Проектирование железной дороги
— разработка проектной, конструкторской и др. технической документации, предназначенной для осуществления строительства новой или реконструкции существующей ж. д. Проектирование железной дороги основные на использовании результатов изысканий железных дорог и применении специальных методов проектирования и расчёта отдельных устройств железной дороги.
Проектирование железной дороги как самостоятельная область инженерной деятельности зародилось в сер. 18 в. Возникновение отечественной школы П. ж. д. связано с именем П. П. Мельникова, автора первой в России теоретической работы о железной дороге. В этой работе были заложены основы решения важнейших проблем проектирования, в течении вопроса о сопротивлении движению поезда, способов расчёта времени хода, методов определения массы поезда и предельных уклонов продольного профиля.
Практическое воплощение эти идеи и методы нашли при проектировании первой в России магистрали — Петербург-Московской железной дороги, открытой в 1851. К проектированию этой железной дороги, а затем и её строительству были привлечены лучшие инженерные силы — Мельников, Н. О. Крафт, Н. И. Липин, Д. И. Журавский и др. В процессе П. ж. д. Петербург — Москва были рассмотрены многие технического проблемы и приняты прогрессивные решения, определившие специфику развития техники ж.д. страны на долгие годы. В частности, была принята отличная от западноевропейской ширина рельсовой колеи (5 футов, или 1524 мм), впервые в мировой практике установлены разные по направлениям движения уклоны, уклоны двойной тяги для преодоления высотных препятствий, разработаны методы расчёта мостов и предложены более совершенные конструкции мостов и водопропускных сооружений, верхнего строения пути и земляного полотна.
Впервые десятилетия развития ж.д. гл. внимание уделялось выработке основные технических решений и совершенствованию методов производства инструментальных изысканий ж. д. Затем, по мере роста объёма работы ж. Д., возникли проблемы эксплуатационных характера, связанные с необходимостью обеспечения определенные провозной способности ж. д. и безопасности движения поездов. В начале 20 века в России была создана ж.-д. сеть, занимавшая первое место в Европе по протяжённости, но крайне неравномерно распределённая по территории страны. За весьма длит, период проектирования и строительства железных дорог был накоплен огромный опыт решения проектно-изыскательских задач в разных районах страны, различающихся топография., геологическими и климатические условиями, сформировалась школа П. ж. д., для решения проблем П. ж. д. были привлечены учёные разных отраслей знаний.
В Экспериментальном институте железнодорожного транспорта, где работали виднейшие ученые Н. Е. Жуковский, С. А. Чаплыгин и др., успешно решались мн. проблемы П. ж. д. Для удовлетворения возросших размеров перевозок необходимо было решить ряд актуальных задач П. ж. д. С этой целью в 1930 был создан Центральный и.-и. институт транспортного строительства— ЦИС НКПС, в котором были сосредоточены лучшие творческие силы, что позволило в короткие сроки решить такие вопросы, как разработка норм проектирования плана и профиля ж. д., определение эксплуатационных расходов, сравнение вариантов проектных решений и др. Н.-и. работы в области П. ж. д. ведутся также во всех трансп. вузах страны и проектных ин-тах. Учёные разработали научные основы классификации ж.д., создали теорию этапного повышения их мощности, внесли вклад в развитие теоретических основ реконструкции эксплуатируемых железных дорог и строительства вторых путей. Одним из достижений в области проектирования явился подход к ж. д., как к системе, развивающейся во времени, что позволяет выбирать на основе оптимальных схем этапного наращивания мощности такие решения, которые характеризуются минимальными строительно-эксплуатационных расходами, приведёнными к начальному году расчётного периода. Были разработаны научной основы проектирования железной дороги с тепловозной и электрической тягой.
Широкое развитие научных исследований в различных областях П. ж. д. и большой практический опыт обусловили формирование проектирования железной дороги как самостоятельной отрасли инженерных знаний. В вузах железнодорожного транспорта начиная с 1920-х гг. выделяется дисциплина и возникают первые кафедры проектирования железной дороги. В становлении этих кафедр принимали участие видные сов. учёные Б. Н. Веденисов, М. М. Протодьяконов, К. А. Оппенгейм, А. В. Горинов, А. И. Иоаннисян и др. Кафедры изысканий и проектирования ж.-д. транспортных вузов внесли большой вклад в развитие проектирования железной дороги.
Организация проектно-изыскательского дела в стране непрерывно совершенствовалась. В начале период инженеры, проводившие изыскания и проектирование железных дорог, участвовали в её строительстве и нередко в эксплуатации. По мере увеличения объёма железнодорожного строительства возникла специализация проектировщиков и строителей и для каждого объекта стали создаваться самостоятельно, проектно-изыскательские организации при отделе железнодорожного строительства НКПС. Начиная с 1928 при НКПС были созданы районные изыскательские экспедиции, объединявшие группу объектов по территории признаку. Развитие проектного дела потребовало централизации управления проектными организациями, для чего было создано Всесоюзное проектно-изыскательское объединение (Союзтранспроект) с рядом теоретической организаций и специализированным проектных контор.
