Проектирование высокоскоростных магистралей в Германии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский государственный университет транспорта

Кафедра «Изыскание и проектирование дорог»

Реферат

Проектирование высокоскоростных магистралей в Германии

Выполнил: Акулёнок И.А.

Гомель - 2014 г.

Транспортная политика в Западной Германии после Второй мировой войны была ориентирована, прежде всего, на развитие автомобильных перевозок. Однако уже в начале 1970-х годов оказалось, что эйфория от подобного однобокого развития транспорта с бурным строительством автомобильных дорог в плотно заселенной Центральной Европе будет недолгой. Объем перевозок автотранспортом достиг предела возможностей, и специалисты стали все чаще возвращаться к вопросу развития железных дорог. Позитивные экономические процессы той эпохи способствовали стремительному росту объемов грузовых перевозок, и бывшие Государственные железные дороги ФРГ (DB) достигли исключительных успехов по этому показателю. Следует отметить, что таких объемов перевозок железные дороги объединенной Германии в середине 1990-х годов не имели.

Дальнейшее увеличение грузовых перевозок, прогнозировавшееся в первую очередь на железных дорогах, потребовало увеличения пропускной способности сети DB за счет строительства новых и реконструкции действующих линий. Это решение документально было оформлено в виде Федерального плана развития путей сообщения (BVWP).

Развитие путей сообщения с 1970 г. В связи с перегруженностью магистралей в таком важном направлении, как север -- юг, DB в 1970 г. приняли предварительный план строительства новых линий Ганновер -- Вюрцбург и Мангейм -- Штутгарт. Программа их эксплуатации должна была базироваться на смешанных перевозках грузов и пассажиров поездами дальнего следования.

Пригородные перевозки решено было оставить на существующей сети. Уровень технического развития того времени предусматривал для дальних пассажирских поездов максимальную скорость 200 км/ч с возможностью ее повышения в будущем. Результаты текущей реализации плана BVWP были значительно улучшены за счет старых линий, пропускную способность которых повышали путем модернизации.

Последняя заключалась в ликвидации одноуровневых переездов и путей доступа пассажиров к пассажирским платформам, удлинении обгонных путей и смещении их в боковом направлении, замене механических устройств СЦБ электрическими. На линиях, трассы которых не имели крутых кривых (как в северной части Германии или на плоскогорье Баварии), было разрешено повысить участковую скорость до 200 км/ч. В начальной фазе реализации плана BVWP планировалось преимущественное развитие грузовых перевозок.

Переосмысление этих планов началось после того, как во Франции в 1981 г. были достигнуты выдающиеся успехи в повышении пассажирооборота на линии Париж -- Лион, специально построенной для высокоскоростного пассажирского движения. В ответ на успех французского поезда TGV, железные дороги Германии в 1984 г. приступили к разработке высокоскоростного поезда, получившего название ICE (Intercity Express). В 1991 г. этот поезд на новой линии установил рекорд скорости для Германии 250 км/ч.

Этот диапазон скорости, который затем был увеличен до 280 км/ч, а на новых линиях Кёльн -- Рейн/Майн и Нюрнберг -- Ингольштадт даже до 300 км/ч, из-за аэродинамических проблем, возникающих при встрече поездов, исключал возможность организации смешанного грузопассажирского движения и потребовал изменения программы эксплуатации. После этого было принято решение о переводе грузового движения по новым линиям на ночные часы (в отсутствие пассажирских поездов). На реконструированных линиях была сохранена прежняя программа эксплуатации.

Несмотря на то, что в Германии к началу 1980-х годов ориентиры в планировании развития сети изменились, здесь, как и прежде, в отношении транспортных услуг доминировал количественный аспект, а не качественный. Основное внимание уделялось реконструкции существующих линий, а строительство новых предусматривалось только в тех случаях, когда прогнозы роста объемов перевозок говорили о недостаточности существующих мощностей для их освоения. При этом сокращение длительности поездок рассматривалось в качестве дополнительного аспекта.

Новые и реконструированные линии усиливали конкурентоспособность железных дорог, которые благодаря росту объема перевозок могли рассчитывать на повышенную прибыль, делали возможным улучшение перевозочного процесса за счет сокращения расходов на его организацию, но в то же время требовали повышенных расходов на текущее содержание инфраструктуры. В связи с этим при разработке концепции реализации проектов, связанных с указанными перспективами, и их экономической оценке требовалось рассмотрение уровня доходов, с одной стороны, расходов на организацию движения и текущее содержание сети, с другой.

Рис. 1

Транспортные события на путях сообщения в значительной степени зависят от сложившейся географии перевозок. Первостепенное значение для формирования транспортных потоков имеет распределение населения. Так, в Германии области концентрации населения и большие города западных земель являются центрами сосредоточения экономической деятельности и, следовательно, грузовых и пассажирских перевозок. Кроме того, между этими центрами естественны также интенсивные местные перевозки.

Распределение населения на первый взгляд кажется хаотичным, однако численный анализ показывает наличие различимых закономерностей. Между городами, расположенными на железнодорожных магистралях, расстояния различны. В зависимости от этого различен и интерес к ним со стороны всех видов общественного транспорта. На рис. 1 приведена зависимость среднего расстояния между пунктами остановки в западной части страны, расположенными в основных транспортных коридорах, от численности населения в городах.

Самые быстрые пассажирские поезда дальнего следования соединяют большие города (число жителей выше 200 тыс. человек). Исходя из этого условия, по рис. 1 можно оценить среднее расстояние между остановочными пунктами -- 75 км. Расширение этого анализа на новые федеральные земли изменяет эту величину лишь незначительно. Если в интересах сокращения длительности поездок увеличить это расстояние до 100 км, то тогда высокоскоростными поездами не будут обслуживаться города с населением менее 200 тыс. чел. Из рис. 1 следует также, что география перевозок в Германии не допускает увеличения среднего расстояния между остановочными пунктами более 70-75 км для системы высокоскоростных пассажирских перевозок в дальнем сообщении.

Транспортное влияние новых или реконструированных линий ни в коей мере не ограничивается только установлением или улучшением связи между конечными пунктами проекта. Увеличение объема перевозок из-за заметного снижения времени поездки или повышения пропускной способности линии касается всех транспортных отношений, действующих в сети. Рис. 1 наглядно показывает, насколько велико транспортное влияние новой линии Кёльн -- Рейн/Майн (снижение времени поездки между конечными пунктами на 80 мин) на прилегающую сеть. Конечные пункты маршрутов, проходящих через эту линию, не ограничиваются Брюсселем, Базелем, Мюнхеном и Пассау.

Кроме того, следует иметь в виду, что параллельная линия, идущая через Кобленц на Майнц и Франкфурт-на-Майне, потеряла прежнее значение транзитной. Таким образом, если нужно оценить транспортное влияние проекта новой линии, необходимо исследовать изменение характера перевозочного процесса и эксплуатационной ситуации на участке сети, размеры которого определяются границами распространения эффекта, вызванного рассматриваемым проектом. Для крупномасштабного инфраструктурного планирования следует рассматривать всю транспортную сеть Германии.

В соответствии с одной из целей алгоритма (минимизация времени перевозки) процесс распределения с ростом загрузки сети можно разделить на следующие этапы:

* первостепенная загрузка наиболее коротких (лучших) маршрутов;

* незначительное увеличение времени доставки ниже предела пропускной способности лучших маршрутов;

* после превышения этого предела большее увеличение времени доставки;

* отклонение грузовых поездов на альтернативные маршруты с незначительными обходами;

* загрузка альтернативных маршрутов с незначительными обходами;

* отклонение грузовых поездов на неблагоприятные альтернативные маршруты и т.д.

На всех этапах учитываются модальные эффекты, возникающие вследствие увеличения времени доставки. Благодаря этому метод распределения допускает близкое к реальности отображение загрузки сети с использованием для грузовых поездов всех целесообразных маршрутов.

Метод распределения позволяет получить важные коммерческие и эксплуатационные данные о перевозочной работе, начиная с пропускной способности и кончая использованием подвижного состава, которое определяется такими годовыми показателями, как объем перевозок пассажиров и грузов, грузо и пассажирооборот, число поездо-часов и поездо-километров.

Концепция названных мероприятий применима к узким местам с точки зрения пропускной способности и к участкам со слишком низкими допустимыми значениями скорости (ограничениями скорости) на сети магистральных железнодорожных линий. Проблема пропускной способности, конечно, в последние годы потеряла прежнюю остроту благодаря соответствующим мероприятиям -- снижению межпоездных интервалов за счет современной техники управления движением, разделению скорых и медленных поездов.

Узкие с точки зрения пропускной способности места возникают прежде всего в системе пассажирских перевозок, а именно в некоторых железнодорожных узлах. Прежний опыт показывает, что крупные проекты, ориентированные на расширение железнодорожной инфраструктуры, окупаются медленно. В связи с этим предпочтение следует отдавать следующим эксплуатационным мероприятиям:

* замене поездов на локомотивной тяге моторвагонными или челночными;

* отказу от дальнейшего повышения плотности следования поездов за счет использования двухэтажных вагонов;

* уменьшению числа остановок поездов дальнего следования на некоторых (немногих) линиях;

* применению метода формирования поездов увеличенной длины, составленных из нескольких укороченных, которые отцепляются для следования на ответвления.

Строительство новых линий требует особо больших затрат. По уровню цен 2000 г. удельные капиталовложения на линии Ганновер -- Вюрцбург (327 км) и Мангейм -- Штутгарт (100 км) составили 22,4 млн. евро/км. Для линии Кёльн -- Рейн/Майн (177 км) они возросли до 30 млн. евро/км, несмотря на гибкое использование возможностей трассировки с уклонами до 40‰ (только для пассажирского скоростного движения).

Федеральный бюджет финансирует инфраструктурные мероприятия в рамках BVWP примерно в течение десятилетия исключительно через займы от третьих лиц. федеральный железный дорога германия

В связи с этим компания, владеющая инфраструктурой (в данном случае DB), таких затрат не несет. Годовые расходы на текущее содержание в общем исчисляются в процентах от инвестиций. На линиях, реконструированных без увеличения путевого развития, капиталоемкое улучшение инфраструктуры не увеличивает уровня затрат на техническое обслуживание, причем особо высокозатратное санирование нижнего строения пути обходится даже дешевле.

Дополнительных затрат по организации эксплуатационной работы на новой инфраструктуре практически не бывает. Для новых и реконструированных линий принимают, что этот вид работ не связан с потребностью в дополнительном персонале (например, для обслуживания постов централизации) и с дополнительным расходом материалов. Как правило, техника СЦБ новых линий управляется с уже имеющихся постов.

В концепции строительства новых линий большое значение имеют параметры трассировки применительно к задаваемому уровню скорости пассажирских поездов дальнего следования. Как показывает рис. 2, железная дорога как высокоскоростная система имеет значительные резервы для повышения скорости до 350 км/ч. Для относительно небольших средних расстояний между остановочными пунктами (не более 75 км), как это имеет место в Германии по условиям географии перевозок, достижима максимальная скорость около 200 км/ч.

Удельные затраты на тягу SZK высокоскоростного поезда ICE 3 (система колесо -- рельс) и пятивагонного поезда Transrapid на магнитном подвесе для расстояний между остановочными пунктами 73 км представлены на рис. 6. Из этого рисунка видно, что минимумы кривых смещены в область достаточно высокой скорости. В этой же области лежит оптимальная скорость vopt, при которой разница между затратами на перевозки и доходами максимальна (рис. 3).

Рост расходов на трассировку с повышением скорости выражен слабее. В связи с этим при идеальных условиях и интенсивном транспортном потоке на новых линиях экономический оптимум эксплуатации находится в зоне, где максимальная скорость близка к 300 км/ч.

Двухпутные линии, реконструированные без повышения пропускной способности, рассчитаны на максимальную участковую скорость 200 км/ч.

Поскольку превышение «классического» предела скорости 160 км/ч, достигаемое за счет ликвидации переездов и совершенствования техники СЦБ, вызывает заметный скачок затрат, а уменьшение времени поездки в размере 1 мин на каждые 13,33 км маршрута является скромным достижением, скорость следует повышать до уровня, который обусловлен только физико-техническими факторами. При обычной для Германии ширине междупутья 4 м аэродинамический эффект взаимодействия высокоскоростного поезда с грузовым при встрече на реконструированной линии не позволяет повышать скорость более чем до 230 км/ч.

В отношении контактной подвески тоже существует предел скорости. С приемлемыми затратами скоростной потенциал существующих подвесок на реконструированных линиях Германии при расстоянии между опорами 80 м может быть увеличен с 200 до 230 км/ч. Скорости выше 230 км/ч (как на новых линиях) Прежде планирование строительства новых и реконструкции действующих линий осуществлялось, главным образом, в аспекте количественного распределения. В связи с этим на первое место ставилась модернизация существующих линий, а строительство новых линий -- на второе.

В сравнении со строительством одной новой линии реконструкция многопутной существующей линии имеет следующие преимущества:

* отсутствие дополнительного внедрения в ландшафт;

* поэтапный ввод в эксплуатацию участков с увеличенной пропускной способностью, осуществляемый по мере выполнения путевых работ;

* возможность улучшений даже на достаточно старых линиях (например, повышение скорости).

Вместе с тем не следует забывать и недостатки этого, ранее главенствовавшего подхода:

* проведение большой части работ без перерыва в движении поездов, т.е. с нарушениями нормальной эксплуатации;

* незначительное сокращение времени поездки вследствие выполнения модернизации не на всех участках;

* высокая затратность модернизации станций.

Современный опыт переоборудования двухпутных линий в четырехпутные показал, что с точки зрения инвестиций реконструкция вряд ли выгоднее строительства новой линии. Поскольку последняя может быть трассирована без особых ограничений и вследствие сокращения времени поездок обеспечит высокую эффективность использования, в будущем именно новым линиям следует отдавать предпочтение, требуют уменьшения длины пролета до 65 м.

В качестве масштаба для оценки возможных сетевых проектов по увеличению скорости поездов может служить интенсивность транспортных потоков. В первом приближении она пропорциональна инвестициям, которые могут быть оправданы целью ускорения пассажирского сообщения.

На основе предыдущего опыта можно выделить следующую упрощенную систематику возможной реконструкции инфраструктуры при слабых транспортных потоках (до 3 млн. пассажиров в год):

* применение поездов из вагонов с наклоняемыми кузовами на линиях с большим числом кривых;* отказ от улучшения трасс линий;

* для адаптации верхнего строения пути, устройств СЦБ и пр. возможны удельные капиталовложения 0,05-0,15 млн. евро/км;

* повышение максимальной скорости на линии до 160 км/ч;

* уменьшение времени поездки на 10-15%.При средних транспортных потоках (3-10 млн. пассажиров в год):

* реконструкция линии, при необходимости использование ее для движения поездов из вагонов с наклоняемыми кузовами;

* повышение удельного размера инвестиций до 0,5-1,5 млн. евро/км;

* увеличение максимальной скорости до 200 км/ч;

* уменьшение времени поездки до 25%.При интенсивных транспортных потоках (более 10 млн. пассажиров в год):

* строительство новых линий;

* увеличение максимальной скорости до 300 км/ч и выше;

* уменьшение времени поездки до 60%.

В рамках дискуссии о проектах новых железнодорожных линий часто высказываются требования об отказе от строительства новых линий и уменьшении времени поездки в дальнем пассажирском сообщении только за счет применения подвижного состава с наклоняемыми кузовами на действующих линиях. При аргументации требований сторонники этой идеи забывают о том, что строительство новых линий дает значительно большую экономию времени и к тому же постоянно увеличивает пропускную способность сети. В то же время поезда из вагонов с наклоняемыми кузовами на линиях с высокой загруженностью дополнительно обостряют проблему пропускной способности из-за того, что их скорость значительно выше, чем других поездов.

