягающая эти прямые.
  3. Используя замер расстояния от заранее нанесенной метки нулевого километра, определяется пикетажное  значение до вершины угла поворота /ПК ВУ/.
  4. Рассчитывается или определяется по таблицам круговых кривых значения тангенса Т и длины круговой К, после замера транспортиром угла поворота α /точностью ±0,5º/:

   

 

  1. Определяется  пикетажное значение конца круговой кривой

 

   

  1. Отложив значение тангенса Т от вершин подсчитывается пикетажное 

значение начала круговой кривой

 

угла поворота в обратном направлении, а затем в прямом, находятся на плане метки начала и конца круговой кривой.

  1. В соответствие с пикетажными значениями НКК и ККК наносятся ближайшие метки километров.

Все расчеты параметров плана линии ведутся с точностью до 0,01м и заносятся в ведомость плана линии.

 

 

 

 

 

 

 

Ведомость плана линии:

 

    

№ элемента

Угол поворота

Радиус 

R, м

ПК 

вершины угла

/ву/

Тангенс

Т, м

НК

начала

кривой 

НКК

Кривая

К, м

ПК

конца

кривой

ККК

Длина

прямой

право

лево

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

                

277,08

2

34

  

4000

15+00

1222,92

2+77,08

2373,47

26+50,55

  

3

                

4635,23

4

88

  

2500

97+00

2414,22

72+85,78

3839,44

111+25,22

  

5

                

1999,78


 

     Проектирование  плана линии производится в  соответствии с требованиями, которые принимаются на основе заданной полезной длины приемоотправочных путей ℓпо и ранее установленной категории проектируемой дороги.

     Эти требования  касаются выполнения минимальных  длин прямых вставок, минимально-допустимых  величин радиусов, расположения кривых участков на подходах  к большим мостовым переходам.

 

 

 

 

2. Проектирование  продольного профиля:

     Одновременно  с проектированием плана линии,  составляется схематический продольный  профиль, где проектируемые данные  изображаются красным цветом, существующие черным.

     Для выполнения всего  комплекса трассирования новой  линии необходимо:

  1. Заготавливается план и ведомость плана линии, сетка схематического профиля, с нанесенными километрами, ведомость подбора и размещения искусственных сооружений, полоску миллиметровой бумаги, с нанесенными в масштабе карты километрами.
  2. Запроектировав кривой участок с прилегающей к нему прямой и нанеся его на схематический профиль, с помощью полоски бумаги наносят отметки поверхности земли по трассе.
  3. На основе полученных отметок поверхности земли строится профиль.
  4. Предварительно проектный элемент профиля наносятся по следующим требованиям:                                                                                                                                                                   

 

а/ минимум земляных работ; б/ достаточная высота насыпи для  размещения водопропускных сооружений; в/ допустимое расположение перелома профиля  относительно начала или конца кривой, начала или конца станций, начала или конца большого моста; д/ допустимость длины элементов профиля; ж/необходимость смягчения руководящего уклона ip (iсм = ip – iэ(к), , где R – радиус кривой участка, м).

 

  1. Определяется уклон проведенного элемента профиля графическим путем
  2. После определения величины уклона i и длины элемента iэ вычисляется отметка конца элемента по формуле:

 

 

              где Нн – отметка начала элемента / отметки конца предыдущего элемента/.

  1. Уточняется на профиле положения элемента путем новой наколки на профиле отметки конца элемента.
  2. Вычисляются промежуточные проектные отметки Нi, соответствующие каждой черной отметки по формуле:

 

где ℓi - расстояние от начала элемента до рассматриваемой точки;

Нн – отметка в начале элемента профиля.

  1. Рассчитываются рабочие отметки – разница между отметкой и чертой.

 

 

3.Расчет стока воды, выбор типов и отверстий малых водопропускных сооружений:

     Одновременно с проектированием плана и профиля производится размещение водопропускных сооружений в местах пересечения трассой постоянных и периодических водотоков. Для этого на профиле в пониженных местах размещают водопропускные сооружения.

Предварительно на карте проводят линии главного и второстепенных водоразделов.

     В курсовом проекте площади бассейнов допускается определять приближенно в зависимости от их площадей и удельного расхода Q стока с 1 км2 площади расчетного бассейна для вероятностей превышения, номер ливневого района, по Самарской области, - 6, которому соответствует 3 климатическая зона.

