1 / 44

2. Trains

High-speed highway. Part 2. Trains

ropot_1206
Download Presentation

2. Trains

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Для высокоскоростного поезда с максимальной скоростью 500 км/ч, ключевые параметры, включая количество вагонов и габариты, определяются балансом между аэродинамикой, безопасностью, массой состава и инфраструктурными ограничениями (длина платформ, кривизна трассы и т. д.). ? Максимальные габариты одного вагона ● ● ● ● Длина: 25–26 метров Ширина: 3.0–3.3 метра Высота: 3.7–4.1 метра Масса (пустого вагона): 45–55 тонн ? Максимальное количество вагонов в составе ● ● ● 8–16 вагонов — оптимальный диапазон при скорости до 500 км/ч Длина состава: 200–400 метров Превышение длины 400 м вызывает: ○ рост сопротивления воздуха ○ снижение энергоэффективности ○ требования к удлинению платформ, туннелей, обгонных участков и депо ? Вместимость одного вагона ▸ Только сидячие места (эконом-класс): ● ● ● 2+2 компоновка: ~80–100 мест 3+2 компоновка (уплотнённая, на короткие расстояния): до 120 мест Первый класс (2+1): ~50 мест ▸ Только спальные места (ночной HSR): ● ● ● Купейные (4-местные купе): ~36 мест СV-купе/бизнес-класс: ~18–24 мест Лежачие полки без купе: ~40–60 мест ? Итого: вместимость состава Тип компоновки Вагонов Мест в вагоне Всего пассажиров Сидячие (эконом) 10 100 ~1 000 Сидячие + 1-й класс 8 эк. + 2 1кл 80 + 50 ~740

  2. Спальные (купе) 10 36 ~360 Спальные (лежачие) 10 50 ~500 ? Примечания ● При скорости 500 км/ч особенно важна аэродинамика — большее число вагонов требует удлиненного и плавного хвостового и головного обтекателя. ● Оптимальная конфигурация — 12 вагонов (пример: 2 головных + 10 промежуточных). ● При использовании составов с распределённой тягой (как у Shinkansen или TGV), тяговые модули могут находиться под салонами. ● ● ● Пропускная способность двухпутного высокоскоростного участка при скорости до 500 км/ч зависит от: ● интервала между поездами (безопасность, сигнальные системы); ● схемы движения (встречное или только в одну сторону); ● ускорения и торможения; ● длины блок-участков и точности управления; ● наличия обгонных путей, депо, пересадок и ограничений по станции. ? Ключевой параметр — интервал между поездами Для скоростей 400–500 км/ч: ● Минимальный безопасный интервал: 6–8 минут между поездами в одном направлении (включая аэродинамические и сигнальные допуски). ● При оптимальных условиях и ETCS Level 3/ATO: 5 минут возможно (экспериментально, не повсеместно). ? Расчёт пропускной способности ? В одну сторону по одному пути: Интервал (мин) Поездов в час Поездов в сутки 5 12 288 6 10 240

  3. 8 7.5 180 10 6 144 ? Через двухпутный участок (в обе стороны одновременно): Интервал (мин) Поездов в час (двустороннее) Поездов в сутки (двустороннее) 5 24 576 6 20 480 8 15 360 10 12 288 ? Пример: 12-вагонные поезда по 1000 пассажиров ● При 480 поездов/сутки: до 480 000 пассажиров/сутки через участок ● Возможен даже больше, если оптимизировать конфигурацию сидений или внедрить стоячие места на коротких маршрутах. ● ● ● Если грузовой вагон высокоскоростного поезда (скорость до 500 км/ч) будет аналогичен по габаритам пассажирскому (длина ~25 м, ширина ~3 м), его максимальная грузоподъёмность будет ограничиваться: ? Основными факторами: 1. Масса на ось — Стандартная для высокоскоростных поездов: 17–18 тонн на ось (максимум 20 т — крайне редко и требует усиленного полотна). 2. Количество осей на вагон — Обычно 4 (две тележки по 2 оси). 3. Собственный вес вагона — Пустой пассажирский вагон: 45–50 тонн. ? Расчёт грузоподъёмности

  4. Параметр Значение Общая допустимая масса вагона ~72–80 тонн Минус собственная масса ~45–50 тонн Максимальная полезная нагрузка 22–30 тонн ? Уточнение по плотности груза Если перевозятся: ● плотные грузы (ящики, техоборудование, запчасти) — можно использовать грузоподъёмность почти полностью ● объёмные, но лёгкие грузы (электроника, почта) — ограничивает внутренний объём (~70–85 м³ на вагон) ? Примеры существующих грузовых HSR-проектов: Поезд (страна) Макс. груз / вагон Скорость Примечание CRH6F-C (Китай) ~15–20 тонн 250 км/ч Ориентирован на быструю доставку Shiki-Shima Cargo (Япония, проект) ~20 тонн 300 км/ч Контейнерная доставка почты TGV La Poste (Франция, снят) ~17 тонн 270 км/ч Перевозка почты ? Вывод Максимальная грузоподъёмность одного вагона высокоскоростного поезда: ✅22–30 тонн, при сохранении общей массы вагона в допустимых пределах (≤72–80 т) ? Более тяжёлые грузы потребуют снижения скорости (до 250–300 км/ч) и/или отдельного грузового HSR-формата (например, с 6-осевыми тележками или модифицированными рамами). ● ● ●

