Logo name

Высокоскоростные железные дороги (книга, часть 1)



Материал из Энциклопедия нашего транспорта

Перейти к: навигация, поиск

Высокоскоростные железные дороги

Дан обзор истории развития скоростного и высокоскоростного движения пассажирских поездов на железных дорогах мира. Приведены характеристики многих уже эксплуатируемых и ещё проектируемых высокоскоростных специализированных магистралей (ВСМ); изложены технико-эксплуатационные, социально-экономические, экологические преимущества ВСМ перед другими видами пассажирского транспорта.

Предназначено для студентов транспортных специальностей, изучающих дисциплины: «Общий курс железных дорог», «Общий курс железнодорожных магистралей», «Изыскания и проектирование железных дорог» и другие. Будет полезным для аспирантов и научных работников, исследующих проблемы скоростного и высокоскоростного движения пассажирских поездов на железных дорогах мира.

Рецензент профессор кафедры «Железнодорожные станции и узлы» МИИТа Б. Ф. Шаульский.

Книга Высокоскоростные железные дороги, обложка.jpg

Содержание

Введение

К высокоскоростным железным дорогам относятся линии, на которых в коммерческой эксплуатации осуществляется движение специализированного подвижного состава со скоростями более 200 км/ч с заданным уровнем безопасности и комфорта, что обеспечивается принятыми проектными параметрами, инженерно-техническими решениями, должным строительно-технологическим исполнением сооружений и инфраструктуры, а также эффективной системой контроля, технического обслуживания и ремонта подвижного состава и стационарных устройств.

Понятие высокоскоростная железная дорога утвердилось в 60-70-х годах XX столетия после ввода в эксплуатацию первой специализированной железнодорожной магистрали Токио — Осака в Японии в 1964 году.

В российской литературе в последние годы используется аббревиатура ВСМ — высокоскоростная магистраль, под которой понимается высокоскоростная магистральная железнодорожная линия.

Наибольшая скорость движения по высокоскоростной железной дороге была достигнута во Франции 18 мая 1990 г. и составила 515,3 км/ч.

Всего в мире эксплуатируется более 5 тыс. км ВСМ (см. прил. 1, табл. 1.1). С учётом реконструированных линий полигон обращения высокоскоростных поездов превышает 16 тыс. км. С 1964 года по ним перевезено свыше 6 млрд пассажиров; ежесуточно по расписанию осуществляется движение более 1,2 тыс. высокоскоростных поездов.

Предыстория высокоскоростных железных дорог

Ещё в период зарождения железнодорожного транспорта один из его патриархов Джордж Стефенсон, строитель первых железных дорог общего пользования, заметил, что «железнодорожный экипаж и рельсы надо рассматривать как единую транспортную машину». Скорость, как никакой другой показатель, характеризует «единство» этой машины, исходя из оптимального соответствия друг другу путевой структуры и подвижного состава. Приращение максимальной, а ещё важнее, средней скорости движения поездов требует больших организационно-технических усилий и капитальных вложений.

В различных изданиях по истории железных дорог, вышедших в разных странах, зачастую приводятся весьма противоречивые сведения о хронологии повышения скоростей на железных дорогах. Мы старались опираться на наиболее авторитетные публикации.

Как уже отмечалось выше, увеличение скорости движения есть результат комплексного развития как подвижного состава, так и стационарных устройств и всей инфраструктуры — пути, систем энергоснабжения, автоматики, телемеханики, связи и т. д. Однако, в исторической литературе, описывающей развитие железных дорог, доминирующим стало определение этапов применения на транспорте тех или иных средств тяги.

В приводимом ниже кратком историческом обзоре мы также исходили из сложившейся практики, выделяя периоды применения паровой тяги, двигателей внутреннего сгорания, использования электрического подвижного состава.

Использование паровой тяги для скоростного движения

Впервые рекорд скорости движения по рельсам был официально зарегистрирован в октябре 1829 года в Великобритании на железной дороге Манчестер — Ливерпуль, где был проведён открытый конкурс для выбора лучшего средства тяги по заранее опубликованным условиям скоростных испытаний локомотивов на горизонтальном прямом участке пути длиной 2,8 км вблизи местечка Рейнхилл.

8 октября 1829 г. паровоз «Ракета», который был построен Джорджем и Робертом Стефенсонами (отцом и сыном), развил рекордную скорость 24 мили/ч (38,6 км/ч; по некоторым историческим данным — 29 миль/ч, то есть 46,6 км/ч) и был признан победителем конкурса.

Своеобразным «рубежом», который отделяет обычное движение от скоростного, стала круглая цифра 100 миль/ч (160,9 км/ч), к которой стремились многие поколения железнодорожников.

Я. В. Шотлендер, автор одного из известных трудов по истории паровоза начала XX века, писал, что стомильный рубеж скорости был преодолён в сентябре 1839 года на дороге Грейт Вестерн в Великобритании одиночным паровозом Hurricane (в пер. с англ.: Ураган) типа 1-1-4 с диаметром ведущих колес 10 футов (3048 мм).

20 июля 1890 года во Франции паровоз «Крэмптон» № 604 типа 2-1-0 с составом массой 157 т развил на магистрали Париж — Лион и Средиземноморье скорость 144 км/ч.

