14 | 12 | 2017
Учебные материалы
Для преподавателей
Работы студентов
Справочная и техническая литература
Статьи по темам

Ссніговий покрив та його вплив на роботу залізничного транспорту

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)

 СНІГОВИЙ ПОКРИВ ТА ЙОГО ВПЛИВ НА РОБОТУ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ

1.1. Причина випадання снігу

1.1.1. Причиною виникнення снігу є водяна пара. Водяна пара попадає в повітря шляхом випаровування води з поверхні рік, озер, морів, океанів.

Обсяг пари, яка може знаходитись у повітрі залежить від його температури. Чим більша температура − тим більший об’єм водяної пари може міститися в повітрі.

Повітря, в якому знаходиться максимальний обсяг водяної пари, називається насиченим, а його температура при цьому називається точкою роси.

При охолодженні повітря нижче точки роси пара конденсується в краплі води і випадає з атмосфери. При дуже різкому охолодженні − замість крапель води утворюються кристали льоду.

Процес переходу пари в тверду фазу, минаючи рідку, називається сублімацією. Перехід пари у рідку фазу називається конденсацією.

Дрібні кристали льоду, що виникають у процесі сублімації, падаючи, проходять через вологі шари атмосфери, швидко ростуть і набирають форму сніжинок.

1.1.2. Випадання снігу з атмосфери за тихої погоди або при слабкому вітрі називається снігопадом.

Найчастіше снігопади супроводжуються невеликими морозами − до -10° С. Інтенсивність випадання снігу коливається у великих межах − від кількох сотих міліметра водяного стовпа до 1,5 мм за годину.

Снігопад може продовжуватися від кількох годин до доби. З невеликими перервами снігопад може продовжуватися до трьох діб. Але такі снігопади бувають не всюди і дуже рідко − один-два рази за десятиліття.

1.2. Утворення снігового покрову, деякі його фізико-механічні характеристики

1.2.1. Сніговий покров утворюється з первинних та вторинних відкладень.

Первинні − це ті, які відкладаються на поверхні землі під час безпосереднього випадання снігу з атмосфери. Вони утворюють рівномірний покров порівняно невеликої товщини.

Вторинні відкладення, або снігові заноси, виникають з хуртовинного снігу, який приноситься вітром ззовні. Руйнуючи поверхню снігового покрову, він здуває сніг з одних ділянок та переносить його в більш понижені місця рельєфу. Глибина заносів може досягати кількох метрів. Через наявність вторинних відкладень снігу товщина снігового покрову не буває постійною.

Потужність снігового покрову також сильно коливається з року в рік. Методики її прогнозування поки-що не існує. Тому організаційно-технічні заходи на залізничному транспорті, що залежать від снігового покрову, необхідно розраховувати та проектувати за даними натурних спостережень метеостанцій за основними характеристикам снігового покрову: тривалістю його залягання, висотою, щільністю.

1.2.2. До найважливіших фізико-механічних характеристик снігу відносяться:

− щільність,

− твердість.

1.2.3. Щільність снігу визначається відношенням його маси до об’єму, який він займає.

При від’ємній температурі під час снігопаду без вітру утворюється дуже пухкий сніговий покров з середньою щільністю 60…130 кг/м3.

Якщо сніг випадає з вітром, сніжинки лягають на землю шаром, щільність якого досягає 110…180 кг/м3.

Часто в утворенні снігового покрову бере участь також хуртовинний сніг, який здувається вітром з інших місць. У таких випадках снігові відкладення мають значно більшу щільність, яка досягає 250…300 кг/м3.

Зустрічаються також хуртовинні наноси снігу зі щільністю до 500…600 кг/м3.

Щільність снігового покрову в залежності від швидкості вітру (температура від’ємна)

Умови випадання снігу

Щільність, кг/м3

Вітер відсутній

60…130

Швидкість вітру середня

110…180

Швидкість вітру велика

250…300, до 500…600 

Протягом зими сніговий покров, в основному під впливом власної ваги, осідає. Його висота при цьому зменшується в два-три рази, а середня щільність, відповідно, зростає, досягаючи під кінець зими 250…300 кг/м3. Вологий весняний сніг має щільність, яка коливається від 300 до 500 кг/м3.

Щільність снігового шару по висоті неоднакова. Можна вважати, що вона їй пропорційна.

Щільність снігу збільшується під час механічної дії на нього: перекидання, розпушування, вібрації.

Так, якщо початкова щільність снігу складала 100…150 кг/м3, то під час перевалки снігу стругом через одну-дві колії його щільність досягає 200…250 кг/м3.

