ОСНОВЫ ВЫБОРА ТИПА СУХОПУТНОГО ТРАНСПОРТА ЛЕСА И
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ СЕТИ ЛЕСНЫХ ДОРОГ
Основными видами сухопутного транспорта леса являются вывозка по
автомобильным и железным дорогам колеи 750 мм (удельный вес
соответственно 87 и 9%). Они сохранят свое значение и в будущем.
Преимущественное использование на вывозке древесины автомобильного
транспорта объясняется наличием у него ряда достоинств, в частности,
высокой мобильности и приспособляемости к разнообразным местным
условиям, возможности широкого использования при строительстве местных
дорожных материалов, сохранности дорожной сети (кроме усов) по окончании
вывозки с использованием ее для восстановления лесов и ухода за ними, а
также для развития местной районной дорожной сети.
Сравнительные расчеты экономической выгодности применения на вывозке
автомобильных дорог и УЖД, выполненные в ЛТА, Гипролестрансе и других
организациях, показывают, что при годовом объеме вывозки до 300... 500
тыс. м3/год и расстояниях до 50 км, использование автотранспорта, как
правило, более экономично. Однако при более значительных объемах и
расстояниях вывозки в условиях равнинной и слабохолмистой местности
себестоимость вывозки по УЖД становится ниже, чем по автомобильной
дороге, при равных или несколько больших капитальных затратах. Трудности
использования узкоколейных лесовозных железных дорог для перевозки
нелесных грузов, сложности стыковки с уже имеющимися в районе
автомобильными дорогами в значительной степени уменьшают области
рационального их использования.
При выборе типа транспорта, транспортно-технологических схем вывозки
леса и решении других аналогичных вопросов проекта необходимо учитывать,
что строительство лесовозных дорог выполняется многими очередями, в
связи с чем возникает многоэтапность капиталовложений. Изменяются во
времени и эксплуатационные расходы по причине изменения расстояния
вывозки. Согласно Методике определения экономической эффективности АН
СССР в таких случаях капиталовложения и текущие затраты приводятся к
одному моменту времени (началу расчетного года) с использованием
коэффици-ента приведения, определяемого по формуле сложных процентов.
Наряду с использованием основного критерия — минимума приведенных затрат
— при проектировании часто используются и другие критерии, например
минимум стоимости строительства дорожной одежды, минимальные удельные
трудозатраты и др.
Размещение лесовозных дорог различной иерархии в сырьевых базах ЛЗП
является сложной многовариантной задачей, решение которой должно быть
увязано с технологией производства лесосечных работ, при учете (в
возможной мере, на стадии предпроектных работ) местных природных условий
и неравномерного размещения запасов леса на территории сырьевой базы.
Актуальность этой проблемы привлекла к себе внимание еще в 30-х годах
ряд ученых нашей страны (Н. М. Не-весского, С. А. Сыромятникова, М. М.
Корунова и др.) и за рубежом (Мэтьюза, Ларсена и др.), давших ряд ценных
предложений и обоснований принципиального подхода к ее решению.
Теоретически обоснованное и широко применяемое многоэтапное
проектирование лесотранспортной сети заключается в последовательном
решении следующих задач: обоснования границ сырьевой базы, установления
расчетного годового объема вывозки древесины, выбора пункта примыкания,
выбора принципиальной схемы размещения путей в базе, установления
основного направления магистральных путей, размещения веток на карте
сырьевой базы, выделения зоны первоочередной эксплуатации.
Границы сырьевой базы проектируемой лесовозной дороги назначают с учетом
естественных рубежей (землепользование колхозов и совхозов, открытые
незалесенные земли, труднопреодолимые водоразделы водотоков и др.) и
экономически обоснованных границ зон тяготения лесного сырья,
примыкающего к соседним (в том числе проектируемым) дорогам. При этом в
качестве общей границы зон тяготения соседних дорог принимают линию
равных удельных затрат на вывозку древесины до какой-нибудь общей точки
лесного грузопотока.
Следует стремиться к увеличению размеров сырьевых баз ЛЗП, так как это
обеспечивает рост производственной мощности предприятия, снижение
удельных капиталовложений и, до определенных пределов, себестоимости
лесопродукции.
При проектировании новой сети лесовозных дорог в лесах со спелыми и
перестойными древостоями годовой объем вывозки по дороге определяют
расчетом (см. с. 22).