     Расход ливневого стока Qн 1%-ой вероятности превышения для бассейнов с глинистыми и суглинистыми почвами определяется в функции площади бассейна F и уклона главного лога бассейна J по номограмме

     Для определения расхода Qmax. Вероятностью превышения р=0.33%, полученный расход Qн умножается на поправочный коэффициент Kл, равный 1.46, то есть

                                   Qmax = Qн * 1.46                                                 

     Для определения расхода Qрасч, вероятностью превышения р= 1%, полученный расход Qн умножается на поправочный коэффициент Kл, равный 1.05, то есть

                                   QРасч = Qн * 1.05                                                 

    Выбор типов и отверстий водопропускных сооружений ведут по доминирующему стоку воды. Выбор типа малого водопропускного сооружения зависит от характера водотока, природных условий района проектирования, потребной водопропускной способности, высоты насыпи и их стоимости.

     Определение отверстий малых водопропускных сооружений производится, как правило, с учетом аккумуляции воды перед ними.

Кроме того, должны удовлетворяться  конструктивные требования, согласно которым толщина засыпки над  сводом трубы должна быть не менее 1 м.

          Выбор типов и отверстий водопропускных сооружений по вариантам рекомендуется вести в виде ведомости.

Ведомость типовых  водопропускных сооружений.

Местопо-ложение сооруже-ния,

ПК

Площадь водосбора, км2

i, %о

Расчёт-

ный

расход,

Q, м3/с

Тип

Сооруже

ния

Отверстие, м

Проектная высота насыпи hпр, м

Требуемая  высота насыпи hmp, м

1

2

3

4

5

6

7

  

15+75

7,99

10

36,75

ПЖБТ

2×3м

8,5

2,87

36+75

1,32

19,2

12,6

ПЖБТ

2,5м

8

2,78

118+75

1,64

25

13,65

ПЖБТ

2,5м

8,15

2,78


 

  1. Ориентировочное определение размеров отверстий средних и больших мостов.

     Для сравнения вариантов участка железной дороги с различными мостовыми переходами необходимо на этапе разработки основных проектных решений приближенно установить отверстие моста. При ориентировочном определении отверстий средних и больших мостов используется формула:

где:

Вотв- отверстие моста, м;

Р- допускаемый  коэффициент размыва, 1,2;

Вгр- ширина главного русла, м, определяется по карте в горизонталях;

Вразл- ширина разлива реки, м (определяется ориентировочно для уровня воды, превышающего наивысший из заданного ряда наблюдений примерно на 2м).

     Полученное значение отверстия округляется в большую сторону в соответствие с принятой схемой моста. Принятая схема моста с разбивкой на пролеты должна быть показана условными обозначениями на продольном профиле варианта.

 

243,5

     При дальнейших расчетах необходимо  перенести эти отметки с водомерного  поста на створ мостового перехода, для чего определяют уклон реки по формуле

где ГМВб, ГМВм- большая и меньшая отметки уреза воды, м, в пределах карты в горизонталях, L- расстояние, м, между урезами по главному руслу.

 

 

0,009º/0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Определение расходов воды морфометрическим способом

     Вычисление расходов воды производится  с использованием профиля морфоствора в месте расположения мостового перехода.

     Данные для построения профиля  морфоствора по порассматриваемому  варианту трассы берут с карты в горизонталях. Профиль вычерчивают по ходу километров, в масштабе:

     - горизонталь - 1:10000;

     - вертикальный – 1:100

     Расход воды на водотоке определяют  путем суммирования расходов  в главном русле и на поймах:

где - площади, живых сечений главного русла, правой и левой пойм, определяемые по профилю морфоствора путем суммирования элементарных площадей треугольников и трапеций, м2; средние скорости течения, м/с, соответственно, в главном русле, на правой и на левой поймах;

- средняя скорость течения в русле реки или на пойме определяется      по эмпирической формуле:

где п – коэффициент шероховатости русла, характеризующий сопротивление движению воды и зависящий от ситуационных условий местности в районе морфоствора, характера русла, растительности на поймах и т.д. (в курсовом проекте определяется заданием на проектирование);

- средняя глубина воды на участке морфоствора, м, определяемая по формуле:  

- площадь живого сечения соответствующего  участка морфоствора, м;

          - ширина соответствующего участка морфоствора, м.

       где  - уклон реки

 

=0,009

Средние глубины, скорости течения воды и соответствующие  им расходы воды в месте мостового  перехода подсчитываются при ГМВ и далее примерно через    0,5 м до уровня, превышающего максимальный из заданного ряда на 2 м.

     Результаты вычисления сводятся в таблицу. По этим данным строятся графики зависимостей от уровня воды площадей живого сечения, а также в целом для водотока.

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Определение расходов воды и соответствующих им уровней заданной вероятности превышения.

 Основные гидрологические характеристики водотоков, в том числе расход и горизонт воды – величины случайные. Следовательно, их определяют методами математической статистики, опираясь на известный закон распределения. Установлено, что эти характеристики подчиняются трехпараметрическому закону распределения вероятностей.