Під час навантаження снігу на снігові поїзди його щільність збільшується. Проби снігу, взяті на снігових поїздах, мають щільність 250…300 кг/м3, на снігоприбиральних машинах з ножовим робочим органом − 250…350 кг/м3, на снігоприбиральних машинах з щітковим робочим органом в середньому 400 кг/м3, на міжколійї − приблизно 450 кг/м3.

1.2.4. Твердість снігу визначається здатністю снігової маси опиратися проникненню в неї іншого тіла, що не одержує залишкових деформацій.

Твердість снігу збільшується зі збільшенням його щільності та пониженням температури. При температурі близько 0 твердість снігу суттєво зменшується.

Встановлено, що подрібнений сніг щільністю 300…400 кг/м3 при температурі -8…-10° С дуже швидко твердіє в перші години, далі процес сповільнюється. Хуртовинний сніг має подібну структуру, тому в заметах при великих морозах він дуже швидко твердіє. Замети хуртовинного снігу через деякий час після хуртовини в умовах суворої зими стають настільки твердими, що важко піддаються навіть розробці металевою лопатою.

1.3. Вплив снігового покрову на роботу залізничного транспорту

Якщо сніг випадав би при безвітряній погоді або слабких вітрах (до 5…8 м/с) та не зазнавав дії більш сильних вітрів, він лежав би на поверхні землі порівняно нетовстим і рівномірним шаром та не завдавав би особливих утруднень для безперебійного руху поїздів (випадки, коли за один снігопад випадає 10…15 см снігу бувають порівняно рідко).

В природі, однак, як під час снігопадів, так і без них діють вітри. Вони руйнують поверхню снігового покрову, переміщують частинки снігу та інтенсивно відкладають їх там, де виникають зони затишку:

− у виїмках;

− біля рейок;

− на стрілочних переводах, особливо в жолобах між рамними рейками та вістряками. Сніговий покров таким чином є майже невичерпним джерелом вторинних снігових відкладень.

Ці вторинні відкладення характеризуються підвищеною щільністю (до 500 кг/м3) та є причиною:

− додаткового опору руху поїздів, викликаючи їх запізнення, зупинки на перегонах, перевитрати палива та електроенергії;

− на перегонах напресування снігу між підкладкою та рейкою (при скріпленнях типу ДО), що може бути причиною виходу рейки з реборд та подальшого їх розкантування;

− дуже значних утруднень в експлуатації станцій у цілому.

Зокрема на станціях снігові замети призводять до:

− ускладнень в роботі стрілочних переводів (в основному через наявність снігу між рамною рейкою та вістряком);

− навіть кілька сантиметрів снігу на поверхні головки рейок підгірочних колій значно збільшують опір скочуванню вагонів з гірки. Через це їх доводиться частіше осаджувати, внаслідок чого час формування поїздів збільшується в 1,5…2 рази.

− напресування снігу вздовж рейок на підгіркових коліях може бути причиною того, що гальмівний башмак, піднімаючись над рейкою, перестає ковзати по рейці й не забезпечує своєчасної зупинки вагонів − це може призводити до бою вагонів.

− снігові вали, які збираються на міжколійях, утруднюють роботу складальників поїздів та можуть бути причиною нещасних випадків.

Крім того, шкідлива дія снігу на роботу залізниці проявляється також навесні, коли сніг тане. Паводкові води можуть призводити до розріджень земляного полотна, розмивів баласту, кюветів, відкосів насипів, дуже сильні паводки можуть розмивати штучні споруди.

1.4. Види снігових відкладень

Утворення снігових відкладень на поверхні землі, що можуть привести до збою в роботі залізничного транспорту, відбувається при таких видах метеорологічних явищ, пов’язаних з випаданням і перенесенням снігу:

Снігопад – це випадання сніжинок з повітря за відсутності або слабкого вітру.

Перенесення снігових частинок, які випали раніше на поверхню снігового покрову при снігопадах не буває. Вітер, при якому снігові частки на поверхні снігового покрову починають втрачати рівновагу, називається аеродинамічною межею снігопаду, спостереження вказують, що ця межа складає 5…6 м/с.

Снігопад дає рівномірний приріст снігового покрову. Під час снігопадів засоби захисту колії від снігу не працюють;

Низова хуртовина – переміщення снігу, який випав раніше, за відсутності снігопаду. При цьому типі хуртовин випадіння снігу з атмосфери не буває. Низові хуртовини часто мають місце в ясну погоду. Вони не дають приросту снігового покрову, а лише перерозподіляють його масу. Починаються при швидкості вітру, що перевищує аеродинамічну межу. Під час низових хуртовин при хорошому захисті колії сніг на колію не попадає і не утворює заносів. Тому застосовувати снігоочисну й снігоприбиральну техніку доводиться порівняно рідко.