10 мая (по другим сведениям — 11 мая) 1893 года в Соединённых Штатах Америки поезд «Эмпайер Стейт Экспресс» с паровозом № 999 типа 2-2-0 на железной дороге Нью-Йорк Централ и Гудзон ривер на спуске в 2,8 ‰ достиг скорости 112,5 миль/ч (181 км/ч). Несмотря на то, что этот факт весьма часто упоминается в литературе, некоторые исследователи ставят его под сомнение. Так, Р. Тафнелл, хотя и приводит эти данные, но отмечает, опираясь на результаты проведённых тягово-энергетических расчётов, что скорость не могла превысить 130 км/ч. Историк М. Хьюз в своей книге «Рельсы 300» приводит этот факт с пометкой «официально не подтверждено».

В 1932 году по заказу германских государственных железных дорог компании Хеншел и сын и Вегман и сын изготовили совместно скоростной паровоз типа 2-3-2, которому присвоили серию 61. 25 февраля 1936 г. этот локомотив с составом массой 125 т во время опытной поездки из Берлина в Гамбург достиг скорости 175 км/ч.

Фирмой Борзиг был создан скоростной паровоз типа 2-3-2 серии 05 с ведущими колёсами диаметром 2300 мм и трёхцилиндровой паровой машиной, который 11 мая 1936 года с поездом массой 200 т в демонстрационной поездке из Гамбурга в Берлин развил скорость 200,4 км/ч.

Одними из самых известных в мире экспрессов с паровой тягой в 20-30-е годы были американские поезда Нью-Иорк — Чикаго с фирменным названием «Двадцатый век». С 1927 года эти поезда обслуживались паровозами серии J3а типа 2-3-2, а с 1937 года — серии J3s, оборудованными капотами-обтекателями котла и ходовой части.

Компания Нью-Йорк Централ стала первой использовать этот тип паровозов на линии Нью-Йорк — Чикаго для вождения тяжёлых (массой до 1000 т) скоростных пассажирских поездов. Весь путь экспресс проходил за 16 часов со средней скоростью 80 миль/ч (128 км/ч).

В 1935 году фирма Алко по заказу железнодорожной компании Чикаго, Милуоки, Сент-Пол и Пасифик выпустила паровоз серии А типа 2-2-1. Локомотив предназначался для скоростных поездов на линии Чикаго — города-близнецы: Сент-Пол и Миннеаполис. Экспресс получил фирменное название «Гайавата» в честь героя эпоса североамериканских индейцев. Девизом нового скоростного маршрута были выбраны слова поэта Генри Лонгфелло: «Лёгок шаг у Гайаваты…»

Экспресс «Гайавата» стал символом американских скоростных поездов с паровой тягой конца 30-х годов. Дистанцию в 663 км между Чикаго и городами-близнецами этот поезд в составе 9 вагонов с паровозом серии А покрывал за 6 часов 15 минут с разрешённой максимальной скоростью до 160 км/ч.

В 1938 году для экспресса были построены новые, более мощные скоростные локомотивы серии F7 типа 2-3-2, способные вести состав из 12 вагонов со скоростью 193 км/ч. По мнению авторитетных историков, эти паровозы были лучшей моделью скоростных американских паровых локомотивов.

На испытательном пробеге в 1940 году состав из 12 вагонов массой 550 т с паровозом серии F7 развил скорость 125 миль/ч (201,1 км/ч), однако, этот рекорд не был официально зарегистрирован.

В 30-е годы в Советском Союзе на основе отечественных разработок и с учётом передового зарубежного опыта, прежде всего США, проводились большие работы по созданию новых паровозов.

В феврале 1932 года по эскизному проекту Технического бюро транспортного отдела Объединённого государственного политического управления (ОГПУ) проектный институт «Локомотивпроект» Народного комиссариата тяжёлой промышленности (Наркомтяжпром) разработал проект нового пассажирского паровоза типа 1-4-2, который был построен Коломенским машиностроительным заводом в октябре 1932 года и получил серийное наименование ИС (Иосиф Сталин).

Паровозы серии ИС, имевшие конструкционную скорость 115 км/ч, показали высокие эксплуатационные качества и были приняты в качестве основного типа обновляемого парка пассажирских локомотивов.

Опыт создания локомотивов серии ИС был использован при проектировании и изготовлении экспериментальных скоростных паровозов. В 1935-36 гг. на Коломенском машиностроительном заводе под руководством инженеров Л. С. Лебедянского и М. Н. Щукина был разработан проект и в 1937 г. изготовлен скоростной паровоз типа 2-3-2, покрытый капотом-обтекателем и имевший ведущие колёса диаметром 2000 мм.

29 июня 1938 года на линии Ленинград — Москва этот паровоз с составом в 14 осей развил скорость 170 км/ч, установив абсолютный для СССР рекорд скорости для поезда с паровой тягой.

Вторым вариантом советского опытного скоростного паровоза была машина типа 2-3-2 под № 6998 Ворошиловградского паровозостроительного завода, созданная под руководством инженера Д. В. Львова в апреле 1938 г. Отдельные детали и узлы паровоза были унифицированы с деталями и узлами машин серий ИС и ФД (Феликс Дзержинский). Паровоз типа 2-3-2 № 6998 проходил испытания на Южно-Донецкой железной дороге, где на подъёме крутизной 6 ‰ с поездом массой 850 т развил скорость 100 км/ч.