При рассмотрении целесообразности строительства новых линий необходимо различать, с одной стороны, строительство новых линий для смешанного движения, которые допускают эксплуатацию как высокоскоростных пассажирских поездов, так и грузовых, и, с другой стороны, новых специализированных линий, которые служат исключительно для пассажирского высокоскоростного движения.

Прогнозы на 2010 г. показывают, что на линии Кёльн -- Франкфурт-на-Майне -- Мангейм с ожидаемым объемом перевозок более 20 млн. пассажиров в год возникнут наиболее интенсивные пассажиропотоки в дальнем сообщении, обеспечивающие полную загрузку этой линии. На других новых линиях пассажиропотоки ниже 20 млн. чел. слишком малы для того, чтобы их можно было экономично эксплуатировать с использованием только высокоскоростных поездов. Хотя специализированные новые линии для пассажирских перевозок могут быть трассированы более гибко и экономично, чем линии для смешанного грузопассажирского движения, тем не менее, для всех других уже имеющихся высокоскоростных магистралей, кроме линии Кёльн -- Мангейм, а также для проектируемых новых и существующих реконструируемых линий эксплуатационная программа должна предусматривать наряду с высокоскоростными пассажирскими поездами также и грузовые. Благодаря этому удельные затраты на пользование инфраструктурой в расчете на 1 поездо-км удастся удержать на приемлемом уровне.

Рис. 2

Строительство на первых немецких быстродействующих линиях началось вскоре после того из французских LGVs. Юридические сражения вызвали существенные задержки, так, чтобы Inter City Express (ЛЕД), поезда были развернуты спустя десять лет после сети TGV, был установлен.

Ледяная сеть более плотно объединена с существующими ранее линиями и поездами в результате различной структуры урегулирования в Германии, с населением, более многочисленным одной третью, чем та из Франции, на территории, меньшей одной третью, приводящей к более двух раз плотности населения Франции. ЛЕД обучает достигнутые места назначения в Австрии и Швейцарии вскоре после того, как они поступали в эксплуатацию, используя в своих интересах то же самое напряжение, используемое в этих странах. Трогаясь в 2000, мультисистемные ледяные поезда третьего поколения вошли в Нидерланды и Бельгию. Третье производство льда достигло скорости 363 км/ч (226 миль в час) во время пробных прогонов, и удостоверено для 330 км/ч (205 миль в час) в регулярном обслуживании.

В 2001 входную плату ледяных поездов на французский LGVs просили, и пробные прогоны были закончены в 2005. В июне 2007, Оценка LGV от Парижа до середины области Лотарингии Франции была открыта. Впервые, скоростные услуги по франко немецкой границе были предложены. SNCF управляет обслуживанием TGV между Парижем и Штутгартом через Страсбург и поездкой ежедневных забот от Парижа до Франкфурта через Saarbrьcken, в то время как ледяные поезда управляют остающимся Парижем во Франкфурт.

На юго-западе, новой линии между Карлсруэ и Базелем находится в работе, чтобы позволить скорости 250 км/ч (155 миль в час), и новая линия между Франкфуртом и Мангеймом для скоростей 300 км/ч (186 миль в час) находится на стадиях перспективного планирования. На востоке, 230 -километровой (143-мильной) длинной линии между Нюрнбергом и Лейпцигом находится в работе для скоростей до 300 км/ч (186 миль в час). Вместе с быстрыми линиями от Берлина до Лейпцига и от Нюрнберга до Мюнхена, которые были недавно построены, это позволит время прохождения примерно 4 часов до Берлина на севере в Мюнхен на юге, по сравнению с почти 8 часами для того же самого расстояния только несколько лет назад.

В Германии, которая даже на европейском фоне выделяется густотой железнодорожной сети, основное внимание уделяют реконструкции главных действующих магистралей. Но наряду с этим ведется и строительство новых скоростных путей. Уже сданы в эксплуатацию линии Кёльн - Франкфурт-на-Майне (180 км), Берлин - Ганновер (260 км), Мангейм - Штутгарт, Эрфурт - Лейпциг - Галле и др. В результате поездка из Берлина в Ганновер теперь занимает 1 ч 35 мин вместе 3 ч 45 мин прежде.

Размещено на Allbest.ru