  Под заданной вероятностью  превышения подразумевается та  вероятность превышения, при которой должны быть найдены расчетный и максимальный расходы. Заданные вероятности – величины нормируемые, степень допускаемого риска при их назначении устанавливается с учетом множества факторов: гидрологических, гидравлических, экономических, связанных со стоимостью восстановления сооружений, а также с учетом оценки потерь при остановке транспортного конвейера в случае отказа (перебоя в движении), сроков службы сооружений, условий их эксплуатации и др.

  Размер отверстия  водопропускного сооружения определяется по расчетным расходам, а проверка сохранности его, а также расчет отметки бровки пойменных насыпей и незатопляемых регуляционных сооружений осуществляется по наибольшим расходам.

  Определение расходов  и соответствующих им уровней  воды заданной вероятности превышения производится по кривой распределения вероятностей, для построения которой нужен статистический ряд многолетних наблюдений за расходами. В курсовом проекте таким статистическим рядом являются расходы, соответствующие уровня воды, наблюдаемым на водотоке в месте мостового перехода за 15 лет.

   Отметки уровня  воды за 15 лет наблюдения в  месте мостового перехода уже  известны. Расходы, соответствующие  уровня УВВ, определяются по  графику зависимости Q = f(H). Расходы ранжируются в убывающем порядке (табл.6.1) – отметки уровня воды и соответствующие им расходы заносятся в убывающем порядке, а в графе 2 данной таблицы указывается порядковый номер года наблюдения за данным уровнем воды.

   В графе 6 табл. 6.1. заносят значение эмпирической  вероятности превышения для каждого члена ряда, определенное по формуле                                      

                                                                                                          

где    т   —    порядковый номер члена ряда, расположенного по убывающей

 п   —    число наблюдений (в нашем случае п= 15).

    Первый параметр случайной величины Q – среднеарифметическое значение расхода воды - определяется по формуле

                                            ,                 

где    - сумма годовых максимальных расходов за все годы

наблюдений.

    В методике по определению гидрологических характеристик для удобства расчетов используется безразмерная величина - отношение наблюдаемого годового максимального расхода к среднеарифметическому (модульный коэффициент Кi ) и записывается в табл. 5:

                                                                                                    

Вторым параметром случайной величины Q является коэффициент вариации (коэффициент рассеивания), характеризующий среднеквадратичное отклонение членов ряда, определяемый по формуле:        

                                            

 

Так как число наблюдений, задаваемое в курсовом проекте, мало, то третий параметр - коэффициент ассиметрии С, характеризующий средне-кубическое отклонение, определяется косвенным путем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение расходов воды и соответствующих им уровней заданной вероятности превышения.

 

№ пп

Порядковый номер года наблюдения за УВВ

Отметки УВВ

Расход Q, м3/с

Эмпирическая вероятность р, %

Модульный коэффициент Кi

 

(Кi-1)2

1

4

275,45

4500

6,25

1,33

0,1089

2

3

274,56

4000

12,5

1,19

0,0361

3

5

273,60

3800

18,75

1,13

0,0169

4

9

273,37

3600

25

1,07

0,0049

5

2

273,13

3500

31,25

1,04

0,0016

6

1

272,66

3400

37,5

1,01

0,99

7

13

272,48

3300

43,75

0,98

1,02

8

15

272,15

3100

50

0,92

1,08

9

10

272,04

3000

56,25

0,89

1,11

10

6

271,87

3200

62,5

0,95

1,05

11

8

271,78

3300

68,75

0,98

1,02

12

14

271,63

3400

75

1,01

0,99

13

11

271,13

3000

81,25

0,89

1,11

14

7

270,20

2700

87,5

0,80

1,2

15

12

269,54

2600

93,75

0,77

1,23

16

сумма

  

3360

    

9,81


             

 

 

р, %

Сs/Сv = 2

Сs/Сv = 4

 

К p

Qт

К p

QT

1

2

3

4

5

0.1

1,73

2213

1,88

6316

0.3

1,64

2098

1,74

5846

0.5

1,59

2034

1,67

5611

1

1,52

1944

1,58

5308

3

1,41

1803

1,44

4838

5

1,35

1727

1,36

4569

10

1,26

1612

1,26

4233

20

1,16

1484

1,15

3864

30

1,09

1394

1,08

3628

40

1,04

1330

1,02

3427

50

0,99

1266

0,98

3292

60

0,94

1202

0,93

3124

70

0,89

1138

0,88

2956

80

0,83

1062

0,83

2788

90

0,75

959

0,77

2587

95

0,70

895

0,72

2419

97

0,66

844

0,69

2318

99

0,59

755

0,64

2150

Проектирование мостового перехода на участке пересечения реки трассой железной дороги