Создание скоростных паровозов и испытательные поездки со скоростями более 150 км/ч дали отечественной науке и инженерной практике неоценимый опыт. Великая Отечественная война прервала эти работы, и дальнейшее развитие скоростного движения в СССР в послевоенный период осуществлялось уже с применением новых видов тяги — тепловозной и электрической.

Лучшими британскими скоростными паровозами были машины типа 2-3-1 серии А4, созданные по заказу железнодорожной компании Лондон — Северо-Восточная железная дорога.

3 июля 1938 года паровоз этой серии № 4468 «Мэллард» с поездом массой 216 т достиг скорости 125 миль/ч (201,1 км/ч). Эти данные и значатся в железнодорожных энциклопедиях, а также в книге Гиннесса как абсолютный и непревзойдённый рекорд скорости для поезда с паровой тягой.

Первые опыты по использованию электрической тяги для скоростного и высокоскоростного железнодорожного движения

В середине 90-х годов XIX века две крупнейшие немецкие электротехнические компании Сименс и Гальске и АЕГ при поддержке военного ведомства Пруссии образовали консорциум под названием Исследовательская группа электрических высокоскоростных железных дорог, который электрифицировал по трёхфазной системе с тремя боковыми контактными проводами опытную военную железную дорогу Мариенфельд — Цоссен длиной 23,3 км в пригороде Берлина.

К 1901 году каждая из компаний, входивших в консорциум, изготовила по одному скоростному электровагону. 23 октября 1903 года электровагон фирмы Сименс и Гальске развил скорость 206,8 км/ч, а электровагон компании АЕГ 27 рктября показал рекордную скорость, равную 210 км/ч.

Эксперименты в Цоссене, в ходе которых был установлен мировой рекорд скорости движения для экипажа на рельсовом ходу, подтвердили принципиальную возможность использования электрической тяги для осуществления высокоскоростного движения.

Однако электровагоны с асинхронными двигателями и вся система электроснабжения, опробованные в 1901—1903 гг. на полигоне Мариенфельд — Цоссен, были, по сути, большой опытно-лабораторной установкой и оказались непригодными для коммерческой эксплуатации.

Применение двигателей внутреннего сгорания для скоростного движения на железных дорогах

В 20-30-е годы в Германии проводились эксперименты по созданию скоростного подвижного состава с пропеллерной тягой и авиационными двигателями.

21 июня 1931 года аэровагон, спроектированный доктором Ф. Крюкенбергом, прозванный журналистами «Цеппелин на рельсах» за внешнее сходство с дирижаблями Ф. Цеппелина, во время опытной поездки между Гамбургом и Берлином установил рекорд скорости 230 км/ч. Аэровагон представлял собой двухосный железнодорожный экипаж, кузов которого был изготовлен из лёгких сплавов и имел обтекаемую форму. Четырёхлопастный толкающий воздушный винт, установленный в задней части машины, приводился во вращение 12-цилиндровым бензиновым двигателем мощностью 441 кВт. В коммерческой эксплуатации аэровагон не использовался.

В 1933 году на маршруте Берлин — Гамбург были введены экспрессы, получившие позже фирменное наименование «Летучий Гамбуржец». Движение осуществлялось дизельными мотрисами серии SVT 877, состоявшими из двух сочленённых вагонов на промежуточной тележке. Технической изюминкой проекта являлся экономичный дизель «Майбах» мощностью 301 кВт, который был установлен в каждом из вагонов и через электрическую передачу приводил во вращение движущие оси.

Уже в первой поездке 15 мая 1933 года автомотриса SVT 877 превысила стомильный рубеж скорости, достигнув 165 км/ч, и в движении по расписанию перекрыла рекорд британского экспресса «Летучий шотландец», что и послужило поводом для присвоения поезду названия «Летучий гамбуржец».

23 июня 1939 года немецкий трёхвагонный дизель-поезд, построенный Ф. Крюкенбергом, в опытной поездке на маршруте Гамбург — Берлин развил максимальную скорость 215 км/ч.

Одной из первых и весьма успешных попыток применения двигателя внутреннего сгорания для скоростного движения в США стал дизель-поезд «Пионер Зефир» на линии Бурлингтон, которая связывает Чикаго с городами-близнецами — Сент-Пол и Миннеаполис.

Дизель-поезд «Пионер Зефир» был изготовлен фирмой Бадд в 1934 году. Поезд состоял из трёх сочленённых вагонов на промежуточных тележках. Успех проекту во многом обеспечило применение лёгкого и мощного дизеля серии 201А компании Дженерал Моторз.

В начале апреля 1934 года на испытаниях поезд «Пионер Зефир» развил скорость 167,3 км/ч. 26 мая 1934 года «Пионер Зефир» прошёл путь между городами Денвер и Чикаго, равный 1690 км, за 13 часов со средней скоростью 130 км/ч. В то время лучший поезд с паровой тягой проходил этот маршрут по расписанию за 26 часов 45 мин.

В октябре того же года железнодорожная компания Юнион Пасифик продемонстрировала в поездке «от океана до океана» свой новый скоростной дизель-поезд серии М10001, рассчитанный на максимальную скорость 192 км/ч. Он имел 6 вагонов, в головном располагалась дизель-генераторная установка мощностью 883 кВт, питавшая электроэнергией два тяговых двигателя первой тележки.