Выбор пункта примыкания лесовозной дороги к сплавному пути или железной
дороге МПС тесно связан с обоснованием границ сырьевой базы (зоны
тяготения) и потому оба вопроса должны решаться одновременно. Если в
районе сырьевой базы
находится несколько путей транспорта готовой
лесопродукции к потребителям, необходимо обосновать не только пункт
примыкания, но и наиболее выгодный путь доставки. Наилучшим будет
вариант с минимальными приведенными удельными затратами.
Рассмотрим основные параметры лесного массива как грузообразующей
площади и их определение. Сырьевые базы ЛЗП состоят из одного или
нескольких лесных массивов. Основными геометрическими параметрами
каждого из них являются: Sоб — общая лесная площадь, км2; 5ЭК —
эксплуатационная площадь, км2; А — длина массива, измеренная по
направлению лесного грузопотока, км (рис. 4.1); В— средняя ширина
массива, вычисленная по зависимости B = Sоб/A, км; X—расстояние от точки
выхода грузопотока из лесного массива до нижнего склада. Запасы лесного
сырья в массиве и его отдельных частях характеризуются параметрами: М0б
и Мэк — общий и эксплуатационный запас (с учетом приспевающих
древостоев), м3; ул — ликвидный запас лесного сырья в пределах
эксплуатационной площади, м3/га.
Приведение действительной площади массива к
равновеликому прямоугольнику размером АхВ является очень важным приемом,
позволяющим получить простые и достаточно точные формулы для определения
таких важных показателей, как необходимое протяжение путей, среднее
расстояние вывозки и др.
На рис. 4.1, а видно, что длина магистрали лесовозной дороги
определяется размером Л, который одинаков для действительного и
приведенного массивов. Длина ветки аа" в
приведенном массиве получилась больше, чем в действительном, но ветка bb"
наоборот, будет соответственно короче (площади с горизонтальной и
вертикальной штриховкой на этом рисунке равны).
Влияние неравномерного размещения запасов леса на территории массива на
точность определения среднего расстояния вывозки можно учесть следующим
образом.
Влияние неравномерного размещения запасов сырья на
среднее расстояние вывозки по веткам невелико (плюсовые ошибки в его
определении справа от магистрали компенсируются минусовыми с другой ее
стороны).
Перед определением положения в сырьевой базе магистралей и веток в
условиях равнинной и холмистой местности целесообразно сначала выбрать
принципиальную схему их размещения. Рассмотрим условия применения
нескольких характерных схем (рис. 4.2).
Прежде всего необходимо отметить, что веерная схема путей (рис. 4.2, а)
хотя и отличается минимумом грузовой работы, практически на
лесотранспорте не применяется в связи с получением густого пучка путей в
точке О выхода лесного грузопотока из массива, значительное протяжение
которых в технологическом отношении не используется. Кроме того,
не-параллельность путей неудобна для практического использова-ния. Если
при реализации веерной схемы начать с постройки центрального луча,
проходящего посередине массива, то после этого возникает уже другая
задача — все остальные пути нужно размещать с учетом построенной дороги.
Так получается известная схема путей в елочку.
Рис. 4.2. Основные принципиальные схемы
размещения лесовозных путей
в лесном массиве:
а — веерная; б —вильчатая; в — в елочку (правая часть) и комбинированная
(левая часть); г — с двумя расходящимися магистралями
Вильчатая схема (рис. 4.2, б), отличаясь меньшими затратами на дорожное
строительство (не нужно строить магистраль), имеет пониженные скорости
движения поездов. Сравнивая системы путей вильчатую и елочку, можно
видеть, что при ai>a [где a — оптимальный угол примыкания веток к
магистрали (порядка 45... 50°)] среднее расстояние вывозки по массиву в
целом будет у веерной схемы больше, чем у схемы путей в елочку. В связи
с этим применение вильчатой схемы путей может быть выгодным лишь при
освоении узких вытянутых участков леса с небольшим коэффициентом формы
т< =0,4... 0,6.
