Между Москвой и Санкт-Петербургом ведется строительство первой в стране высокоскоростной железнодорожной магистрали. По ней электропоезда пойдут со скоростью гоночного болида. Проект стал вызовом, требующим разработки специальных инженерных решений и адаптации к российским климатическим условиям. Как его реализуют, в материале «Ленты.ру».
Первая и самая быстрая
Первая в России высокоскоростная магистраль (ВСМ) свяжет столицу страны с северо-западом. Ее протяженность почти 700 километров, а скорость движения поездов — до 400 километров в час, время в пути сократится до фантастических 2 часов 15 минут.
ВСМ станет одним из ключевых элементов единой бесшовной транспортной сети, которую формируют по национальному проекту «Эффективная транспортная система». Для этого модернизируют инфраструктуру аэропортов, морских портов и внутренних водных путей, развивают Северный морской путь, проводят цифровизацию отрасли, готовят специалистов транспортного комплекса.
«Сегодня отрасль уверенно развивается, отвечая на вызовы времени, — отметил министр транспорта РФ Андрей Никитин. — Внедряются цифровые технологии, модернизируется инфраструктура, строятся современные транспортно-логистические комплексы, обновляется подвижной состав. Особое значение имеет реализация проекта высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва — Санкт-Петербург, который станет важным этапом развития отечественного транспортного комплекса, откроет новые возможности для пассажирских перевозок, ускорит экономическое взаимодействие регионов и станет стимулом для внедрения передовых инженерных решений».
Всю инфраструктуру российской ВСМ проектировали с нуля, поскольку ее строят на отечественной колее 1520 миллиметров, тогда как аналогичные проекты других стран построены под колею 1435 миллиметров
Кроме того, строительство ВСМ осложняют климат и геология: большие перепады температур и нестабильные болотистые грунты. «Все технические решения разрабатываются в кооперации с лучшими предприятиями промышленности, — подчеркнул генеральный директор РЖД Олег Белозеров. — Это поистине всероссийский проект, который поднимет на абсолютно новый уровень отечественную промышленность и обеспечит заказами множество региональных предприятий». Проект усиливает экспортный потенциал страны в сфере транспортных технологий и строительства.
Строительство ВСМ Москва — Санкт-Петербург по нацпроекту уже идет по всей протяженности трассы: в Московской, Тверской, Новгородской, Ленинградской областях и в Санкт-Петербурге. В них задействовано свыше 30 тысяч рабочих и более 10 тысяч единиц техники. Для тестирования пути ВСМ в полевых условиях в Ленинградской области на перегоне Саблино — Тосно построили испытательный полигон. Всю конструкцию будут проверять под нагрузкой от движения поездов «Сапсан».
Особое основание
Высокоскоростная магистраль существенно отличается от обычной железной дороги, поскольку для нее критически важно сохранять идеальную геометрию пути. Малейшая деформация при движении поездов на скорости 400 километров в час создает риск аварийных ситуаций. Для решения этой задачи использован комплекс технических решений, чтобы путь не деформировался под воздействием колоссальных нагрузок высокоскоростного движения и колебаний температур.
В первую очередь укрепляют основание пути, добиваясь особой прочности и стабильности. На обычной железной дороге максимальная остаточная деформация земельного полотна под путями, которая не исчезает при снятии нагрузки, может достигать 100 миллиметров за 25 лет. На ВСМ этот показатель не будет превышать 15 миллиметров за полвека.
К тому же существенная часть маршрута проходит по болотистой местности, где грунт легко проседает, а в мороз еще и вспучивается. Для укрепления пути ВСМ меняют слабый грунт и используют сваи.
Всего на маршруте установят более одного миллиона свай общей протяженностью около 12 тысяч километров. Сваи будут уходить на глубину от 7 до 30 метров
Также в основание пути укладывают укрепляющие и теплоизолирующие материалы, из дренирующего грунта делают насыпи, которые защищают основание от воды, морозного пучения и сезонных подвижек, обеспечивая стабильность полотна ВСМ на долгие годы.
Прочная опора
Конструкция железнодорожных путей для высокоскоростной магистрали тоже существенно отличается от обычных, когда шпалы укладывают на слой щебня (балласт). Когда поезда движутся на скорости 140-250 километров в час, щебня достаточно, чтобы держать шпалы и рельсы, гасить вибрацию и отводить воду. Но на высокоскоростной магистрали малейшая неровность, проседание балласта или сдвиг шпал недопустимы, так как они вызывают сильную вибрацию поезда. Такая вибрация опасна тем, что, во-первых, поезд может потерять устойчивость и сойти с рельсов, а во-вторых, тем, что может вызвать повреждение его частей, начиная от системы автоматики и заканчивая колесами.
Для ВСМ специально разработали более устойчивый безбалластный рельсовый путь, чтобы поезда шли плавно и безопасно
По словам генерального директора «Нацпроектстрой//Скоростные технологии» Никиты Терентьева, безбалластный рельсовый путь, который используют на ВСМ, объединил в себе весь мировой опыт и климатические особенности нашей страны. Это технология, не имеющая аналогов в мире.
Для безбалластного рельсового пути вместо щебня используют специальные железобетонные плиты с упругим полимерным слоем, а рельсы крепят прямо к ним. Такая конструкция надежно прослужит минимум полвека без необходимости капитального ремонта.
«Конструкция пути состоит из трех слоев: это фундаментная железобетонная плита, рельсовая железобетонная плита особой точности заводского изготовления с интегрированным упругим полимером и объединяющий их слой — самоуплотняющийся бетон, безусадочный», — рассказал Никита Терентьев.
Рельсовые плиты укладывают с ювелирной точностью: допустимое отклонение положения от проектного значения не превышает миллиметра.
В отличие от плит, которые используют на ВСМ других стран, наше решение включает нанесение полимерного слоя на всю нижнюю поверхность рельсовой бетонной плиты. Композитный принцип решает сразу две важные задачи: снижает вибрации от проходящих поездов и упрощает ремонт пути. В безбалластных системах предыдущих поколений плита жестко связывается с основанием слоем самоуплотняющегося бетона, так что заменить ее можно, только разрушив промежуточный слой. Это сложно, дорого и требует длительной остановки движения поездов. По российской технологии любую плиту можно отделить от основания и заменить за несколько часов, не разрушая фундамент и не затрагивая соседние участки. Кроме того, при просадках земляного полотна можно легко откалибровать положение плиты до проектных отметок.
Цифровые метки
У каждой безбалластной плиты на ВСМ есть свой паспорт — RFID‑чип. Он содержит информацию о характеристиках плиты — от состава бетонной смести и завода-изготовителя до положения на магистрали. Использование цифровых меток упростит последующую эксплуатацию линии, включая контроль состояния путей и планирование ремонта.
Кроме того, благодаря накопленным данным можно будет выявлять закономерности, важные для работы магистрали. Производство таких плит уже началось на заводе в Великом Новгороде. Две роботизированные линии могут выпускать до 100 тысяч единиц в год. Второй завод скоро откроется в Лихославле Тверской области.
Для плавности хода
Рельсы для ВСМ тоже делают особенные. По своим свойствам они превосходят все зарубежные аналоги по требованиям к ровности и форме поверхности, устойчивости к динамическим нагрузкам и рассчитаны на эксплуатацию в диапазоне температур — от − 60 до + 60°С. «Рельсы ДТ350ВС400, разработанные совместно с РЖД и лучшими представителями профильного научного сообщества России — это основной продукт комбината на сегодня», — отметил операционный директор ЕВРАЗ ЗСМК Алексей Головатенко.
Кроме того, рельсы для ВСМ намного длиннее обычных. Это необходимо для того, чтобы сократить до минимума число стыков. На обычных железных дорогах рельсы соединяются между собой стыковыми соединениями примерно каждые 25-100 метров. Когда колесо поезда проходит через такой стык, оно испытывает ударную нагрузку: поезд слегка подбрасывает, пассажиры чувствуют характерный стук. Для высокоскоростной магистрали ударная нагрузка от стыка намного выше, она вызывает серьезную вибрацию, которая ускоряет износ оборудования и создает риск схода поезда с рельсов.
Поэтому для ВСМ рельсы делают с минимальным количеством стыков
Стометровые рельсы сваривают в плети длиной 800 метров. Количество соединений при этом уменьшается, но они все же необходимы для компенсации температурных деформаций и технологических нужд. Их делают тоже с повышенным запасом прочности.
Управление высокими скоростями
Для управления высокоскоростным движением создали целый комплекс инновационной железнодорожной автоматики. Например, для стрелок ВСМ марки 1/25 длиной 118 метров разработали особые электроприводы ПВ-ЭЛ и программно-аппаратный комплекс управления. Стрелочные переводы ВСМ позволяют пропускать поезда в прямом направлении со скоростью до 400 километров в час и в боковом со скоростью 120 километров в час.
По словам Сергея Давыдова, главного инженера компании «ЭЛТЕЗА» (ДЗО «РЖД», также входит в Нацпроектстрой) практически все элементы, которые применяются в высокоскоростных стрелочных переводах, существенно отличаются от конструкций для обычных железных дорог.
«Были доработаны алгоритмы, позволяющие в процессе перевода получать информацию о состоянии оборудования, его правильной работе и принимать решения в онлайн-режиме», — сказал Сергей Давыдов.
Вся информация передается в систему управления движением поездов по нескольким современным каналам связи с резервированием без каких-либо задержек по времени. При этом располагаться единый центр управления движением может где угодно, на любом расстоянии от самой ВСМ.
На весу
Почти треть высокоскоростной магистрали пройдет по мостам и эстакадам. Этого требует сама суть магистрали: на скорости 400 километров в час поезд не должен задерживаться из-за неровностей рельефа, пересечения с другими дорогами.
Под Санкт-Петербургом начато строительство самой большой в стране двухпутной электрифицированной железнодорожной эстакады. Ее длина составит больше 14 километров. Эстакада будет стоять на 428 опорах высотой от 2,5 до 14,5 метра, 234 из которых уже готовы.
Для пролетов эстакад и мостов, по которым будет проходить ВСМ, разработали специальные коробчатые балки. Они более тяжелые и прочные, чем обычно используют. Их производят на полигоне «Селинское» рядом со строящейся ВСМ. Запланировано производство 488 балок двух типоразмеров — длиной 32,6 и 24,6 метра из высокопрочного тяжелого бетона для конструкций, испытывающих экстремальные динамические нагрузки. Самые большие балки весят по 700 тонн.
Полигон в Селинском — лишь первый из десяти, где будут производить балки для мостов и эстакад ВСМ.
Производственные площадки оборудуют вдоль маршрута магистрали в Московской, Тверской, Новгородской и Ленинградской областях, поближе к месту строительства
А чтобы максимально ускорить процессы, производство балок будет идти в круглосуточном режиме.
Птица высокого полета
В поездах для ВСМ будет по восемь вагонов вместимостью до 460 человек. Их также можно будет объединить в сдвоенные составы по 16 вагонов. Первый отечественный высокоскоростной электропоезд собирают на заводе «Уральские локомотивы». Всего в реализации проекта участвует свыше 150 предприятий из 30 регионов страны.
Для высокоскоростного движения было важно снизить вес поезда и обеспечить максимальную обтекаемость формы кузова. Чем легче поезд, тем меньше нагрузка на пути и тем меньше энергии нужно для разгона. Поэтому кузов вагонов делают из экструдированного алюминиевого профиля, который в три раза легче стали. Чем лучше аэродинамика, тем ниже сопротивление воздуха, а значит — меньше шум и расход электроэнергии.
«Завод "Уральские локомотивы" обладает уникальными компетенциями в создании скоростного подвижного состава, и сегодня мы органично применяем этот опыт для решения принципиально новой и ответственной задачи, организуя производство для выпуска высокоскоростных поездов», — отметил генеральный директор «Группы Синара» Виктор Леш.
Сейчас уже сварено 22 кузова, передано в монтаж 14 окрашенных вагонов первых двух поездов. Ведется сварка кузовов вагонов третьего и четвертого поездов. Два первых поезда будут окрашены в черно-серый цвет, третий и следующие серийные поезда — в фирменный цвет титана. В 2030 году будет поставлено 43 высокоскоростных электропоезда.
Для серийного выпуска высокоскоростных электропоездов на заводе «Уральские локомотивы» строят новые производственные корпуса: корпус формирования компонентов кузова, корпус пусконаладки электропоездов, испытательный центр тягового привода, конструкторский центр и административно-бытовой корпус.
Испытания инфраструктуры и высокоскоростного поезда пройдут на 129-километровом участке между Зеленоградом и Тверью, строительство которого сейчас активно ведется.
Цифровой помощник
Для машинистов поездов ВСМ разработан цифровой помощник на базе нейронных сетей. Он обеспечит комплексный анализ обстановки и будет участвовать в управлении движением. Предиктивная диагностика узлов и агрегатов поезда на основе показаний множества датчиков в реальном времени будет выявлять возможные неисправности до того, как они приведут к отказу. Система автоведения рассчитает оптимальный режим движения: когда ускориться, когда начать торможение, с какой скоростью пройти поворот. Системы технического зрения обнаружат препятствия на путях — людей, животных, посторонние предметы. Видеоаналитика поможет контролировать ситуацию как внутри поезда, так и снаружи, обрабатывая поток данных с камер.
Маршрут ВСМ
На маршруте ВСМ будет 14 пассажирских и 2 технические станции.
В Москве можно будет сесть на высокоскоростной поезд в четырех местах— на станции Москва-Пассажирская, на транспортно-пересадочных узлах Рижская, Петровско-Разумовская и Зеленоград-Крюково. В Московской области будет одна станция ВСМ — Высоково.
Больше всего станций ВСМ будет в Тверской области, поскольку по ее территории проходит самый большой участок маршрута — 265 километров
Здесь их целых четыре — Новая Тверь, Логовежь, Садва, Выползово.
Две станции ВСМ будет в Новгородской области — Великий Новгород и Валдай.
В Ленинградской области будет одна пассажирская станция — Жаровская. В Санкт-Петербурге откроются две станции ВСМ. Один терминал построят рядом с Московским вокзалом, на территории бывших складов купцов Кокоревых с входом на Лиговский проспект, на улицу Черняховского, в направлении Кременчугской и Новой Военной улицы. Вторая станция будет рядом с метро Обухово. Здесь также организуют автоперрон и построят перехватывающую парковку.