22 октября поезд М10001, преодолев за 57 часов расстояние 5216 км, прибыл в Нью-Йорк, показав среднюю техническую скорость 91,5 км/ч — самую высокую в мире для такой большой дистанции.

Во Франции в 1937 году был построен скоростной тепловоз серии 262BD1, имевший суммарную мощность в двух секциях 2944 кВт, предназначенный для обслуживания со скоростями до 130 км/ч экспрессов Париж — Ривьера.

Хорошие результаты были достигнуты во Франции в скоростном движении на линии Париж — Лион и Средиземноморье автомотрисами «Бугатти Рояль». Они имели по четыре двигателя «Рояль» (147 кВт каждый), которые работали на смеси бензола и спирта. Технической новинкой автомотрисы были уникальные четырёхосные тележки, две на вагон, колёса которых имели резиновые вкладыши между центрами и бандажами. Мотрисы «Бугатти Рояль» развивали скорость свыше 170 км/ч, но в силу законодательного ограничения эксплуатировались с максимальными скоростями до 120 км/ч.

После второй мировой войны значительные результаты в использовании тепловозной тяги в скоростном движении были достигнуты в Великобритании с помощью тепловозов «Делтик», а затем дизель-поездов Интерсити 125, которые развивали максимальную скорость 125 миль/ч (201,1 км/ч) и отмечены в Книге рекордов Гиннесса как самые быстрые дизель-поезда.

В России 5 октября 1993 года был установлен рекорд скорости для одиночного тепловоза. На перегоне ШлюзДорошиха линии Петербург — Москва тепловоз ТЭП80 в испытательном заезде развил скорость 271 км/ч. Эта скорость является также национальным рекордом для железных дорог России.

Использование электрической тяги для скоростного и высокоскоростного движения

В 1933—1943 гт. во Франции было изготовлено 48 скоростных электровозов, которые после войны получили серию 9100. Локомотив был способен водить экспрессы со скоростью до 140 км/ч.

Одним из самых мощных скоростных пассажирских электровозов, построенных в предвоенный период, был советский опытный локомотив ПБ 21-01 (имени Политбюро ЦК ВКП(б)).

Во время испытаний 5 января 1935 года этот электровоз с поездом массой 713 т, состоявшим из 17 четырёхосных вагонов, развил скорость 98 км/ч, а во время рейса с одним динамометрическим вагоном — 127 км/ч.

В 1940 году в Соединённых Штатах Америки по заказу железнодорожной компании Чикаго, Норс Шо и Милуоки был создан скоростной электропоезд «Электролайнер», состоявший из четырёх сочленённых вагонов небольшой длины (11,8 м), опиравшихся на промежуточные тележки, что позволяло составу проходить кривые малого радиуса в центре Чикаго по эстакадной городской железной дороге. По прибрежной магистральной линии поезда «Электролайнер» двигались со скоростью до 140 км/ч.

Поезд был рассчитан на работу на электрифицированных линиях постоянного тока напряжением 600 В с питанием от контактного провода или третьего контактного рельса в пределах городской эстакадной железной дороги Чикаго. Поезд имел 8 тяговых двигателей общей мощностью 1600 кВт.

Два состава «Электролайнер» эксплуатировались до 1963 г.

В 30-е годы в Италии был создан скоростной электропоезд ETR 200, предназначенный для работы на электрифицированных линиях постоянного тока напряжением 3 кВ. Поезд состоял из 3 вагонов общей массой 110 т и имел суммарную мощность тяговых электродвигателей, равную 1100 кВт.

20 июля 1939 года состоялась демонстрационная поездка этого электропоезда из Флоренции в Милан. Весь маршрут длиной 314 км поезд прошёл за 1 час 55 мин со средней скоростью 164 км/ч, развив кратковременно скорость 202,8 км/ч. До начала эксплуатации ВСМ в Японии в 1964 г. это был самый высокий результат.

В 1955 году во Франции электровозы серий СС 7100 и ВВ 9000, работающие на постоянном токе, каждый с составом из трёх вагонов общей массой 111 т, превысили 300-километровую скоростную отметку.

Эксперименты проводились на специально подготовленном участке длиной 66 км линии Париж — Орлеан. Локомотивы, предназначенные для скоростных поездок, прошли модернизацию. Тяговые двигатели, редукторы, буксовые узлы и колёсные пары были проверены на испытательном стенде на скорость вращения, эквивалентную линейной скорости движения локомотива 450 км/ч.

29 марта 1955 года электровоз серии ВВ 9000 с составом из трёх вагонов установил рекорд скорости — 331 км/ч. Накануне, 28 марта, электровоз серии СС 7100 с тем же составом достиг скорости 326 км/ч.

1 октября 1964 года в Японии произошло событие, которое ознаменовало начало нового этапа в истории железнодорожного транспорта, — появление специализированных высокоскоростных железнодорожных магистралей (ВСМ). В этот день началась постоянная эксплуатация ВСМ Токио — Осака протяжённостью 515,4 км, предназначенной для движения поездов нового поколения, получивших позже серийное наименование 0 («ноль»), со скоростью до 210 км/ч. Реализация этого комплексного проекта, включавшего создание новых устройств пути, искусственных сооружений, систем энергоснабжения и обеспечения безопасности движения поездов, других элементов инфраструктуры, а также специализированного подвижного состава, позволила впервые в мире организовать массовые железнодорожные пассажирские перевозки со скоростью более 200 км/ч.