Верхова (загальна) хуртовина – випадання снігу під час вітру і одночасне перенесення снігу, що випав. Під час загальної хуртовини спостерігається приріст снігового покрову та перерозподіл його маси. Під час загальних хуртовин працюють засоби захисту та використовується снігоочисна й снігоприбиральна техніка.

Усі хуртовини підкоряються двом закономірностям:

− хуртовина починається при певній швидкості вітру;

− основна маса снігу (близько 90 %) переноситься вітром безпосередньо біля землі у шарі товщиною 10 см. На висоті більше 2 м сніг вітром не переноситься.

Цей шар висотою 2 м називають вітросніговим потоком.

У залежності від швидкості вітру хуртовини поділяються на:

− слабкі (швидкість вітру до 10 м/с),

− середні (10-20 м/с),

− сильні (20-30 м/с),

− дуже сильні (понад 30 м/с).

Найбільша кількість завірюх має місце при температурах від -2 до -4° С. При морозах нижче -10° С кількість завірюх різко зменшується тому, при подальшому охолодженні повітря починається період безвітряної антициклональної погоди.

Основна причина перенесення снігу є вітер, але непрямий вплив на цей процес мають також: стан поверхні снігового покрову, температура повітря, рельєф, ситуація місцевості. Поєднання цих факторів бувають найрізноманітнішими, тому на одному й тому місці при одному й тому ж вітрі інтенсивність перенесення снігу буває різною.

1.5. Інтенсивність перенесення снігу

Інтенсивність перенесення снігу − це кількість снігу, що транспортується вітром через одиницю довжини фронту його перенесення за одиницю часу.

Фронт перенесення − горизонтальна лінія, перпендикулярна до напряму вітру.

Одиниця вимірювання − .

Інтенсивність визначається за формулою:

,

де С – коефіцієнт пропорційності;

V – швидкість вітру на рівні флюгера, м/с.

Знаючи інтенсивність, довжину ділянки, що заноситься снігом, та тривалість вітру, можна розрахувати кількість снігу, що наноситься.

1.6. Особливості взаємодії вітроснігового потоку з основними елементами поперечного профілю земляного полотна

Взаємодія вітроснігового потоку з колією в плані та профілі має свої особливості.

У плані найбільш небезпечними для колії є перпендикулярні вітри. Вони наносять найбільше снігу, при косих напрямах вітру снігу наноситься суттєво менше.

З точки зору поперечного профілю спочатку заносяться виїмки, потім − нульові місця, в останню чергу − невисокі насипи (насипи висотою більше 1…2 м не заносяться ніколи).

1.6.1. Виїмки.

За відсутності на смузі відведення засобів захисту колії від снігу зміна режиму вітроснігового потоку починається біля брівки першого за напрямом вітру відкосу виїмки (рис.1).

За брівкою спостерігається зменшення швидкості вітру та відкладення снігу у вигляді валу. У міру збільшення цей вал поступово насувається на колію й за великого припливу хуртовинного снігу може цілком заповнити виїмку. У цьому випадку над занесеною виїмкою утворюється рівна снігова поверхня.

1.6.2. Насипи.

Колія, яка розташована на насипу, що має висоту більше висоти сніжного покрову в даному районі з урахуванням скинутого з колії снігу снігоочищувальною технікою, під час хуртовини не буде заноситися. Насип являє собою перешкоду, яка викликає стиск вітроснігового потоку і, таким чином, збільшення його швидкості над насипом. При збільшенні швидкості вітроснігового потоку відкладання снігу не відбувається.

Відкладання снігу біля насипів відбувається на укосах з обох сторін. Крім того, у насипів висотою більше 12 м спостерігається відкладання снігу на його вершині зі сторони, протилежної напрямку вітру, що іноді призводить до одностороннього заносу колії.

Слід зазначити, що розташування насипу нижче рівня снігового покрову, недопустимо також через те, що під час танення снігу можливе розрідження насипу.

1.6.3. Нульові місця.

Вони утворюються з кожного боку виїмки і являють собою ділянки колії, на яких підвищення рівня головки рейки над поверхнею землі складає від 0 до 70 см (товщина баластного шару плюс висота рейки). На цих ділянках колія покривається снігом навіть за відсутності хуртовин.

Під час очищення колії снігоочисниками на нульових місцях по боках колії часто утворюються снігові виїмки − траншеї. При повторних очищеннях ці вали збільшуються, а нульові місця стають дуже уразливими для снігових заметів.

Тому під час проектування необхідно уникати мілких виїмок.


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить