Практичні рекомендації з дисципліни Інженерні вишукування 2

Міністерство освіти і науки України

Національний транспортний університет

Кафедра проектування доріг

Методичні вказівки

Практичні рекомендації з дисципліни “інженерні вишукування”

Київ НТУ 2009

Інженерні вишукування – комплексна дисципліна, яка вивчає такі види інженерних вишукувань як економічні, екологічні, архітектурно – містобудівні, геодезичні, геологічні, гідрометричні, меліоративні, транспортні, розглядає соціальні, демографічні, історико–архітектурні вишукування тощо. Основною концепцією є визначення вишукувань як збору та систематизації інформації про стан середовища для майбутнього будівництва. Мета вивчення дисципліни полягає в отриманні знань про склад та методи проведення відповідних вишукувань, уміння аналізувати одержані результати, вирішувати практичні задачі.

На практичні заняття по курсу “Інженерні вишукування” виносяться задачі, пов’язані з економічними (тип І), транспортними (тип ІІ) та інженерно-геодезичними (тип ІІІ) вишукуваннями.

I. Тип 1

Задачі типу 1 розв`язуються на основі матеріалів економічних вишукувань. Завдання полягає у тому, щоб побудувати найкоротшу (оптимальну) пов’язуючи мережу, визначити додаткові вузлові точки та додаткові ланки

Вихідні дані :

1) розташування кореспондуючих точок ( рис. 1 )

2) матриця транспортних зв`язків ( табл. 1 )

4 О

О 2

6 О 3 О

5 О О 1

Рис. 1 План розташування кореспондуючих точок

Таблиця 1. Матриця транспортних зв`язків

В чисельнику приведені відстані між кореспондуючими точками в км, в знаменнику – вантажонапруженість між цими точками , тис.т / рік .

Побудову найкоротшої по в’язучої мережі починають із кореспондуючої точки, яка має найінтенсивніші транспортні зв`язки: åQмах. Для цього визначають сумарний обсяг вантажних перевезень для кожної кореспондуючої точки і визначають ту, для якої він виявляється максимальним. Схема для визначення сумарних вантажних перевезень для кожного з кореспондуючих пунктів приведена в табл. 2.

Скажімо, для точки 3:

åQз = 90 + 120,1 + 79,8 + 27,5 + 43,9 = 361,3 (тис.т)

Для нашого прикладу

åQз = åQмах

В табл. 3 зведені результати попередніх підрахунків.

Таблиця 2. Схема визначення сумарних вантажних перевезень

Кореспондуючі точки	1	2	3	4	5	6	åQ (тис.т)
1	Х						183,5
2	Х	174,2
3	Х	361,3
4	Х	204,3
5	Х	83,2
6	Х	146,5

Таблиця 3. Сумарний обсяг вантажних перевезень

Кореспондуючі точки	1	2	3	4	5	6	åQ (тис.т)
1	Х						183,5
2	Х					174,2
3	Х				361,3
4	Х			204,3
5	Х		83,2
6	Х	146,5

åQмах. = åQ ₃ = 361,3 тис.т.

До найкоротшої (оптимальної) пов’язуючої мережі відбирають ланки згідно із алгоритмом, де критерієм є мінімум питомих дорожньо-транспортних витрат, грн/т:

L = l [(aД / Q ) + bT], (1)

де l – довжина ланки, км;

а, b – коефіцієнти, які залежать від щорічного приросту вантажонапруженості та терміну перспективного проектування;

Д – дорожні витрати, пов`язані з будівництвом чи реконструкцією дороги, тис. грн / км;

Q – перспективна вантажонапруженість на ланці, тис. т.

Т – транспортна складова собівартості перевезень, грн / т.км.

Для спрощення розрахунків при відборі ланок до найкоротшої пов’язуючої мережі користуються показником мінімальної приведеної довжини. км / тис. т:

L = l / Q або L = l min / åQ, (2)

де l min – мінімальна довжина ланки, км;

åQ – сумарна вантажонапруженість на ланці, тис.т/ рік.

Відбір ланок до найкоротшої пов’язуючої мережі складаєтся з (n–1) циклів, кожен з яких полягає у визначенні приведених довжин, їх порівнянні та виборі найкоротшої ланки. Кожному циклу розрахунків надається шифр відповідно до номеру початкової кореспондуючої точки.

Якщо у вихідній мережі є дороги з твердим покриттям, їх автоматично включають до найкоротшої пов’язуючої мережі.

Перший цикл розрахунків починають з кореспондуючої точки, яка має найінтенсивніші транспортні зв`язки, тобто, з точки 3 ( табл.3 ). В таблиці 4 приведені обчислення для 3-ї точки - цикл 3 ( Ц-3 ). Значення відстаней між точкою 3 та іншими точками записані в рядку l, кількість вантажів, які перевозять – в рядку Q. За даними рядків l і Q визначають приведені довжини відстаней між точкою 3 та іншими кореспондуючими точками, які записують в рядок L. Аналіз рядка L показує, що мінімальна приведена довжина дорівнює 0,150 і відноситься до точки 2. Вона і приєднується, як найближча, до точки 3, утворюючи фрагмент найкоротшої пов`язуючої мережі (3-2). В наступних обчисленнях точки 3 і 2 вже не розглядаються.

Таблиця 4. Цикл обчислень Ц-3

В наступному циклі (табл. 5) визначається точка, яка є найближчою до визначеного фрагменту (3-2). Для цього необхідно визначити приведені довжини від інших кореспондуючих точок для фрагменту (3–2) - цикл 2 (Ц–2).

Рядки l та Q циклу Ц-2 заповнюються аналогічно табл.4. Рядок l min заповнюють, порівнюючи довжини від усіх кореспондуючих точок, ще не включених до мережі, до точок 3 і 2, які вже складають фрагмент мережі: записується менше значення. Наприклад: відстань від точки 2 до точки 1 складає 19,0 м , а від точки 3 до точки 1 – 17,0 м ( табл. 3). Тож в рядок l min циклу Ц–2 записуємо менше значення 17,0 м, яке відповідає відстані до точки 3, що фіксуємо в нижньому рядку - ставимо індекс (3). Індекс (3) вказує на те, що найкоротша відстань від точки 1 до фрагменту 3-2 визначається ланкою 3-1. Аналіз вантажних перевезень показує, що між точками 1 і 3 потрібно перемістити 90 тис. т, а між точками 1 і 2 вантажі не переміщуються (табл. 3). Отже, сума вантажів, які треба перемістити між точкою 1 і ланкою 3-2, складає 90 тис. т. Між точками 4 і 3 переміщується 79,8 тис. т.,між точками 4 і 2 - 19,1тис.т. Отже, сума вантажів, які підлягають переміщенню між ланкою 3-2 і точкою 4, складає 98,9 тис. т. Визначені значення записуються в рядок åQ.

На основі визначених найкоротших відстаней та сумарних обсягів перевезень визначаються приведені довжини, які записуються в рядок L.

Таблиця 5. Цикл обчислень Ц – 2.

В такій же послідовності розглядаються інші кореспондуючі точки

Обчислення, наведені в табл. 5, показують, що найменшою приведеною довжиною є L = 0,170, яка відноситься до точки 4. Отже, точка 4 приєднується до найкоротшої по в’язучої мережі, поєднуючись з точкою 3 (що зафіксовано в останньому рядку табл. 5) і в подальших обчисленнях не розглядається. Утворився наступний фрагмент мережі (2-3-4).

В таблицях 6, 7 та 8 наведені розрахунки для наступних циклів обчислень, які виконуються аналогічно до попередніх .

Таблиця 6. Цикл обчислень Ц – 4.

Таблиця 7. Цикл обчислень Ц –1

Таблиця 8. Цикл обчислень Ц – 6.

В результаті проведених розрахунків отримані ланки найкоротшої пов’язуючої мережі (табл.9 ), яка показана на рис. 2.

Таблиця 9. Ланки найкоротшої (оптимальної) по в’язучої мережі

4 О

О 2

6 О 3 О

5 О О 1

Рис. 2. Найкоротша ( оптимальна) пов’язуюча мережа

Після побудови найкоротшої (оптимальної) пов’язуючої мережі з`являється основа, яка дозволяє вирішувати питання про розміщення додаткових вузлових точок. Ланки найкоротшої пов’язуючої мережі зв`язують між собою кореспондуючі точки, в яких сходяться або перетинаються різні маршрути. Ці ж точки є вузлами поєднання окремих ланок мережі. Але на практиці виявляється доцільним влаштовувати примикання доріг і в інших точках, які звуться додатковими вузловими точками. Ознакою необхідності такої додаткової вузлової точки є наявність гострого кута, утвореного ланками мережі. Для того, щоб визначити додаткові вузлові точки, визначають кут примикання за формулою:

сos α = [(Q₁ – Q₂ ) T_осн ] / [Q _n F ( Q _n ) T _під ] (3)

F( Q _n ) = 1 + (a Д) / (Q _n b T _під ), (4)

де Q₁ ,Q₂ , - кількість вантажів, які підлягають переміщенню відповідно праворуч і ліворуч від примикання по головній ланці, тис. т.

Q_n – кількість вантажів, які підлягають переміщенню по під`їзній ланці, тобто сума Q₁ і Q₂ , тис.т.

Т_осн , Т_під – транспортна складова собівартості перевезень, відповідно по головній ланці та ланці, прийнятій під`їзною, грн./ Т км;

а та b – коефіцієнти, які враховують ефективність капіталовкладень, враховані в табл.10.

Для полегшення виконання обчислень за наведеними формулами складається таблиця 10.

Таблиця 10. Таблиця визначення аД та bТ

Вантажонапруженість підраховується за формулою:

Q = N_в Д К_п К_в В_ср f, (5)

де N_в - кількість вантажних автомобілів транспортного потоку, авт / добу,

Д –кількість робочих днів на рік , Д = 320;

К_п – коефіцієнт використання пробігу автомобілями;

К_в - коефіцієнт використання вантажопідйомності автомобіля;

В_ср – середня вантажопідйомність автомобілів,

В_ср = (В₁ Р₁ + В₂ Р₂ + … В_n P_n ) / ( P₁ + P₂ +…+ P_n ), (6)

B ₁ -…B_n – вантажопідйомність кожної марки автомобіля, т ;

P₁ … P_n –відсоток автомобілів певної марки в потоці ; %;

f - коефіцієнт необлікованих перевезень , f = 1,1 – 1,2 .

Значення D та Т, наведені в табл. 10, прийняті відповідно до нормативних та статистичних даних (надалі при розрахунках використовуються дані табл.10).

Вантажонапруженість, відповідно до категорій доріг, визначають в наступній послідовності. Скажімо, для дороги I-ої категорії при інтенсивності N = 10000 авт/добу і 65 % вантажних автомобілів у транспортному потоці (згідно з завданням ), інтенсивність вантажного потоку :

Середня вантажопідйомність автомобілів відповідно до формули ( 6 ) :

B_ср = ( 7 33 + 4 25 + 3,5 7 ) / ( 33 + 25 +7 ) = ( 231 +100 + 24,5 ) / 65 = 5,47 т

Вантажонапруженість розраховується за формулою ( 5 ) :

Q^I = 6500 × 320 × 0,85 × 0,93 × 5,47 × 1,1 = 9893392 т

Для II категорії :

Q^II = 1950 × 320 × 0,85 × 0,93 × 5,47 × 1,1 =2968018 т

Для III категорії :

Q^III = 650 × 320 × 0,85 × 0,93 × 5,47 × 1,1 =989339 т

Для IV , V категорій :

Q= 98 × 320 × 0,85 × 0,93 × 5,47 × 1,1 =149162 т

Відповідні значення Q заносяться в табл.10.

Додаткові вузлові точки слід шукати в тих випадках, коли ланки, які сходяться в кореспондуючій точці, утворюють гострий кут. Ця обставина є зовнішньою ознакою, яка умовно полегшує пошук вузлових точок.

На рис.3 показане можливе розташування вузлової точки 7, якщо вантажі переміщуватимуться з точки 3 в точку 6 за маршрутом 3-7, 7-6, а не 3-4, 4-6

4

7 3

6

Рис. 3. Схема до визначення положення вузлової точки

Відповідно до рис.3, праворуч від точки примикання 7 будуть переміщуватися вантажі :

Q₁ = Q_3-4 + Q_2-4 + Q_1-4 = 79,8 + 19,1 +15,2 =174,1 тис. т

Ліворуч від точки 7 будуть переміщуватися вантажі :

Q₂ = Q_3-6 +Q_2-6 +Q_1-6 +Q_3-5 +Q_2-5 +Q_1-5 =43,9+35,0+0+27,5+0+18,3=124,7 тис. т

Q_n = Q₁ +Q₂ = 174,1 + 124,7 = 298,8 тис. т.

За даними табл.10 Q _n відповідає вантажонапруженості для дороги 4-ої категорії, відповідно для 4-ої категорії приймаються за даними табл.10 і значення аD і bT , які потрібні для розрахунків.

Тоді за формулою (4) :

F (Q_n ) = 1 +

Обчислюємо значення кута примикання a ( формула 3 ) :

cos a = [| 174,1 – 124,7 | 0,10 ] / ( 298,8 2,71 0,08 ) = 0,075 ;

a = 85 ^o 42` .

Значення Т_осн та Т_під в формулі ( 3 ) беруться із табл.10 відповідно до різниці | Q₁ - Q₂ | , якій відповідає Т_осн = 0,10 для 5-ої категорії дороги, та зна-чення Q_n, якому відповідає Т_осн = 0,08 для 4-ої категорії дороги. Кут a відкладається між ланками (3-4) та (4-6) простою побудовою. Своєю вершиною кут a направляється в сторону більшого вантажопотоку. Ланка (4-6) механічно ділиться на дві ланки : (4-7) та (7- 6 ), довжина яких визначається за масштабом і, відповідно, складає 5,0 км та 10,6 км. Отже, замість ланки (3-4) утворилася нова ланка (3-7) завдовжки 15,8 км.

Для визначення необхідності додаткових ланок виконують перевірку :

l_ф / l_i-j ^> _< [ 1+ ] , (7)

де l_ф , l_i-j - довжина відповідного маршруту за ланками найкоротшої пов’язуючої мережі та довжина додаткової ланки, км;

Q – кількість вантажів, які необхідно перевезти між точками, тис. м;

К_пр – коефіцієнт прискорення перевезень, К_пр = 0,7 – 0,8.

Якщо ліва частина нерівності є більшою за праву – додаткова ланка приймається, якщо ні – в ній немає необхідності. Можливі додаткові ланки для побудованої найкоротшої пов’язуючої мережі вказані на рис. 4.

4

7 2

6

3

5 1

Рис. 4. Схема мережі із можливими додатковими ланками.

Необхідність введення додаткових ланок розглядається для кожного окремого незамкненого контуру найкоротшої пов’язучої мережі. Розглянемо додаткову ланку між точками 3 та 6, відстань між якими 18,0 км, а вантажонапруженість 43,9 тис. т. При відсутності дороги між точками 3 та 6 вантажі між ними слід перевозити по ланках 3-7 і 7-6, довжиною відповідно 15,8 км та 10,6 км , тобто довжина маршруту за ланками найкоротшої пов’язучої мережі : l_ср =15,8км + 10,6км = 26,4км.

Тоді ліва частина нерівності (7):

l_ф / l_3-6 = 26,4 / 18 =1,46 ;

Права частина нерівності (7):

Оскільки 1,46 < 2,79 , то додаткової ланки влаштовувати не потрібно.

Розглянемо додаткову ланку між точками 3 та 5 , відстань між якими l _3-5 = 16,6км , а вантажонапруженість 27,5т. За відсутності дороги між точками 3 та 5 вантажі між ними будуть перевозитися за маршрутом 3-7, 7-6, 6-5, довжиною l_ф = 15,8км + 10,6км + 15,2км = 41,6 км.

Ліва частина нерівності (7) : l_ф / l_3-5 = 41,6 / 16,6 =2,50 ;

права частина нерівності (7) :

Оскільки 2,50 < 3,37 , то додаткова ланка не потрібна.

Розглянемо додаткову ланку між точками 1 та 5 , відстань між якими l_1-5 = 27,0км , а вантажонапруженість 18,3тис.т. За відсутності дороги вантажі слід перевозити за маршрутом 1-3 , 3-7 , 7-6 , 6-5 , довжина якого l_ф = 17,0км + 15,8км + 10,6км + 15,2км = 58,6 км.

58,6 / 27,0[ 1+ ] ;

2,17 < 4 , отже додаткової ланки влаштовувати не потрібно.

Розглянемо додаткову ланку 2-4 , l_2-4 = 22,8км ; вантажонапруженість 19,1 тис. т.

l_ф = l_2-3 + l_3-7 + l_7-4 = 18,0км + 15,8км + 5,0км = 38,8км

38,8 / 22,8[ 1+ ] ;

1,7 < 3,83, додаткова ланка не потрібна.

Остаточний вигляд дорожньої мережі приведений на рис.5

Додаткова ланка 1-2 не розглядається, оскільки по ній не здійснюються перевезення (табл. 1).

4

7 2

6

3

5 1

Рис.5. Остаточний вигляд раціональної дорожньої мережі.

II. Тип 2.

Задачі типу 2 – це задачі, які виникають при обробці даних та аналізі результатів транспортних вишукувань, а саме – вимірювання миттєвих швидкостей. Результати визначення миттєвих швидкостей записуються у вигляді таблиці 11. Завдання полягає у визначенні швидкостей 15% , 50% та 85% забезпеченості.

Таблиця 11. Розподіл миттєвих швидкостей руху

Підраховуються кількість автомобілів кожного виду (стовпчик 16), кількість та відсоток автомобілів, які рухаються в


29-04-2015, 01:07