  5. Для состава высокоскоростного поезда на скорости до 500 км/ч, переоборудованного под грузовой, максимальная грузоподъёмность строго ограничивается конструктивными и аэродинамическими допусками, особенно в вопросе: ● массы на ось (и всей тележки), ● аэродинамической устойчивости, ● сцепления и управляемости на высокой скорости, ● прочности рельсового пути. ? Основные допущения: ● Скорость: до 500 км/ч (на уровне топовых HSR-платформ). ● Состав: 12 вагонов, из них 2 головных моторных, 10 – грузовых. ● Ось: 4 оси на вагон. ● Максимальная осевая нагрузка на таких скоростях:не более 17 тонн/ось, рекомендовано ≤16 т. ? Расчёт грузоподъёмности состава ? Масса на вагон: Параметр Значение Собственная масса вагона ~45–48 т Допустимая масса вагона ≤ 64 т (16 т/ось × 4) Грузоподъёмность на вагон ~16–18 т ? Масса состава: Состав поезда Кол-во Масса / единицу Итого Грузовые вагоны 10 17 т полезной 170 т Собственная масса груз. вагонов 10 45 т 450 т Головные моторные вагоны 2 68–72 т (без груза) ~140 т Полная масса состава ~760 т Полезная нагрузка (груз) 170 т ⚠ Ограничения на 500 км/ч:

  6. ● Масса одного вагона (полностью гружёного) ≤64 т. ● Полезная нагрузка на вагон: 16–18 т максимум. ● Состав – не более 10 грузовых вагонов (чтобы удержать массу и длину в аэродинамических допусках). ✅ Ответ: Максимальная грузоподъёмность состава из 12 вагонов (2 головных, 10 грузовых) при скорости до 500 км/ч составляет ~170 тонн. ? Эта цифра может быть увеличена только за счёт: ● снижения скорости (до 300–350 км/ч), ● увеличения количества осей (6-осные тележки), ● отдельного грузового стандарта (непассажирские платформы, как у маглева или Hyperloop-контейнеров). ● ● ● Рассчитаем максимальный грузопоток по двухпутной высокоскоростной магистрали при следующих условиях: ? Исходные данные: ● Грузоподъёмность одного состава: 150 тонн ● Количество путей: 2 (двухпутная дорога) ● Максимальное количество поездов в час на один путь: При скорости 500 км/ч и оптимальном интервале 10 минут между составами — 6 поездов в час на путь. ? Суточный грузопоток Параметр Расчёт Значение Поездов в час на один путь 6 6 Поездов в час на два пути 6 × 2 12 Суточное число поездов 12 × 24 288 поездов Грузопоток в сутки 288 × 150 т 43 200 тонн

  7. ? Годовой грузопоток Допустим, эксплуатация ведётся 365 дней в году. Параметр Расчёт Значение Грузопоток в год 43 200 × 365 15 768 000 тонн (15,77 млн т) ✅ Ответ: ?Суточный грузопоток по двухпутной трассе при 150 т на поезд: ≈ 43 200 тонн ?Годовой грузопоток: ≈ 15,77 млн тонн ● ● ● Сравним годовой грузопоток двухпутной высокоскоростной железной дороги (при скорости до 500 км/ч) с альтернативными видами транспорта — авиацией, автотранспортом и морскими перевозками. ? Исходные данные: 1. ? Высокоскоростной железнодорожный грузопоток: ● Скорость: до 500 км/ч ● Грузопоток в год:15,77 млн тонн ● Макс. груз на поезд: 150 т ● Интервал: 10 минут, 288 поездов/сутки по двум путям ? Сравнение по ключевым параметрам Транспорт Средняя скорость Максимальный годовой грузопоток Комментарий ? Железнодорожный (высокоскоростной) 500 км/ч 15,77 млн т Высокая скорость, высокая частота

  8. ✈ Авиация (грузовая) 750–900 км/ ч ~50–150 тыс. т на магистраль/год Очень быстрая, но дорогая и малогрузная ? Автотранспорт (фуры) 60–80 км/ч ~2–5 млн т/год/магистраль Гибкая логистика, но пробки и погода ? Морской транспорт 30–40 км/ч (16–22 узла) 100–300 млн т/год для каналов и портов Огромные объёмы, очень медленно ? Примеры и сравнения ✈ Авиация: ● Boeing 747-8F (фрахт): до 140 т груза ● Один самолёт при ~2 рейсах/день = ~100 000 т/год ● Значительно уступает железной дороге по объёму, но выигрывает по скорости на дальние дистанции (>3000 км) ? Автотранспорт: ● Фура (Евро): до 20–25 т ● Для достижения 15,77 млн т/год нужно ~2 000 рейсов/сутки ● Ограничена погодой, пробками, и требует дороги + водителей ? Морской: ● Один контейнеровоз (Post-Panamax): 100 000–200 000 т ● Медленно, но самый дешёвый способ на дальние дистанции ● Скорость ~30 км/ч = 16 узлов ? Сравнительная таблица Параметр Железная дорога Авиация Авто Морской Скорость 500 км/ч 750–900 км/ч 60–80 км/ч 30–40 км/ч Грузопоток (млн т/год) 15,77 0,05–0,15 2–5 100–300 ? Высокая ? Дешёвая Стоимость доставки Средняя Средняя ? Чистая (электричество) ? Высокий CO₂ Экология Средняя Средняя

  9. Зависимость от погоды Низкая Высокая Средняя Высокая Гибкость маршрутов Средняя Высокая Высокая Низкая ✅ Выводы: ● Железная дорога на 500 км/ч даёт: ○ ?грузопоток выше, чем авиация и автотранспорт вместе взятые ○ ⚡почти авиационную скорость ○ ? Но требует огромных инвестиций в инфраструктуру и жёсткого графика движения ● Авиация — идеальна для срочной доставки дорогостоящего груза, но не масштабируется по тоннажу. ● Авто — гибкая и дешевая на короткие расстояния, но плохо масштабируется по скорости и экологии. ● Морской — лидер по объёму, но медленный и локализован по портам. ● ● ● Сравним сколько фур, самолётов и судов потребуется для перевозки 15,77 млн тонн груза в год — эквивалент грузопотоку двухпутной высокоскоростной железной дороги при 500 км/ч и составе из 12 вагонов (150 т/состав): ? Сравнение транспортных средств по количеству рейсов Транспортное средство Грузоподъёмность за рейс Необходимое количество рейсов в год Примерное количество в день ? Фура (грузовик) 25 тонн 630 800 рейсов ~1 730 рейсов/день ✈ Грузовой самолёт (Boeing 747-8F) 140 тонн 112 600 рейсов ~308 рейсов/день ? Контейнеровоз (Post-Panamax) 100 000 тонн 158 рейсов ~1 рейс каждые 2,3 дня ? Примечания: ● Фуры: ○ Ограничены автодорогами, погодно зависимы.

  10. ○ Для эквивалентной замены поездов нужно более 1700 фур в сутки. ● Авиация: ○ Самый быстрый способ, но крайне дорогой. ○ Даже при работе 24/7 потребуется сотни грузовых самолётов. ● Морские перевозки: ○ Один большой контейнеровоз может взять до 100 000 тонн (условно). ○ Нужны 158 рейсов в год, но они медленные (~30–35 км/ч). ○ Портовая инфраструктура должна быть масштабной. ? Вывод: Чтобы достичь грузопотока в 15,77 млн т/год, как у высокоскоростной железной дороги: ● Нужно более 600 тыс. фур, что создаёт сильную нагрузку на дороги и экологию. ● Авиация требует тысяч высокозатратных часов налёта, нерентабельно. ● Морские перевозки возможны, но не сопоставимы по времени доставки (в разы медленнее). Вот основные технические требования к проектированию высокоскоростного поезда с учётом следующих условий ● Ширина колеи - 1435 мм ● Поезд – 12 вагонов (2 головных) в грузовом и пассажирском исполнении ● Максимальная грузоподъемность в грузовом исполнении 150 тонн (15 тонн на вагон) ● Максимальная грузоподъемность в пассажирском исполнении не превышает максимальную грузоподъемность в грузовом исполнении ● Максимальная скорость 500 км/ч ● Максимальное безостановочное движение 10000 км за 24 часа. ● Срок службы без капитального ремонта при постоянном использовании 5 лет. ? 1. Общие параметры состава Параметр Значение Тип состава Унифицированный — 12 вагонов (2 головных) Исполнение Пассажирское и грузовое Ширина колеи 1435 мм (стандартная европейская) Длина состава ~300–320 м (при длине вагона 25–27 м) Макс. скорость 500 км/ч

  11. Грузоподъёмность (макс.) 150 т / состав = 15 т на вагон Маршрутная выносливость 10 000 км / сутки без остановки Срок службы без капремонта 5 лет постоянной эксплуатации ? 2. Конструктивные требования к вагонам ? Массо-габаритные ограничения: ● Масса вагона (с грузом): ≤ 50–55 т (включая полезную нагрузку 15 т и собственный вес 35–40 т) ● Нагрузка на ось: ≤ 17 т (максимум для HSR при 500 км/ч) ● Количество осей на вагон: 4 (2 тележки по 2 оси) ? Габариты: ● Длина вагона: 25–27 м ● Ширина: ≤ 3.2 м ● Высота (от уровня головки рельса): ≤ 4.0 м ● Минимальный радиус кривых на маршруте: ≥ 7000 м ? Унификация кузова: ● Усиленный корпус, пригодный для модульного переоборудования: ○ Под пассажирские модули (салон, HVAC, багаж) ○ Под грузовые отсеки (контейнеры, капсулы, лёгкие паллеты) ⚙ 3. Динамика, тяга и торможение Параметр Требование Разгон 0–500 км/ч ≤ 5 мин (желательно) Мощность состава ≥ 18–22 МВт (в зависимости от массы) Тип тяги Распределённая тяга (электропоезд) КПД тяговой системы ≥ 92% (инверторы + мотор-колёсные пары) Тормоза Электродинамические + фрикционные Доп. торможение Рекуперация в сеть или на борту ? 4. Аэродинамика и конструкция

  12. ● Сопротивление воздуха: оптимизировано под 500 км/ч ● Форма состава: обтекатели спереди и сзади, замкнутый поток ● Переходы между вагонами: герметичные, сглаженные ● Использование спойлеров и воздухозаборников: для охлаждения ? 5. Надёжность и ресурс Характеристика Значение Макс. пробег без остановки 10 000 км / сутки Срок службы без капремонта 5 лет ≈ 1,8 млн км Наработка на отказ (MTBF) ≥ 1 млн км на состав Обслуживание модульное, с возможностью замены за 15 мин ⚡ 6. Электроснабжение и системы ● Питание: от контактной сети 25 кВ, 50 Гц (или 15 кВ, 16,7 Гц в ЕС) ● Бортовая СЭП: ИБП, рекуперативные модули, системы охлаждения ● Климат-контроль: стабилизированная температура в грузоотсеке и салоне ● Системы безопасности: ETCS-3 / ATO / автодиагностика / аварийное торможение ? 7. Различия между пассажирским и грузовым исполнением Параметр Пассажирский Грузовой Оснащение Места, туалеты, кондиционирование Рейки, фиксаторы, холодильные модули Полезная масса ~10–15 т/вагон ~15 т/вагон Инфраструктура Платформы, терминалы Грузовые рампы, автоматика Время оборота ~30 мин ~15–20 мин (роботизированная разгрузка) ● ● ● В высокоскоростных поездах, таких как Shinkansen, ICE, TGV, CRH и т. д., окна пассажирских вагонов обычно начинаются на высоте около 1.0–1.2 метра от уровня головки рельса.