Все дальнейшие достижения в области освоения высоких скоростей на рельсах были связаны с использованием специализированных высокоскоростных магистралей.

В 1981 году во Франции в результате выполнения программы, которая осуществлялась более 20 лет, была открыта для движения поездов первая в Европе высокоскоростная магистраль Париж — Лион. Для эксплуатации на этой магистрали был создан поезд нового поколения TGV.

26 февраля 1981 г. электропоездом TGV PSE (состав № 16) в экспериментальной поездке по этой магистрали был установлен новый рекорд скорости — 380,4 км/ч.

В 1985 году в ФРГ в результате выполнения многолетнего плана по организации высокоскоростного движения на железнодорожном транспорте был изготовлен пятивагонный состав опытного электропоезда, получившего наименование ICE-V.

1 мая 1988 года между 285 и 295 километром высокоскоростной магистрали Фульда — Вюрцбург поезд ICE-V развил скорость более 400 км/ч. Расшифровка записи на ленте скоростемера показала, что в момент выхода из тоннеля Синнберч скорость поезда была равна 406,9 км/ч. Этот новый мировой рекорд на время выдвинул вперёд западногерманских производителей высокоскоростного подвижного состава.

С ноября 1988 года во Франции была развёрнута широкая программа испытаний высокоскоростного поезда второго поколения — TGV A. Экспериментальный участок пути длиною 280 км только что построенной ВСМ Атлантик был определён между 135 и 179 километром. Практически прямая трасса имела несколько кривых с радиусом 15 км.

В качестве опытного поезда для скоростных испытаний был выбран серийный состав TGV A № 325, на котором были произведены некоторые доработки и изменения. 3 декабря 1989 г. этот поезд, состоящий из двух локомотивов и четырёх вагонов, установил рекорд скорости — 482,4 км/ч.

На протяжении нескольких месяцев шли работы по дальнейшему совершенствованию поезда, состав которого был уменьшен на один прицепной вагон.

9 мая 1990 г. скорость поезда превысила отметку 500 км/ч, её пиковое значение составило 510,6 км/ч.

18 мая 1990 года состоялась очередная экспериментальная поездка, которая завершилась тем, что был установлен мировой рекорд скорости, который удерживается и до сего времени. В 10 часов 6 минут на скоростемере электропоезда появилась цифра 515,3 км/ч.

Основные понятия высокоскоростного движения. Технические характеристики и инженерные решения высокоскоростных железных дорог

Экономическая и социальная эффективность ВСМ в масштабах государства, относительно малое отрицательное воздействие на окружающую среду в сравнении с другими видами транспорта склонили общественное мнение в развитых странах в пользу высокоскоростных железных дорог.

С учётом неоспоримых преимуществ ВСМ решения о сооружении таких линий приняты в качестве государственных программ во многих странах. В Европе эти планы вышли на межгосударственный уровень.

Однозначной, объективно существующей границы, определяющей зону высокоскоростного движения на железнодорожном транспорте, такой как, например, «звуковой барьер» в авиации, не существует.

Ещё в середине XX столетия к категории «высокоскоростного» на железнодорожном транспорте относили движение со скоростями 140 … 160 км/ч. За последние 50 лет граница высокоскоростного движения поднялась к значению 200 км/ч. Эта величина, принятая в настоящее время во многих странах, в значительной мере носит конвенциональный и исторически сложившийся характер. Однако предпосылки к определению, пусть несколько размытой, зоны высокоскоростного движения всё-таки имеются.

Для традиционной железнодорожной транспортной системы колесо—рельс при переходе скоростной границы 200 … 250 км/ч наблюдается значительное увеличение сопротивления движению подвижного состава и, как следствие, рост энергетических затрат на тягу поезда.

Для скоростей движения выше 200 км/ч требуются иные технические нормы и более высокая, чем на обычных линиях, оснащённость стационарных устройств, инфраструктуры и подвижного состава, что приводит к росту капитальных затрат на строительство, стоимости подвижного состава и более высоким эксплуатационным расходам, что, однако, перекрывается высоким экономическим и социальным эффектом при массовых пассажирских перевозках.

Максимальные скорости движения поездов по ВСМ в коммерческой эксплуатации в зависимости от конкретных условий и проектных решений (конструктивных параметров линий) составляют 250 … 350 км/ч. Это определяется расчётами и подтверждено опытом эксплуатации. При обеспечении заданного уровня безопасности и комфорта ВСМ экономически и социально более привлекательны в сравнении с другими видами транспорта, особенно при массовых перевозках пассажиров в дневных поездках на расстояния 400 … 800 км в вагонах с местами для сидения и на 1700 … 2500 км — в спальных вагонах ночных поездов.

Сегодня сложилась следующая градация скоростей в пассажирском движении:

до 140 … 160 км/ч — движение поездов на обычных железных дорогах;
до 200 км/ч — скоростное движение поездов, как правило, на реконструированных линиях;
свыше 200 км/ч — высокоскоростное движение на специально построенных ВСМ.

Сравнение высокоскоростного железнодорожного, авиационного и автомобильного транспорта показывает, что при расстояниях порядка 400 … 800 км высокоскоростные поезда, обеспечивая более высокий уровень комфорта и безопасности, предоставляют пассажиру и большую скорость передвижения (меньшее время в пути). Дополнительным удобством является и то, что поезда ВСМ отправляются и прибывают на вокзалы, расположенные в непосредственной близости от центров городов.