Система путей в елочку широко применяется, что объясняется многими ее
достоинствами, в частности хорошей приспособляемостью к сложному
(горному) рельефу местности, небольшим средним расстоянием вывозки и
высокой общей технологичностью. На рис. 4.2, в (левая часть) показана
комбинированная система путей, отличающаяся тем, что глубинные участки
массива осваиваются ветками, параллельными магистрали и примыкающими к
соединительным путям 0/а/ и О'а". Основные оценочные параметры, в
частности суммарное протяжение путей и средневзвешенное расстояние
вывозки, у систем путей в елочку и комбинированной достаточно близки,
однако у комбинированной системы магистраль короче на D км.
Система путей этого типа представлена на рис. 4.2, г в двух вариантах.
На левой части показана система путей, обеспечивающая получение минимума
грузовой работы, а на правой части рисунка показан вариант системы, у
которой все ветки примыкают к магистралям под оптимальным углом а, что
обеспечивает получение минимума удельных приведенных затрат на вывозку
по веткам и магистралям. Оба варианта удобны для освоения крупных лесных
массивов, расположенных вдоль транзитного пути доставки лесопродукции
потребителю. При этом обеспечивается концентрация большого количества
древесины в одном пункте переработки (нижнем складе) и создается
возможность выделения части лесного массива для освоения только зимними
дорогами (включая и магистраль), что дает большую экономию расходов на
дорожное строительство.
Выполненный [12] анализ показал, что при
коэффициенте формы 0,5<=м<=1,5, как правило, системы путей в елочку или
комбинированная являются более выгодными. При м>=2, выгоднее система
путей с двумя магистралями. При 1,5<м<2,0 обе системы являются
конкурентоспособными, и выбор между ними должен быть обоснован
сравнением вариантов по приве-денным затратам. При освоении половины
массива только зимними дорогами, экономичность варианта с двумя
магистралями возрастает.
Размещение магистралей. В 30-х годах Н. М. Невесский предложил и позднее
А. А. Ранцев улучшил способ прокладки магистрали, согласно которому весь
массив делится на ряд полос (I... XII) перпендикулярных направлению
лесного грузопотока. В каждой полосе находят точки а,
b, с и т. д., делящие запасы в
ней на две равные части (рис. 4.3). Соединяя эти точки, получаем ломаную
линию магистраль, при которой среднее расстояние подвозки древесины по
веткам будет минимальным.
Рис. 4.3. Определение наивыгоднейшего
направления магистрального пути
Однако при значительной неравномерности размещения
запасов сырья изломанность магистрали приведет к увеличению пробега
автопоездов по ней и ее длины, что может свести к нулю экономию,
получаемую за счет минимизации пробега по веткам. Кроме того, не решен
вопрос о целесообразной ширине полос, на которые следует делить массив.
На рис. 4.3 видно, что этот параметр имеет большое значение, так как при
увеличении ширины полосы b изломанность
экономической трассы магистрали уменьшается.
С учетом этого в ЛTA разработан метод обоснования оптимальной ширины
каждой полосы, обеспечивающий получение минимума приведенных затрат на
строительство магистрали и вывозку древесины при прокладке трассы
магистрали через точки Л, В, С и т. д., делящей запасы сырья в каждой
полосе на две равные части. При этом
Размещать в лесном массиве технологические пути
(ветки, усы) целесообразно, используя единый метод поиска оптимального
решения, состоящего в том, что для каждого вида пути
(по иерархии) и его участка, отличающегося от
соседних своей единичной строительной стоимостью, устанавливается
оптимальная ширина зоны тяготения к нему лесных грузов, соответствующая
минимуму затрат на постройку и содержание данного пути и примыкающих к
нему путей низшего ранга, а также на вывозку к нему древесины по путям
низшего ранга,
т. е. для веток — по лесовозным усам и для усов —
средствами трелевки (рис. 4.4, а).
На ветках и усах летнего действия дорожные конструкции по своей
прочности и, следовательно, единичной стоимости должны соответствовать
грузонапряженности данного участка пути и сроку его действия. На
головном участке ветки (у примыкания к магистрали), действующем с
наибольшей загрузкой, дорожная конструкция должна быть более прочной и
дорогой, чем на глубинном. При значительной длине ветки (более
8... 10 км) следует также выделять и промежуточные участки с
соответствующей их грузонапряженности и сроку действия дорожной
конструкцией. На усах, функционирующих более
1 года, может быть выгодным применение двух видов
покрытий — более прочного на головном участке и более дешевого на
глубинном.