  13. ? Типовые значения: Показатель Значение (приблизительно) Уровень пола вагона 1.25–1.30 м от головки рельса Нижний край окна 1.00–1.20 м от головки рельса Верхний край окна 1.80–2.00 м от головки рельса Высота окна 0.6–0.8 м (иногда до 1 м) Общая высота вагона 3.7–4.1 м ? Разница между уровнем пола и нижним краем окна объясняется наличием стенки, подоконной зоны, сидений и изоляционного пояса. ? Примеры: ● Shinkansen N700: окна ~1.1–1.2 м от рельса ● ICE 3 (Siemens Velaro): окна ~1.0 м от рельса ● TGV Duplex: окна первого уровня ~1.0 м; второго — ~2.5 м ● CRH380A (Китай): окна ~1.1–1.15 м от рельса ✅ Вывод: ? Для проектирования перегородок, кожухов и защитных систем можно ориентироваться на то, что: ● нижняя кромка окон располагается примерно на уровне 1.1–1.2 м от головки рельса, ● выше этого уровня рекомендуется использовать прозрачные материалы, если требуется обзор для пассажиров. ● ● ● Для оценки расхода электроэнергии высокоскоростного поезда при 500 км/ч и полной загрузке 150 тонн на 100 км на открытом участке, рассмотрим ключевые факторы: ⚙ 1. Исходные параметры состава: Параметр Значение

  14. Максимальная скорость 500 км/ч Грузоподъёмность 150 тонн Собственная масса состава ~450–500 т (≈ 50 т × 10 вагонов) Полная масса состава ~600–650 т Длина состава ~300–320 м Сопротивление воздуха (CxA) ~7–8 м² (аэродинамически оптимизировано) Удельный расход энергии (практика) ~60–85 кВт·ч / 100 км / 100 т (на скорости 300–400 км/ч) Эффективность систем (КПД) ~0.90–0.92 ? 2. Расчёт примерного расхода при 500 км/ч На таких скоростях аэродинамическое сопротивление — доминирующий фактор (растёт ∝ V³). При 500 км/ч потребление примерно в 2.5–3 раза выше, чем на 300 км/ч. Оценка: ● Ориентировочный расход на 100 км: ≈ 1 800–2 200 кВт·ч на состав полностью загруженный (600–650 т) ● Расход на 1 т: ? 3. Стоимость электроэнергии (ориентировочно) Допустим средняя цена электроэнергии для транспорта: ● ~6 руб/кВт·ч (промышленный тариф в РФ, 2025) ● (~0.07 $/кВт·ч для сопоставления)

  15. ✅ Итоговая таблица: Показатель Значение Энергопотребление (на состав) ~2 000 кВт·ч / 100 км Энергопотребление на 1 тонну ~13.3 кВт·ч / 100 км Стоимость энергии на 100 км (состав) ~12 000 руб / 100 км Стоимость энергии на 1 т груза ~80 руб / 100 км ● ● ● Потребление электроэнергии поезда на скорости 500 км/ч в тоннелезначительно изменится по сравнению с движением по открытому участку. Это связано, прежде всего, с воздушной динамикой в ограниченном сечении, даже если тоннель расширен. ? Основные факторы влияния в тоннеле: Фактор Влияние на энергопотребление Поршневой эффект Увеличивает сопротивление воздуха в тоннеле Узость канала относительно габарита поезда Чем ближе стены — тем выше аэродинамическое сопротивление Отсутствие бокового «рассеивания» воздуха Воздух не может уйти в стороны, создаёт давление впереди поезда Наличие встречного поезда Удваивает волну давления на короткое время

  16. ? Оценка увеличения энергопотребления: При движении состава в туннеле с разумным зазором (в нашем случае ~6.5 м высоты и 26 м ширины, при ширине состава 3.2 м и высоте ~4 м): ● Дополнительное аэродинамическое сопротивление может увеличить расход на: ○ 15–25% — при хорошо оптимизированном сечении тоннеля (что у нас есть) ○ 30–40% — в узких тоннелях без компенсации давления ? Пересчёт расхода: ? Стоимость в тоннеле (пример): Показатель Значение Энергопотребление (состав, тоннель) ~2 400 кВт·ч / 100 км Стоимость энергии (~6 руб/кВт·ч) 14 400 руб / 100 км На 1 т груза ~96 руб / 100 км ✅ Вывод: ?Да, потребление электроэнергии в тоннеле увеличится на ~15–25% даже при оптимизированном поперечном сечении, как в нашем проекте. Это связано с тем, что аэродинамическое сопротивление в замкнутом канале выше, особенно на скоростях 400–500 км/ч.

