В железнодорожном строительстве очень часто встречаются новые ситуации, требующие оригинальных решений, в отыскании которых, как мы уже знаем, прежний опыт - ненадежный помощник. Раньше приходилось мириться с тем, что при проектировании лишь приближались к наилучшему варианту; это была скорее тенденция, чем практически реализуемый прием. На помощь проектировщику пришли ЭВМ, которые благодаря быстродействию и огромному объему информации, хранящемуся в системе памяти, способны в короткий срок и с высокой точностью выполнить вычислительную работу.
Автоматизированные системы трассирования обычно используют так называемые цифровые модели местности, в которых положение каждой точки определено значениями координат, как, например, положение того или иного наземного пункта задается его географической широтой, долготой и высотой над уровнем моря. Известны различные практические способы построения цифровых моделей местности для целей трассирования, которых мы не будем касаться. Отметим лишь, что при введении в память машины цифровой модели ЭВМ способна по определенным формальным правилам (алгоритмам) построить профиль земной поверхности для любого заданного направления.
По этому направлению прокладывают и трассу. Ее фиксированные точки и принципиально важные показатели может назначить инженер, а машина произведет все трудоемкие промежуточные вычисления и выдаст результаты для оценки трассы в ее сравнении со следующим вариантом. Это позволяет резко увеличить число сравниваемых вариантов, но наилучший из них отыскивается методом проб и не создает уверенности в том, что найдено в полной мере оптимальное решение. Поэтому стремятся поставить более сложные задачи, предусматривающие оптимизацию в ходе трассирования, например, применение так называемого направленного поиска, при котором приемами современной математики отыскивают наилучшие решения, отталкиваясь от показателей ранее найденного решения. Таким образом, автоматизированное трассирование железной дороги опирается не только на мощную вычислительную технику, но и на новейшие математические методы.
Изменение положения трассы влияет и на размеры бассейнов, следовательно, - на расходы воды и характеристики водопропускных сооружений. Выходит, что нужно учитывать и этот фактор. Но здесь возникают свои ограничения. Например, слой насыпи над водопропускной трубой не должен быть меньше известной толщины, высота мостов на судоходных реках определяется подмостовым габаритом, для сборных малых мостов она ограничена по конструктивным соображениям и т. д. Дополнительные требования к размещению трассы диктуются необходимостью снижения снегозаносимости пути, не говоря уже о более сложных природных условиях, возникающих в районах распространения вечной мерзлоты, переувлажнения почв, подвижных песков, развития склонных процессов (осыпей, обвалов, оползней, лавин), в сейсмических районах и т. д.
При развитии трассы снижаются затраты на земляные работы, обусловленные высотными размерами сооружений земляного полотна, но растут затраты, обусловленные увеличением его протяженности; снижается сопротивление движению поезда из-за уклона, растет из-за появления дополнительных кривых.
Типичная задача поиска «золотой середины» - наилучшего решения между двумя неприемлемыми крайностями. Но само по себе оно еще не исчерпывает задачи. Все необходимо рассматривать в связи с условиями движения поездов. А характеристики трассы при известном типе локомотива влияют на массу поезда и его скорость, которая непрерывно изменяется в зависимости от крутизны подъемов и спусков, а следовательно, на время прохождения участка некоторой заданной протяженности, отчего зависит расположение разъездов и станций. Так сложно влияет на трассу топография местности.
Геодезическая линия может местами лечь слишком высоко над земной поверхностью, а местами слишком глубоко «зарезаться» в глубь земли, что, как мы уже знаем, будет означать необходимость строительства высоких насыпей и глубоких выемок для образования основной площадки земляного полотна в уровне трассы. Так, в холмистой местности разность высот в смежных формах рельефа между вершиной и дном впадины может достигать 100 м. Даже пятая часть этой высоты чрезмерна для земляных сооружений в обычных условиях с позиций объемов предстоящих земляных работ. Во-вторых, уклон линии между фиксированными точками тоже может оказаться слишком велик. Хотя современные мощные локомотивы менее чувствительны к крутизне подъемов, чем старые паровозы, все же с этим фактором приходится считаться. Ведь мощность локомотива расходуется главным образом на увеличение массы поезда и скорости движения, т. е. на повышение провозной способности железной дороги. Тратить ее на преодоление слишком крутых подъемов нерационально.
Легко представить прямую (геодезическую) линию, соединяющую опорные пункты трассы, определенные экономическими изысканиями. Но вряд ли прямая линия не встретит того или иного препятствия, которое потребует отклонения в сторону с целью обхода: озера, заболоченного участка, леса, охранной зоны, населенного пункта и т. д. Такие препятствия носят название контурных. В результате обхода контурных препятствий трасса отклонится от геодезической линии между опорными пунктами и пройдет через ряд дополнительных фиксированных точек. Геодезическая линия выразится ломаной, отрезки которой соединяют фиксированные точки.
Проект железной дороги со сводным сметным расчетом тщательно изучают и анализируют органы заказчика. В Министерстве путей сообщения этим занимается Управление экспертизы проектов и смет. Эксперты должны убедиться в том, что все основные цели проектирования достигнуты, объект удовлетворяет замыслу, который содержался в схеме развития сети, затраты на его реализацию приемлемы, не содержат излишеств. Крупные объекты железнодорожного строительства проходят еще государственную экспертизу, органы которой находятся в системе Госстроя СССР. Если мы вспомним, с каким уровнем расходов связано сооружение железной дороги, такая тщательность изучения проектно-сметной документации станет вполне понятной. Раздел проекта по организации строительства согласовывают с генеральным подрядчиком, который принимает на себя общую организацию строительного производства по сооружению железной дороги.