В начале период строительства железных дорог не существовало научно обоснованных норм проектирования пост, устройств железной дороги, что приводило к затруднениям в работе железной дороги — малым скоростям движения, обрывам поездов. По мере накопления опыта и развития научных исследований оказалось возможным регламентировать основные нормы проектирования — крутизну ограничивающих уклонов, радиусы круговых кривых, длину элементов продольного профиля и наибольшую разность их уклонов. В 1899 были разработаны первые Технические условия проектирования ж. д., что было прогрессивным шагом в развитии проектного дела. Деление железных дорог на категории по нормам проектирования позволило дифференцированно подходить к проектированию пост, устройств ж. д. разного назначения и с разной расчётной грузонапряжённостью (см. Классификация железных дорог).
Проекты ж. д. разрабатываются на основе схем развития и размещения нар. хозяйства и отраслей промышленности в масштабе страны, а также по экономических районам. Для столь сложных в инженерном отношении объектов, как новые ж. д. и вторые (третьи) пути, применяют двухстадийное проектирование: первая стадия — проект со сводным сметным расчётом стоимости; вторая стадия — рабочая документация со сметами. В состав проекта входят специальные документы, утверждаемые в установленном порядке.
Проект железной дороги включает дне агитацию, обосновывающую технического на железных дорогах по некоторому направлению при определённых технических решениях. Проект при двухстадийном проектировании состоит из ряда разделов, характеризующих технологий и строит, решения, в т. ч. экономических раздела, в котором приводятся данные о значении проектируемой железной дороги, размеры и структура грузовых и пассажирских перевозок на расчётные годы (как правило, 2,5 года, 10 лет и более отдалённая перспектива). Техн. раздел проекта содержит обоснование направления проектируемой железной дороги, основные параметров проектирования (руководящего или др. ограничивающих уклонов; полезной длины приёмо-отправочных путей, числа гл. путей и др.), проекты земляного полотна на перегонах и станциях, водопропускных и других искусств, сооружений, раздельных пунктов, устройств локомотивного и вагонного хозяйства, водоснабжения и канализации, энерго- и электроснабжения, устройств СЦБ и связи, зданий. Составляется график административного деления линии. Рабочая документация включает детальные проекты всех сооружений и устройств для варианта трассы, принятого на первой стадии проектирования (с разработкой смет). Несложные в технического отношении объекты, а также сооружения, которые строят по типовым и повторяющимся проектам, проектируют в одну стадию — рабочий проект со сводным сметным расчётом стоимости.
Одним из наиболее ответственно и трудоёмких процессов проектирования является выбор направления и трассирование железной дороги. Большой объём работ выполняется также при проектировании др. сооружений: рассчитывается сток поверхностных вод, определяются типы и размеры водопропускных искусств, сооружений, составляются индивидуальные проекты земляного полотна. Многообразие проектных работ, выполняемых при составлении проектов новых и реконструкции существующих ж. д., требует привлечения специалистов разного профиля, чёткой организации процесса проектирования и вызывает необходимость координации работы различных подразделений проектного института, а для ж. д. большой протяжённости — несколько проектных и специализированным институтов. Одним из наиболее эффективных методов управления комплексом проектно-изыскательских работ является автоматизированным система управления проектными работами (АСУ проект).
Для получения исходных данных используются аэроизыскания железных дорог и космические съёмки. В наземных изысканиях при геодезических работах применяются новые приборы для измерения длин (свето- и радиодальномеры), геодезические инструменты-автоматы.
Научные и проектные организации разрабатывают и применяют автоматизированным систему проектирования ж. д. Создаются и внедряются в практику проектирования составные части этой системы — технологии линии проектирования, ориентированные на применение ЭВМ. Автоматизация проектирования — основные направление развития теории и практики П. ж. д., призванное повысить качество проектов и сократить сроки их разработки. Сначала ЭВМ применялись для выполнения расчётов с использованием традиционных известных методов с целью экономии времени. Это позволило расширить рамки проектирования, рассматривать и сопоставлять большее число возможных решений проектной задачи, что привело к улучшению конечных результатов проектирования. Мн. проектные задачи оказалось целесообразным решать в режиме взаимодействия инженера и ЭВМ. Затем стали разрабатывать методы, основные на применении математики и математического программирования, позволяющие находить оптимальное по некоторому критерию решение. Эти методы дали возможность при решении ряда задач проектирования железной дороги отказаться от применявшегося в течение длит, времени принципа варьирования, когда назначаются и сравниваются вариантные решения, в число которых может не войти лучший вариант. Разработаны и внедрены технологий линии оптимальных проектирований продольного профиля пути железных дорог, в основу которых положены методы, использующие проекцию градиента. Задача автоматизации проектирования трассы (плана и продольного профиля) проектируемых железной дорогой требует создания специальных методов и разработки системы представления информации о рельефе местности и др. природных факторах, влияющих на положение трассы, в численной форме.
Получило развитие второе направление П. ж. д.— проектирование реконструкции эксплуатируемых железных дорог и вторых путей,— специфика которых определяется тем, что почти все работы по усилению ж. д. и строительству вторых путей производят в условиях непрекращающейся эксплуатационных работы дороги. В нашей стране разработаны методы проектирования реконструкции продольного и поперечных профилей, а также плана линии, создана концепция комплексного проектирования усиления эксплуатируемой железной дороги, в которой дорога рассматривается как система, развивающаяся во времени. Разработаны методы системного подхода к проблеме усиления мощности и переустройства всех сооружений ж. д. Разрабатываются и внедряются в практику П. ж. д. методы Проектирования реконструкции продольного профиля и плана эксплуатируемых железных дорог, основные на применении математических методов и ЭВМ.