  17. ● ● ● Сравним стоимость перевозки 1 тонны груза на 100 км по энергозатратам (электроэнергия или топливо) для четырёх видов транспорта: высокоскоростной поезд в тоннеле, фура, грузовой самолёт и морское судно. ? Сравнительная таблица — стоимость перевозки 1 т груза на 100 км ? Стоимость / 1 т / 100 км Транспорт Расход топлива / энергии Стоимость топлива/энергии ? Поезд (в тоннеле) ~16 кВт·ч/т 6 руб / кВт·ч 96 руб ? Фура ~3,0–3,5 л дизеля / т ~65 руб / л (2025) ~200–230 руб ✈ Самолёт (Boeing 747-8F) ~1,0 л/км на 1 т = 100 л/100 км/т ~90 руб / л авиакеросина ~9 000 руб ? Судно (контейнеровоз) ~3–6 г мазута / т·км = 0.3–0.6 кг/100 км ~50 руб / кг топлива ~15–30 руб ? Расчётные пояснения: ? Поезд (тоннель, 500 км/ч): ● 16 кВт·ч / т / 100 км × 6 руб = 96 руб ? Фура (грузовик): ● ~30–35 л / 100 км на 20–25 т → ~1.3–1.7 л/т/100 км ● При 65 руб/л: → ~85–110 руб/т/100 км ● Но: перегрузки, пробки, холостые пробеги, реальность ближе к 200–230 руб ✈ Самолёт: ● 12–14 т топлива на 10 000 км → ~1,2–1,4 л/км / 100 т → ~100 л / 100 км / т ● × 90 руб/л = 9 000 руб / т / 100 км ? Судно: ● 3–6 г/т·км → 0,3–0,6 кг / 100 км

  18. ● × 50 руб/кг = 15–30 руб / т / 100 км ✅ Вывод: ? Стоимость 100 км на 1 т ? Комментарий Транспорт ? Судно 15–30 руб Самый дешёвый, но очень медленный ? Поезд (тоннель) ⚡ Быстро и эффективно при массовом трафике 96 руб ? Фура 200–230 руб Удобно, но дорого и медленнее ✈ Самолёт ~9 000 руб Несравнимо дороже, только для срочной доставки Требования к рельсам и основанию при условии, что ● ширина колеи - 1435 мм ● по участку проходит 10 поездов за час ( 240 поездов в сутки) по каждому из 2-х путей – 75% грузовых с полной загрузкой (150 тонн на поезд) и 25% пассажирских сидячих с полной загрузкой (~1 000 пассажиров на поезд) ● Скорость движения поездов по участку 500 км/ч ● Срок службы основания и рельсов без капитального ремонта 20 лет крайне высоки и выходят за рамки традиционных магистральных стандартов. Ниже — систематизированное описание требований к конструкции пути. ? 1. Исходные условия эксплуатации Параметр Значение Ширина колеи 1435 мм (европейский стандарт) Тип движения 75% грузовой, 25% пассажирский Скорость движения 500 км/ч Интенсивность движения 10 поездов/час × 2 пути = 480 поездов/сутки Срок службы без капремонта 20 лет Эксплуатация Внутри тоннеля, с контролируемыми условиями

  19. ? 2. Основание пути (нижнее строение) ✅ Тип основания: монолитная безбалластная плита (бетонная) Используется в высокоскоростных системах (Shinkansen, LGV, Fuxing) Компонент Характеристики Толщина плиты ≥ 300–350 мм Ширина понизу ≥ 3,0–3,2 м (под каждую колею) Армирование Двухслойная сетка с продольным и поперечным армированием (Ø14–20 мм) Бетон Класс B40–B60 с морозостойкостью F200, водонепроницаемостью W8–W12 Подплитный слой Жёсткое цементно-песчаное основание 150–200 мм Дополнительно Компенсационные швы каждые 20–25 м, виброизоляционные вставки под рельсы ? 3. Рельсы и верхнее строение пути ✅ Тип рельсов: UIC 60 E1 или HL (Head-hardened) – закалённые головки Параметр Значение Профиль рельса UIC 60 E1 (60.21 кг/м) Марка стали R350HT или R400HT (закалённые головки) Длина рельсов 100–120 м (сварка в плети ~400 м) Тип укладки Бесстыковой путь с элитными сварными соединениями Система крепления Подпружиненные клеммные крепления (Vossloh W21/W30 или Pandrol) Подрельсовая плита Эластомерная прокладка или пластиковая модульная основа Точность укладки ≤ 0,5 мм отклонения по вертикали/горизонтали на 1 м ? 4. Дополнительные меры для туннеля

  20. Элемент Назначение Антивибрационные маты Под плитой или рельсами, снижают ударные нагрузки Акустическая защита Элементы вдоль путей для снижения шума (в сочетании с кожухом поезда) Дренажные и кабельные каналы Интеграция в телу плиты без нарушения прочности ? 5. Техническое обслуживание (без капремонта) Обслуживание Частота Циклический контроль геометрии 1–2 раза в год Смазка/обработка шлифовкой раз в 3–5 лет Плановый контроль состояния бетона 1 раз в 5 лет Заменяемые элементы Клеммы, прокладки, точки сварки — модульные ✅ Вывод: Для стабильной работы при 500 км/ч, высокой нагрузке и ресурсе 20 лет без капремонта требуется: ● Рельсы типа R350/400HT с минимальной износостойкостью 1.5 мм/10 млн т ● Безбалластное основание на армированной монолитной плите ● Точнейшая укладка с эластичными креплениями и виброизоляцией ● Плановый шлифовочный и диагностический контроль ⚠ Указанный расчёт предполагает, что тоннель имеет жёсткую и массивную конструкцию, аналогичную: ● бетонным тоннелям (как в Японии, Франции, Китае), ● либо тоннелям, где основание опирается на грунт или на устойчивое плитное основание (например, в выемках или на насыпи). ● ● ●

  21. Расчёт высоты и стоимости основания и рельсов для одной секции тоннеля длиной 50 м и шириной зоны под два пути 18 м при условии, что тоннель имеет жёсткую и массивную конструкцию. ? Общие параметры: ● Площадь основания: 50 м × 18 м = 900 м² ● Длина рельсов: 2 × 50 м = 100 м ? Расчёты по позициям: 1. Цементно-песчаное основание

  22. 2. Монолитная бетонная плита (с армированием)

  23. 3. Антивибрационные маты

  24. Антивибрационные маты — системный элемент, уложенный под всей плитой, снижающий фоновые и низкочастотные вибрации, включая от поездов и конструкции в целом. 4. Подрельсовая прокладка

  25. 5. Крепления (анкеры + Vossloh) 6. Рельсы UIC60 (2 рельса × 50 м)

  26. ? Таблица расчёта Стоимость (₽) Элемент Толщина (м) Площадь (м²) Объём/ Длина Норма расхода Цена за ед. (₽) Общий расход (т) 280000 ₽/т Антикоррозионное покрытие* — 900 — 0,005 т/м² 4,5 1260000 95000 ₽/т Гидроизоляция (ПВХ-мембрана)* 0,008 900 — 0,004 т/м² 3,6 342000 4200 ₽/т Цементно-песчаное основание 0,18 900 162,0 м³ 2,2 т/м³ 356,4 1496880 6200 ₽/т Монолитная бетонная плита (с армированием) 0,35 900 315,0 м³ 2,5 т/м³ 787,5 4882500 75000 ₽/т — 0,04 т/м² 36,0 2700000 9500 ₽/т Антивибрационные маты 0,015 900 13,5 м³ 1,3 т/м³ 17,55 166725 85000 ₽/т Подрельсовая прокладка 0,01 15 0,15 м³ 1,2 т/м³ 0,18 15300 140000 ₽/т Система креплений — — 100,0 м 0,0234 т/м 2,34 327320 120000 ₽/т Рельсы UIC60 (двухпутный) 0,20 — 100,0 м 0,480 т/м 48,0 5760000 Итого 0,763 1256,07 16 950 725 ✅ Итоги по секции: ● Общая высота слоя: 0,763 м ● Суммарная масса: 1 262,1 тонн ● Общая стоимость: 16 950 725 ₽

  27. ? Если тоннель выполнен из сборных металлических конструкций, и: ● он полностью надземный или подвешенный (виадук), ● основание выполнено из металлоконструкции, не залитой в монолит, то требования меняются радикально, поскольку: ● металлическое основание не способно обеспечить жёсткость и вибропоглощение, сравнимые с бетоном, ● требуется разделение конструктивных функций: несущая – за металлокаркасом, гашение вибрации и удержание рельсов – за дополнительными слоями. ✅ Что нужно в этом случае: ? 1. Промежуточное основание между металлоконструкцией и рельсами: Слой Толщина Материал Назначение Металлический лоток / балка ≥10 мм Сталь S355 Несущая основа Виброизолирующая прокладка 10–20 мм ЭПДМ или резино-полимер Гашение вибраций Промежуточная сборная плита 100–150 мм Ультрабетон или композит на базе UHPC Удержание шпал/блоков Рельсоблоки / направляющие — Индивидуальные анкерные блоки Крепление рельсов ? 2. Крепление рельсов: ● Балласт невозможен — используется жесткая укладка на анкерных блоках или на направляющих платформах; ● Используются решения типа LVT (Low Vibration Track), FFU (синтетические шпалы) или Rheda City (сборная бетонная решетка на виброподушках). ? 3. Компенсация деформаций: ● Металлический каркас будет деформироваться при нагреве — требуется: ○ скользящие крепления к путевой плите,

  28. ○ температурные зазоры в соединениях, ○ демпфирующие элементы между металлом и бетонным/композитным основанием. ✅ Вывод: Для такой конструкции потребуется: ● модульное многослойное решение с демпферами, ● применение преднапряжённых направляющих, сборных или композитных элементов, ● гибкое взаимодействие между металлокаркасом и рельсовыми опорами. ● ● ● Адаптированный под сборную металлическую конструкцию тоннеля в виде виадука, расчёт конструкции рельсового основания для движения высокоскоростных поездов (500 км/ч), с высокой нагрузкой и сроком службы без капитального ремонта 20 лет. ? Вводные условия (по ТЗ): Параметр Значение Колея 1435 мм (стандартная европейская) Интенсивность 240 поездов/сутки × 2 пути = 480 поездов/сутки Состав 12 вагонов, макс. нагрузка: 150 т (15 т/вагон) Скорость движения До 500 км/ч Срок службы без капремонта ≥ 20 лет при круглосуточной эксплуатации Тип тоннеля Виадук на сборных металлических конструкциях ? Концепция пути для металлического виадука На металлическом основании невозможно укладывать монолитную бетонную плиту как на земле. Вместо этого применяется безбалластная конструкция на анкерных блоках с виброразвязкой, аналогичная системам: ● FFU (Fiber reinforced Foamed Urethane sleepers)