Опыт всех осуществлённых проектов ВСМ в мире показал, что в транспортных коридорах после начала эксплуатации высокоскоростных поездов происходит перераспределение пассажиропотока в пользу высокоскоростного железнодорожного транспорта.

Чрезвычайно важным является то, что ВСМ по сравнению с авиа- и автотранспортом имеют самый низкий удельный выброс загрязнителей в окружающую среду, при равных пассажиропотоках занимают меньшие территории, чем это требуется для автострад и аэропортов.

Организация коммерческого движения поездов со скоростями более 200 км/ч с высоким уровнем безопасности и комфорта для регулярной перевозки большого количества людей, а в ряде случаев и доставки специальных грузов, потребовала создания новых технических средств железнодорожного транспорта.

Условно, с некоторой долей упрощения и приближения, можно выделить три основных концептуальных подхода к организации высокоскоростного движения.

Японская и испанская концепции предусматривают сооружение ВСМ, путевая (рельсовая) система которых полностью изолирована от остальной железнодорожной сети страны.

Французская концепция предполагает строительство новых ВСМ, входящих в общий состав сети, но предназначенных исключительно для высокоскоростного подвижного состава.

Итальянская и германская концепции заключаются в комплексной реконструкции железнодорожных направлений, при которой осуществляется строительство высокоскоростных участков и модернизация существующих линии, спрямление главных путей с целью организации скоростного и высокоскоростного движения.

Кратко остановимся на каждой из них.

В Японии в силу исторических причин и топографических условий железные дороги строились с узкой колеёй — 1067 мм. ВСМ в этой стране сооружаются с использованием так называемой «стефенсоновской» колеи 1435 мм. Они, за исключением специальных участков, получивших название «мини-Синкансэн», полностью изолированы от остальной железнодорожной сети.

Так же как и в Японии, в Испании рельсовая система ВСМ нормальной колеи 1435 мм отделена от общей сети железных дорог колеи 1668 мм.

Определённым отличием ситуации в этих странах при схожести концепции создания ВСМ является то, что в Испании на ВСМ выходят поезда типа Тальго (см. далее), вагоны которых имеют устройство колёсных пар, позволяющее двигаться по пути с разной шириной колеи (1668/1435).

Японии и Испании на ВСМ построены специальные станции, но в ряде случаев для высокоскоростного подвижного состава пути подведены к платформам существующих железнодорожных вокзалов.

Во Франции для высокоскоростного движения построены специальные магистрали. Поскольку ВСМ и сеть обычных железных дорог имеют одну и ту же колею 1435 мм, высокоскоростные поезда могут выходить на обычные линии, что увеличивает зону обслуживания. Однако подвижной состав обычных железных дорог никогда не заходит на высокоскоростные линии. Как правило, в крупных городах поезда ВСМ обслуживаются на существующих вокзалах, которые перед началом эксплуатации ВСМ подверглись реконструкции и расширению. Имеются также и новые станции, и вокзалы, сооружённые для ВСМ. Так, в пригороде Парижа на ВСМ впервые введён в эксплуатацию совмещённый вокзал — аэропорт Шарль де Голль Руасси, где осуществляется непосредственная пересадка пассажиров с поездов на самолёты и обратно.

В Италии и Германии на реконструированных железнодорожных направлениях осуществляется смешанная эксплуатация высокоскоростных и обычных пассажирских поездов, а также ускоренных грузовых поездов.

При организации высокоскоростного железнодорожного движения в этих странах проводилась комплексная модернизация железнодорожных участков. Строились новые линии ВСМ, а также осуществлялась модернизация старых железных дорог данного коридора с устройством многочисленных соединений с участками ВСМ. В конечном итоге это позволило получить железнодорожные магистрали с тремя, четырьмя и иногда пятью путями, как правило, обезличенными; по некоторым из них на значительном протяжении можно осуществлять движение поездов со скоростями более 200 км/ч. Такие железнодорожные направления эксплуатационно гибки, позволяют в случае необходимости обеспечивать движение по всем путям в одном направлении.

При проектировании ВСМ в отличие от обычных железных дорог главной задачей стала трассировка линии с применением горизонтальных кривых больших радиусов — от 4 до 7 км. Исключение составляла первая высокоскоростная линия Токио — Осака (Япония), где минимальный радиус был принят равным 2,5 км.

В то же время в 60-е годы XX столетия был создан железнодорожный подвижной состав, который способен при высоких скоростях движения преодолевать уклоны значительно большей крутизны, чем это было принято на старых линиях. Так, например, на французских ВСМ максимальный уклон на затяжных подъёмах принимается равным 35 ‰, на новых линиях в Германии — 40 ‰. Это позволяет уменьшить объём земляных работ при строительстве и в ряде случаев избежать на перевальных участках устройства дорогостоящих тоннелей. Радиус вертикальных кривых при сопряжении смежных элементов профиля на ВСМ колеблется от 15 до 30 км. Максимальное возвышение наружного рельса составляет 125 … 180 мм, что в сочетании с относительно большими радиусами кривых не создаёт дискомфорта для пассажиров при движении поездов с максимальной скоростью.

В настоящее время наметилось несколько принципиально отличных подходов к созданию железнодорожного пути для ВСМ.

В Японии на первой в мире ВСМ Токио — Осака был уложен бесстыковой путь из рельсов 53,3 кг/пог. м (позже заменённых на рельсы массой 60 кг/пог.м) на железобетонных шпалах на щебёночном балласте и на земляном полотне. Большие затраты на содержание пути традиционной конструкции при высоких скоростях движения предопределили дальнейший выбор японских специалистов — использование жёстких (плитных) оснований вместо балластной призмы и практически полный отказ от земляного полотна на новых линиях ВСМ. К этому решению подтолкнуло также то, что на новых ВСМ Японии доля пути на участках с искусственными сооружениями приближалась к 100 %.

Во Франции после анализа японского опыта была принята конструкция главных путей ВСМ, предусматривающая укладку бесстыкового пути из рельсов массой 60,8 кг/пог. м на шпально-балластном основании на земляном полотне. При этом учитывались два решающих достоинства балластного варианта по сравнению с плитным: значительно меньшая цена самой конструкции (на участках с преобладанием земляного полотна) и больший запас устойчивости пути против поперечного сдвига от воздействия подвижного состава.

Принимались во внимание и недостатки плитного основания на земляном полотне, которые проявились в Японии, в частности, дороговизна такой конструкции, трудности устранения геометрических отклонений пути (хотя они и меньше по величине), отсутствие отлаженной технологии укладки пути, неопределённость его поведения на слабых грунтах.

Многолетний опыт эксплуатации французской ВСМ Париж — Лион подтвердил высокие эксплуатационные качества и надёжность пути на балласте. Он уложен и на других ВСМ Франции, предназначенных для движения поездов со скоростями до 350 км/ч.

В Германии на первых линиях ВСМ предпочтение отдавалось пути на земляном полотне с балластной призмой. Однако позднее, когда возникла проблема строительства спрямляющих ходов с большим числом тоннелей и других искусственных сооружений, были проведены исследования и испытания пути на жёстком основании. В результате было признано целесообразным применение верхнего строения японского типа с некоторыми коррективами немецких специалистов, принятыми в соответствии с местными условиями.

На первой испанской ВСМ Мадрид— Севилья применена конструкция пути, близкая к французской.

Топографические условия в районах первых перспективных ВСМ России близки к западноевропейским, поэтому можно считать целесообразным применение балластного пути на земляном полотне с использованием современной технологии уплотнения насыпей.

Из-за необходимости обеспечения более прямой трассы и обязательного устройства развязок с другими видами транспорта в разном уровне на высокоскоростных линиях строится большее, чем на обычных линиях, количество искусственных сооружений.

Мосты, виадуки, путепроводы на ВСМ во избежание образования на подходах к ним S-образных кривых устраиваются, как правило, двухпутными. Рельсы укладываются на шпальную решётку и балластный слой или на плитное основание. К искусственным сооружениям предъявляются особые требования в связи со специфическим характером динамических нагрузок, вибрационных и шумовых характеристик при высоких скоростях движения. В последние годы отдаётся предпочтение конструкциям из предварительно напряжённого железобетона.

В первые годы эксплуатации тоннелей на ВСМ специалисты столкнулись с негативными последствиями ударных звуковых волн при проходе поездами тоннелей на больших скоростях. Это потребовало принятия мер по герметизации подвижного состава и устройства различных инженерных конструкции в виде решётчатых раструбов у порталов тоннелей, дополнительных вентиляционных штолен, воздушных камер и т. п., смягчающих фронт ударной волны перед поездом.

Раздельные пункты — станции, обгонные пункты и диспетчерские посты — в значительной мере определяют уровень обеспечения жизнедеятельности высокоскоростных и скоростных железнодорожных магистралей.

Особенностью японского и испанского вариантов, как отмечалось выше, является полная рельсовая автономность ВСМ от обычных железных дорог. Это потребовало на всём протяжении ВСМ сооружения новых промежуточных пассажирских станций с полным комплексом устройств. Для обеспечения удобной пересадки пассажиров с поездов обычных линий на высокоскоростные и обратно в Японии и Испании вновь сооружаемые станции совмещают на одной площадке со станциями обычных железных дорог.

Французский вариант предусматривает размещение на ВСМ только тех раздельных пунктов, которые необходимы для организации движения поездов. Пассажирские операции передаются на ближайшие обычные вокзальные комплексы, на которые по специально построенным соединительным путям заходит часть высокоскоростных поездов.

Кроме' раздельных пунктов с путевым развитием, в среднем через 22—24 км размещаются диспетчерские посты с укладкой двух съездов между главными путями для возможности перевода движения с одного пути на другой.

Итальянский и германский варианты ВСМ также предполагают использование существующих железнодорожных станций, но, как правило, расширенных и реконструированных.

Стрелочные переводы являются важнейшим элементом путевого развития раздельных пунктов. Проектирование и строительство ВСМ послужило мощным толчком к разработке новых типов стрелочных переводов, в том числе и таких, которые обеспечивают высокую скорость движения как по прямому, так и по отклонённому направлению.

Упомянутая ранее генеральная стратегия трассирования ВСМ по кратчайшим направлениям с устройством соединительных ответвлений для захода части высокоскоростных поездов на крупные пассажирские станции обычных линий стимулировала французских специалистов к разработке, производству и широкому применению пологих стрелочных переводов с крестовинами марки 1/65, допускающих максимальную скорость движения на боковой путь до 220 км/ч. На ВСМ Париж — Лион из 136 стрелочных переводов 87 имеют конструкцию с подвижными элементами крестовины марки 1/65 или 1/46.

