Практичні рекомендації з дисципліни "Інженерні вишукування"

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

Кореспондуючі точки 1 2 3 4 5 6
1 Х

19,0

-

17,0

90

32,0

75,2

27,0

18,3

34,2

-
2
Х

18,0

120,1

22,8

19,1

34,8

-

33,2

35,0
3

Х

16,8

79,8

16,6

27,5

18,0

43,9
4


Х

26,4

-

15,6

30,2
5



Х

15,2

37,4
6




Х

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: еQмах. 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:


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


Для нашого прикладу


еQз = еQмах


В табл. 3 зведені результати попередніх підрахунків.

Таблиця 2. Схема визначення сумарних вантажних перевезень

Кореспондуючі точки 1 2 3 4 5 6

еQ

(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

еQ

(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

еQмах. = еQ 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 / еQ, (2)


де l min – мінімальна довжина ланки, км;

еQ – 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

Ц-3 1 2 3 4 5 6
l 17,0 18,0 X 16,8 16,6 18,0
Q 90 120,1 X 79,8 27,5 43,9
lmin 17,0 18,0 X 16,8 16,6 18,0
еQ 90 120,1 X 79,8 27,5 43,9
L 0,189 0,150 X 0,210 0,603 0,410

(3) (3)
(3) (3) (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 еQ.

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


Таблиця 5. Цикл обчислень Ц – 2.

Ц - 2 1 2 3 4 5 6
l 19,0 X X 22,8 34,8 33,2
Q - X X 19,1 - 35,0
l min 17,0 X X 16,8 16,6 18,0
еQ 90 X X 98,8 27,5 78,9
L 0,189 X X 0,170 0,603 0,228

(3) X X (3) (3) (3)

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.

Ц - 4 1 2 3 4 5 6
l 32,0 X X X 26,4 15,6
Q 75,2 X X X - 30,2
l min 17,0 X X X 16,6 15,6
еQ 165,2 X X X 27,5 109,1
L 0,103 X X X 0,603 0,143

(3) X X X (3) (4)

Таблиця 7. Цикл обчислень Ц –1

Ц - 1 1 2 3 4 5 6
l X X X X 27,0 34,2
Q X X X X 18,3 -
l min X X X X 16,6 15,6
еQ X X X X 45,8 109,1
L X X X X 0,363 0,143





(3) (4)

Таблиця 8. Цикл обчислень Ц – 6.

Ц - 6 1 2 3 4 5 6
l X X X X 15,2 X
Q X X X X 37,4 X
l min X X X X 15,2 X
еQ X X X X 83,2 X
L X X X X 0,182 X





(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

№ п/п Шифр ланки
1 3 – 2
2 3 – 4
3 3 – 1
4 4 – 6
5 6 – 5

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 ) Tосн] / [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.

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

Тосн, Тпід – 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

Категорія

дороги

Інтенсивність

руху, N

авт / добу

 Вантажонапруженість,Q , тис.т. Дорожні витрати, приведені до звітного року, Д, у.о. / км

Транспортна складова собівартості перевезень, Т ,

у.о ./ т.км

 аД вТ
1 > 10000 9893 1493 0,02 522,5 0,0406
2 10000 - 3000 9893 -2968 786 0,04 275 0,0812
3 3000-1000 2968 - 989 538 0,06 188,3 0,1218
4 1000-150 989 - 150 237 0,08 82,9 0,1624
5 < 150 150 102 0,10 35,7 0,203

Вантажонапруженість підраховується за формулою:


Q = Nв Д Кп Кв Вср f, (5)


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

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

Кп – коефіцієнт використання пробігу автомобілями;

Кв - коефіцієнт використання вантажопідйомності автомобіля;

Вср – середня вантажопідйомність автомобілів,

Вср = (В1Р1 + В2Р2 + … ВnPn ) / ( P1 + P2 +…+ Pn), (6)

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

P1 … Pn –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 ) :


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


Вантажонапруженість розраховується за формулою ( 5 ) :


QI = 6500 Ч 320 Ч 0,85 Ч 0,93 Ч 5,47 Ч 1,1 = 9893392 т


Для II категорії :


QII = 1950 Ч 320 Ч 0,85 Ч 0,93 Ч 5,47 Ч 1,1 =2968018 т

Для III категорії :

QIII = 650 Ч 320 Ч 0,85 Ч 0,93 Ч 5,47 Ч 1,1 =989339 т


Для IV , V категорій :


Q = 98 Ч 320 Ч 0,85 Ч 0,93 Ч 5,47 Ч 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 = Q3-4 + Q2-4 + Q1-4 = 79,8 + 19,1 +15,2 =174,1 тис. т

Ліворуч від точки 7 будуть переміщуватися вантажі :


Q2 = Q3-6 +Q2-6 +Q1-6 +Q3-5 +Q2-5+Q1-5 =43,9+35,0+0+27,5+0+18,3=124,7 тис. т

Qn = 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 (Qn) = 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 Тосн та Тпід в формулі ( 3 ) беруться із табл.10 відповідно до різниці | Q1- Q2| , якій відповідає Тосн = 0,10 для 5-ої категорії дороги, та зна-чення Qn, якому відповідає Тосн = 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