Проблемы развития транспортных коммуникаций: Сборник статтей, страница 18

В соответствии с [6], сплайновый метод является более эффективным по сравнению с традиционным линейным. В то же время в узловых точках значения рабочих отметок по всем вариантам являются одинаковыми, и основное отличие методов проявляется в промежуточных точках продольных профилей. В этом случае величина рабочей отметки может сильно влиять на вычисляемую площадь поперечного профиля земляного полотна не только из-за различной величины этой отметки, но и так как насыпи высотой до 6 м, от 6 до 12 м и более 12 метров имеют различную конструкцию поперечного профиля. В целом повышение точности может достигать 10–15%. Сплайновый подход применим на стадиях технико-экономического обоснования (обоснования инвестиций) и рабочей документации, при этом его точность в первом случае соизмерима с точными ручными методами расчета во втором.

Дополнительную вариацию возможных ситуаций проектирования задает изменяющаяся величина междупутного расстояния (на величину уширения междупутий в кривых между первым и вторым главными путями), расположение главных путей в кривых, наличие или отсутствие срезки растительного слоя для насыпей, изменяющаяся величина глубины и ширины дна водоотводных и нагорных канав, кюветов, крутизна их откосов, изменяющаяся величина ширины естественной бермы (3, 8 или 1 метр).

В соответствии с представленной на рисунке 2 схемой выполняется кодировка ситуаций для проектирования земляного полотна (один из возможных вариантов). Код состоит из нескольких символов:

–  1-й символ: вид используемого грунта (‘1’ – недренирующий грунт и т.д.; ‘2’ – дренирующий грунт и т.д.);

–  2-й символ: число главных путей (‘1’ – однопутная линия; ‘2’ – двухпутная линия);

–  3-й символ: характер земляных работ (‘0’ – выемка; ‘1’ – насыпь);

–  4-й символ: высота насыпи, характеризующая ее конструкцию (‘16’ – насыпь высотой до 6 метров; ‘12’ – насыпь высотой 6 –12 метров; ‘13’ – насыпь высотой более 12 метров);

–  5-й символ: характер расположения берм и водоотводных канав для насыпей (‘11’ – бермы и водоотводные канавы проектируются с обеих сторон от тела насыпи; ‘10’ – бермы и водоотводные канавы проектируются с левой стороны от тела насыпи (при взгляде на чертеж); ‘01’ – бермы и водоотводные канавы проектируются с правой стороны от тела насыпи; ‘00’ – бермы и водоотводные канавы не проектируются);

 

Рисунок 2 – Схема формирования поперечного профиля земляного полотна.

–  6-й символ – ‘r’–включается в код в тех случаях, когда проектируется земляное полотно двухпутной линии с раздельными сливными призмами в виде трапеций.

Так, например, в процессе автоматизированного расчета может быть получен код «111611», что означает: при сооружении земляного полотна используются недренирующие пески, однопутная линия, сливная призма в виде трапеции, случай насыпи высотой до 6 метров, бермы и водоотводные канавы проектируются с обеих сторон от тела насыпи. Код «121211r» означает: при сооружении земляного полотна используются недренирующие пески, двухпутная линия, сливная призма в виде двух раздельных призм–трапеций, случай насыпи высотой 6-12 метров, бермы и водоотводные канавы проектируются с обеих сторон от тела насыпи.

Схема формирования поперечного профиля земляного полотна позволяет определить все возможные варианты проектирования, а также их общее количество. Так, минимальное количество схем расчета, которое имеет программа, составляет 78 вариантов. При варьировании расположения откосов, берм количество вариантов резко увеличивается и достигает 170. И это только типовые решения!

Код поперечного профиля формируется программой автоматически в зависимости от тех установок, которые сделал проектировщик в процессе автоматизированного расчета в специальном диалоговом окне программы, представленном на рисунке 3.

В автоматизированном режиме становится возможным применение сплайн-функций (в частности интерполяционного кубического сплайна) для аппроксимации поперечных профилей земляного полотна железных дорог. При этом открываются новые возможности в проектировании. Так, например, могут быть получены водоотводные канавы, кюветы сглаженного (обтекаемого) типа, представленные на рисунке 4. Их преимущества заключаются в более точном расчете объемов земляных масс, перемещаемых при строительстве; увеличивается испарение влаги из земляного полотна, что благоприятно влияет на его водно-тепловой режим, они меньше разрушаются водой и быстрее зарастают травой, улучшается отвод воды от земляного полотна, следовательно, оно будет менее подвержено деформациям и меньше требовать восстановительных ремонтов.

Следует отметить, что глубина и ширина дна должна быть 0,6 – 0,8 м, а уклоны откосов водоотводных канав или резервов от насыпей в [4, 5] не нормируются, их минимальные значения приведены в [7]! Расчет площади поперечного очертания водоотводного сооружения, запроектированного с применением сплайновых моделей, выполняется по формуле, [8]

 

,

где S(x) – сплайн-функция; f_i – отметки характерных точек водоотводного сооружения; h_i – шаг сетки узлов; m_i – параметры сплайновой модели.

Расчет площади всего поперечного очертания земляного полотна производится для двух случаев: для приближенного расчета, выполняемого на стадии обоснования инвестиций и для точного расчета по графической схеме поперечника, выполняемого на стадии рабочей документации.

 

Рисунок 4 – Применение сплайновых моделей для аппроксимации водоотводных сооружений земляного полотна.

Для приближенного расчета используются следующие выражения, [9]:

– для выемки

F=H(b+4,4)+1,5H²+2q–w;

– для насыпи высотой до 6 м

F=Hb+1,5H²+w;

– для насыпи высотой 6 – 12 м

F=H(b–3)+1,75H²+9+w;

– для насыпи высотой более 12 м

F=H(b–6)+2H²+18+w,

где F – площадь поперечного сечения земляного полотна в выемке и в насыпи при уклонах откосов 1:1,5, 1:1,75 и 1:2;

H – величина рабочей отметки;

b – ширина земляного полотна по бровкам;

w – площадь поперечного сечения сливной призмы;

q – площадь поперечного сечения кювета;