В Германии используются несколько типов стрелочных переводов для скоростного и высокоскоростного движения, среди них — безостряковый с двумя передвижными рельсами, допускающий скорость движения на боковой путь до 350 км/ч.

Системы текущего содержания стационарных устройств, применяемые на эксплуатируемых зарубежных ВСМ, позволяют десятилетиями поддерживать их должное состояние в условиях интенсивного движения поездов. Эти системы включают в себя технические средства контроля и диагностики; они обслуживаются производственными подразделениями, оснащёнными высокопроизводительными машинами и механизмами, имеющими базы технического обслуживания вдоль линии, специальные контрольно-измерительные поезда (вагоны) для получения характеристик пути, контактной сети, устройств СЦБ и связи.

Создание высокоскоростных железнодорожных магистралей потребовало принципиально новых подходов к обеспечению безопасности функционирования железной дороги как комплексной системы.

Высокий уровень безопасности обеспечивается, в частности, проектными параметрами, полным обособлением ВСМ от других путей сообщения (устройством пересечений в разных уровнях с автомобильными дорогами, пешеходными переходами и т. д.). Полоса отчуждения ВСМ, как правило, изолирована, нахождение в ней посторонних людей, проникновение животных не допускается.

На ВСМ обеспечивается непрерывный мониторинг состояния земляного полотна и искусственных сооружений; ведётся наблюдение за состоянием атмосферы, в частности, за силой и направлением ветра, интенсивностью выпадения осадков, в некоторых случаях осуществляется контроль сейсмической активности. Полученные данные передаются непосредственно в автоматизированные системы управления движением на высокоскоростной магистрали.

На ВСМ используются комплексные методы управления движением поездов на базе интегрированных систем сигнализации, централизации и блокировки. Применяются системы многозначной автоблокировки, как правило, без напольных сигналов, АЛСН с контролем скорости движения поезда и диспетчерская централизация управления стрелками и сигналами на раздельных пунктах.

В высокоскоростном движении применяется электрический подвижной состав. Предпринимались попытки использовать для тяги высокоскоростных поездов дизели и газотурбинные установки.

Высокоскоростные поезда представляют собой составы постоянного формирования с локомотивной или моторвагоннои тягой. В ряде случаев для высокоскоростного движения используются сочленённые вагоны с промежуточными тележками. Подвижной состав ВСМ характеризуется низкой нагрузкой от колёсных пар на рельсы — около 16 … 18 т. В опытном японском поезде STAR21 удалось добиться нагрузки на ось всего 7,4 т.

Тяговый привод с инверторньми преобразователями и асинхронными тяговыми электродвигателями предопределил успех в создании высокоскоростных поездов последних двух десятилетий. Прогресс в области новой элементной базы — появление в 80-е годы запираемых тиристоров (GTO) — позволил упростить схемы преобразователей, сократить число элементов и начать широкое использование на железнодорожном транспорте мощных, компактных, надёжных и относительно дешёвых асинхронных тяговых двигателей.

В конструкции подвижного состава всё большее применение находит модульный (блочный) принцип размещения оборудования, что существенно снижает расходы по проектированию, изготовлению и эксплуатации подвижного состава.

ВСМ, как правило, электрифицированы на переменном токе промышленной частоты 50 или 60 Гц с напряжением в контактном проводе 25 кВ. Однако в ряде стран применяется переменный ток пониженной частоты 16⅔ Гц и напряжение в контактной сети 15 кВ.

Для увеличения длины межподстанционных зон энергоснабжения на ВСМ часто используется система 2 × 25 кВ переменного тока с промежуточными автотрансформаторами.

Некоторые соединительные линии и участки входов ВСМ в железнодорожные узлы электрифицированы на постоянном токе напряжением 1,5 или 3,0 кВ.

Эксплуатация ВСМ с 1964 года по настоящее время показала, что в сравнении с другими видами транспорта высокоскоростные железные дороги являются самыми безопасными. За весь период существования специализированных ВСМ на них не произошло ни одной аварии, повлёкшей гибель пассажиров.

Самый серьёзный инцидент в истории скоростного (не высокоскоростного — прим. авт.) движения случился 3 июня 1998 года в Германии на реконструированной железнодорожной линии к северу от Ганновера в районе станции Эшеде, где на скорости около 200 км/ч сошёл с рельсов поезд ICE 1. В катастрофе погибло 100 человек и ранено 88. Причиной трагедии стали недостатки системы диагностирования состояния колёсных пар поезда, в результате чего произошло разрушение бандажа одного из колёс и сход вагонов с рельсов.

Однако даже с учётом этой катастрофы статистическое сравнение ВСМ, авиационного и автомобильного транспорта, отнесённое к единице выполненной перевозочной работы (в пасс.-км), показывает, что ВСМ близки к абсолютно безопасному транспорту.

Часть 2



[1 наблюдающий участник] 
Эта страница последний раз была изменена 1 мая 2015 в 16:56, автор изменения — участник Энциклопедия нашего транспорта Anakin. В создании приняли участие: участник Энциклопедия нашего транспорта Workweek
info2008 ≤co-бa-кa≥ nashtransport.ru
«Наш транспорт» © 2009—2017
Rambler's Top100