  29. ● LVT (Low Vibration Track) ● Slab track на металлическом лотке ● Rheda 2000 или Rheda City с композитными адаптерами ? 1. Слои конструкции под рельсами (один путь) № Слой Толщина Материал Назначение 1 Несущий металлический лоток ≥ 10 мм Сталь S355 или выше Основной несущий элемент виадука 2 Антикоррозионное покрытие — Эпоксид / полиуретан Защита металлоконструкции 3 Вибропоглощающая прокладка 10–20 мм ЭПДМ, резино-полимер Гашение вибрации и шумоизоляция 4 Модульная опора / промежуточная плита 100–120 мм UHPC (ультравысокопрочный бетон) или армированный ПБ Несущая база под рельсоблоки 5 Опорные рельсоблоки / анкеры 200×200×15 0 мм Бетонные или композитные с фиксаторами Крепление рельса 6 Крепления рельса — Vossloh W30 / Pandrol eClip Подпружиненное крепление 7 Рельс — UIC60 E1, R350HT (закалённая головка) Рабочая часть пути ? 2. Параметры рельса и креплений Параметр Значение Тип рельса UIC60, закалённый (R350HT / R400HT) Нагрузка на ось ≤ 17 т Тип пути Бесстыковой, термосварка Длина плетей 400 м (без стыков) Крепления Vossloh W30 с эластомерной прокладкой Толщина прокладки 5–10 мм Жесткость ≤ 30–35 kN/mm

  30. ? 3. Геометрия одного пути Элемент Размеры (мм) Ширина колеи 1435 мм Расстояние между центрами рельсоблоков ~600 мм Ширина плиты под путь 3.0 м (включая кабельные ниши по бокам) Высота всей конструкции ~400–450 мм (включая блоки и лоток) ? 4. Компенсация температур и вибраций Мера Назначение Температурные швы каждые 25–30 м Компенсация деформаций виадука Гибкие анкера или скользящие фиксаторы Позволяют металлоконструкции "играть" Дополнительная виброизоляция Для снижения динамической нагрузки от поездов ? 5. Прогноз ресурса и обслуживания Элемент Ресурс (при данном трафике) Обслуживание Рельсы (R350HT) ≥ 1,5 млн км Периодическое шлифование (раз в 5 лет) Рельсоблоки и крепления ≥ 20 лет Замена отдельных блоков по износу Прокладки и анкерные вставки 15–20 лет Осмотр, возможно частичная замена Металлокаркас и лоток ≥ 50 лет (при антикорр.) Контроль каждые 5 лет ✅ Вывод:

  31. Для укладки высокоскоростного пути (500 км/ч, 240 поездов/сутки/путь) на металлическом виадуке, оптимальная система: ● Базируется на безбалластной технологии, с рельсоблоками на вибропоглощающей прослойке. ● Требует применения высокопрочных рельсов R350HT, креплений Vossloh/Pandrol и жёсткой анкерной схемы. ● Укладка выполняется на металлическом коробе, с обязательной промежуточной плитой (UHPC или армбетон) и температурной компенсацией. ● Срок службы системы без капитального ремонта: 20 лет, при условии регулярного осмотра и замены отдельных узлов (не всей конструкции). ● ● ● Расчёт высоты и стоимости основания и рельсов для одной секции тоннеля длиной 50 м и шириной зоны под два пути 18 м для тоннеля из металлоконструкций. ? Исходные параметры: ● Площадь секции: 900 м² ● Длина рельсов: 2 × 50 м = 100 м ? Расчёты по позициям: 1. Антикоррозионное покрытие

  32. 2. Вибропоглощающая прокладка 3. Промежуточная плита (UHPC — ультравысокопрочный бетон)

  33. 4. Рельсоблоки и анкеры

  34. 5. Крепления рельса (Vossloh или аналог)

  35. 6. Рельсы UIC60

  36. ? Таблица расчёта Элемент Толщина (м) Площадь (м²) Объём/ Длина Норма расхода Цена за ед. (₽) Общий расход (т) Стоимость (₽) 280000 ₽/т Антикоррозионное покрытие — 900 — 0,005 т/м² 4,5 1260000 95000 ₽/т Гидроизоляция (ПВХ-мембрана)* 0,008 900 — 0,004 т/м² 3,6 342000 9500 ₽/т Вибропоглощающая прокладка 0,015 900 — 0,021 т/м² 18,9 179550 13000 ₽/т Промежуточная плита (UHPC с фиброй) 0,120 900 108,0 м³ 2,6 т/м³ 280,8 3650400 32000 ₽/т Рельсоблоки и анкеры — — 100,00 м 0,11 т/м 11,0 352000 140000 ₽/т Крепления рельса (Vossloh) — — 100,00 м 0,0085 т/м² 0,85 119000 120000 ₽/т Рельсы UIC60 0,20 — 100,00 м 0,480 т/м 48,0 5760000 Итого 0,343 367,65 11 662 950 ✅ Итоги по секции: ● Общая высота слоя: 0,343 м ● Суммарная масса: 367,65 тонн ● Общая стоимость: 11 662  950 ₽

