Немного о проектировании ЖД⁠⁠

Навеяло постом Железная дорога Hao-Ji Railway

Некоторые пикабушники удивились, зачем нужно было поднимать железную дорогу на такую высоту. В этом посте я объясню, почему, а также поведаю об основных принципах проектирования железных дорог. Как строят в развитых странах, и как это делается у нас. Расскажу очень кратко, так как проектирование ЖД - это огромное множество наук и дисциплин от геодезии до сопромата, которое изучается в транспортных вузах, и одним постом эту тему не раскрыть и на один процент.

***

Железная дорога в идеале должна быть прямой и без уклонов. То есть поезд должен идти по горизонтальной площадке прямо, не поворачивая в кривых. Это позволяет:

а) свести к минимуму затраты на топливо;

б) свести к минимуму затраты на ремонт пути, подвижного состава, так как кривые изнашивают колёса и рельсы, спуски приводят к повышенному износу тормозных колодок и т.п.;

в) проводить поезда с максимальным весом и максимальными скоростями, а также - с минимальными интервалами, тем самым увеличивая пропускную способность железной дороги.

К сожалению, матушка Земля не была обеспокоена этим вопросом и поэтому наделала гор, равнин, холмов, рек, озёр и прочего, что всячески мешает нам сделать идеальную железную дорогу. Поэтому приходится ухищряться.

Приведу вам простой пример. Нарисовал в Paint картинку продольного профиля:

Нам нужно провести железную дорогу из точки А в точку Б. Обе точки находятся на возвышенностях, между ними - "яма". Размеры и масштабы не важны (для наглядности я их увеличил на порядок), объясню саму суть.

Итак, мы можем провести железную дорогу по имеющемуся профилю, не заморачиваясь.

Что получаем?

Мы получаем американские горки. Поезд сначала несётся с горы по участку АВ с уклоном 27%, сжигая тормозные колодки, а потом карабкается в гору с уклоном в 1,9% до точки Г, а дальше вообще не знает, как подняться в гору с уклоном в 34%. То есть такая железная дорога не сможет существовать в принципе. Нужно как-то выравнивать профиль.

Есть три основных способа: сверхдорогой, дорогой и дешёвый.

1. Сверхдорогой. Какой и был представлен в посте Железная дорога Hao-Ji Railway

Тупо "закапываем" "яму". Проводим железную дорогу на специальных столбах:

Всё круто, поезд идет по железной дороге на горизонтальной площадке. Экономия топлива, минимальные расходы, максимальная пропускная способность. Один только минус: это строительство стоит овердохрена. Настолько дохрена, что экономика далеко не каждой страны может потянуть такой проект. Поэтому у нас пока что это не применяется.

2. Дорогой. Как строится ЖД в развитых странах и на некоторых участках было сделано при СССР.

Устанавливается допустимый уклон. Например, 10 промилле или 1%. На высших точках первоначального профиля земля "срезается", на низших - её засыпают в "яму".

То есть мы получаем железную дорогу не идеально горизонтальную, но почти. Ограничения по весу поезда минимальны, пропускная способность чуть ниже, чем при сверхдорогом строительстве, но зато само строительство дешевле.

3. Дешёвый. Как строили при Российской империи и СССР, и как это делается сейчас.

Отводим железную дорогу в стороны, тем самым искусственно уменьшая уклон. Проводим земляные работы. Получаем:

Как видим, объём земляных работ минимален, мы на них здорово сэкономили. Но вот беда: из точки А в точку Б мы попадаем не по наименьшему пути, расстояние увеличилось. Добавились четыре кривые - это дополнительные эксплуатационные расходы.

Плюс нам не скажут спасибо наши дети/внуки/правнуки - им понадобится увеличить скорости движения, а мы всадили их в жестокие рамки кривых. Люди построят вокруг железной дороги дачные посёлки, а то и целые населённые пункты, жилые кварталы - провести в последующем прямой путь из А в Б будет проблематично. Суды, компенсации, недовольные граждане.

Можно способы комбинировать, брать от каждого немного своё, тем самым пытаться немного улучшать нужный результат. Но принцип останется тем же - платим меньше сейчас - платим больше потом, и наоборот.