  37. Вот подробная таблица, сравнивающая применение бетонного и металлического основания под рельсы для разных типов тоннелей, с указанием целесообразности, технических преимуществ и ограничений: ? Сравнительная таблица по применению оснований Тип тоннеля Бетонное основание Металлоконструкция под рельсы Примечания ✅ Используется часто ✅ Рекомендуется Виадук (на эстакаде) Металлоконструкция интегрируется с общей фермой; снижает массу пролета ✅ Оптимально и экономично ⚠ Допустимо при модульных секциях Наземный (открытый) Бетон дешевле и проще в обслуживании; металл — если тоннель собранный ✅ Подходит ✅ Возможен Закопанный (под землёй) Зависит от общего типа секции; при использовании модульных — металл лучше ⚠ Ограниченно применим ✅ Предпочтителен Подводный (зарытый) Металл облегчает контроль герметичности и деформаций ❌ Не применяется ✅ Обязателен Подводный (плавающий) Только заводская металлическая конструкция с регулируемым весом и гибкостью ✅ Применяется с укладкой тюбинга ⚠ Ограниченно (по ситуации) Щитовая проходка (TBM) Чаще используется бетон; металл — при полной сборке внутри после проходки ? Расшифровка обозначений: ● ✅ — рекомендуется: экономически и технически обоснованно; ● ⚠ — ограниченно применимо: зависит от технологии и конструкции; ● ❌ — нецелесообразно: технически сложно или слишком затратно. ? Общие рекомендации: ● Металлическое основание под рельсы оправдано в тоннелях:

  38. ○ со заводским модульным производством (виадуки, подводные конструкции), ○ где масса имеет значение (эстакада, плавучие секции), ○ где требуется гибкость, демпфирование и герметичность. ● Бетонное основание выгоднее: ○ на открытых участках (наземных), ○ в туннелях, построенных щитовой проходкой с тюбингами, ○ при низкой стоимости доставки и укладки. Расчёт параметров покрытия для двух боковых технических коридоров (по 4 метра шириной и 50 м длиной каждый, всего 400 м²) в нижнем ярусе тоннеля.

  39. Толщины всех трёх слоёв покрытия для технических коридоров выбраны на основе функциональных, конструктивных и эксплуатационных требований, принятых в промышленных и транспортных объектах (в том числе тоннелях, станциях метрополитена, логистических коридорах и энергообъектах). ? Обоснование выбранной толщины по каждому слою: ? 1. Цементно-песчаная выравнивающая стяжка — 30 мм (0.03 м)

  40. Параметр Обоснование Функция Подготовка основания перед укладкой бетонной плиты, выравнивание неровностей Выбор толщины 20–40 мм — стандартный диапазон по СНиП для корректировки геометрии Почему 30 мм? Золотая середина: достаточна для устранения перепадов до ±1.5 см, не трескается при усадке и вибрациях Марка раствора М150–М200 с мелкозернистым песком и цементом ПЦ400 ? При меньшей толщине возможны растрескивания, при большей — неоправданный перерасход и увеличение нагрузки. ? 2. Армированная бетонная плита — 200 мм (0.20 м) Параметр Обоснование Функция Несущий элемент, воспринимающий статическую и динамическую нагрузку Выбор толщины 180–220 мм — стандарт для покрытий в технических тоннелях и энергетических трассах Почему 200 мм? • обеспечивает прочность и жёсткость • позволяет интегрировать инженерные каналы • сохраняет ресурс при вибрациях и нагрузке от транспортировочного оборудования Дополнительно армирование ПП-фиброй, возможно включение закладных деталей, труб и закладных элементов ? Толщина 200 мм универсальна для ж/б плит с нормальными нагрузками — выдерживает даже ручные тележки, стойки, стойки ИТ-шкафов и инженерные коммуникации. ? 3. Эпоксидное наливное покрытие — 2 мм (0.002 м) Параметр Обоснование Функция Защита бетона от пыли, износа, химического воздействия, антискольжение Выбор толщины • 1.5–3.0 мм — стандартная толщина для наливных покрытий в технических зонах

  41. Почему 2 мм? • обеспечивает защиту и простоту укладки • достаточно для средней проходимости персонала и лёгкой техники • создаёт бесшовную водо- и химически стойкую поверхность Тип смолы эпоксидная двухкомпонентная с кварцевым наполнителем или окрашенным финишем ? При толщине менее 2 мм уменьшается срок службы и возрастает риск пробоев, при толщине более 3 мм — избыточные затраты. ✅ Вывод: Выбранные толщины: ● соответствуют действующим строительным стандартам (СНиП, СП 29.13330, ТУ), ● сбалансированы между технической надёжностью, массой и стоимостью, ● адаптированы для тоннельных условий с ограничениями по высоте и весу.

  42. ? Таблица расчёта Стоимость (₽) Элемент Толщина (м) Площадь (м²) Объём/ Длина Норма расхода Цена за ед. (₽) Общий расход (т) 280000 ₽/т Антикоррозионное покрытие* — 400 — 0,005 т/м² 2,0 560000 95000 ₽/т Гидроизоляция (ПВХ-мембрана)* 0,008 400 — 0,004 т/м² 1,6 152000 4800 ₽/т Выравнивающая цементная стяжка 0,030 400 12,0 м³ 2,0 т/м³ 24,0 115 200 6000 ₽/т Армированная фиброй бетонная плита 0,20 400 80,0 м³ 2,5 т/м³ 200,0 1200000 250000 ₽/т Эпоксидное наливное покрытие 0,002 400 0,8 м³ 1,2 т/м³ 0,96 240000 Итого 0,24 228,56 2 267 200 ✅ Итоги по секции: ● Общая высота слоя:0.24 м ● Суммарная масса:228.56 тонн ● Общая стоимость:2 267 200 ₽

More Related