Рис. 4.4. Расчетные схемы для определения
основных размеров (ширины и длины) зон тяготения глубинных,
промежуточных и головных участков ветки:
а — для ветки с однородной дорожной конструкцией на всем протяжении
(например, зимнего действия),; б — для ветки с тремя различными
дорожными конструкциями; в — то же, но с разветвлением глубинного
участка; г — расчетная схема для определения зон тяготения к глубинному
и головному участкам уса; d—расстояния от конца ветки
или уса до границы массива или лесосеки
Необходимость в соединительных путях на усах
возникает при устройстве разветвлений на лесосеках, ширина которых
больше оптимального расстояния между усами, при освоении нескольких
лесосек одним усом, имеющим разветвления, и в других случаях.
Таким образом, назначение ответвлений или разветвлений технологических
путей приводит к их удлинению и удорожанию строительства. Поэтому в
принципе следует применять ветки с ответвлениями или разветвлениями лишь
в тех случаях, когда это экономически оправдано, например при сгущении
сети веток на периферии массива с использованием более дешевых покрытий.
При определении оптимальной ширины зоны тяготения к
веткам следует иметь в виду, что ранее при размещении веток и усов
пользовались другим параметром — оптимальным расстоянием' между ветками
или между усами. В том случае, когда смежные пути имеют одинаковую
дорожную конструкцию, оба эти параметра равны друг другу и,
следовательно, при размещении веток или усов можно пользоваться любым из
них. Если, однако, смежные пути имеют различную дорожную конструкцию
(например, одна ветка имеет гравийное покрытие, а другая — колейное из
железобетонных плит), то в этом случае пользоваться оптимальным
расстоянием между ветками уже нельзя.
На рис. 4.4, а видно, что при увеличении ширины зоны тяготения лесных
грузов к любому участку ветки удельные расходы на постройку и содержание
веток в исправности уменьшаются, а затраты на постройку и содержание
усов и на вывозку по усам возрастают. Оптимальной будет такая ширина
зоны тяготения, при которой сумма перечисленных затрат будет
минимальной. Некоторое влияние будут иметь и удельные расходы на
постройку пунктов погрузки и на прокладку магистральных волоков (если
они прокладываются параллельно усам), которые следует прибавить к
затратам на постройку и содержание усов. При этом получим, что
совокупность рассматриваемых видов затрат:
При практическом размещении сети веток на карте
предварительно необходимо разбить эксплуатационную площадь массива на
отдельные зоны по показателю концентрации запасов используя данные
последнего лесоустройства.
На подготовленной карте массива сначала
определяется местоположение магистральных путей, затем веток. Для
размещения последних необходимо предварительно: 1) обосновать выбор
дорожных конструкций для глубинных, промежуточных и головных участков;
2) определить, пользуясь приведенными выше формулами, оптимальную ширину
зон тяготения к зимним веткам и к различным участкам веток летнего
действия для трех вариантов средних значений 3) определить (также
в трех вариантах) значения оптимальных длин глубинных и промежуточных
участков; 4) выделить зоны для размещения лесовозных путей зимнего
действия; 5) определить оптимальную величину углов примыкания веток к
магистрали, пользуясь формулой
Закончив эту подготовительную работу, переходят к
размещению зон тяготения леса к веткам (рис. 4.6). В участках массива,
выделенных для эксплуатации в неморозный период эта работа выполняется в
следующем порядке. Сначала размещают вдоль магистрали под оптимальным
углом а зоны тяготения к головным участкам веток начиная от точки входа
в массив магистрального пути.
Закончив размещение этих зон с обеих сторон
магистрали, переходят к размещению зсн тяготения к глубинным участкам,
располагая их вдоль границы массива, начиная с ближайшей к нижнему
складу. После этого размещают в промежутках между зонами тяготения к
глубинным и головным участкам
зоны тяготения к промежуточным участкам. При этом
необходимо: 1) участки массива, занятые неэксплуатационными или
нелесными площадями, при размещении прямоугольников зон тяготения
обходить так, чтобы они, по возможности, не попадали в пределы зон
тяготения; 2) при размещении зон тяготения к промежуточным участкам
между зонами глубинных и головных участков небольшие участки с
эксплуатационными запасами могут оказаться вне зон тяготения.
Такие участки следует присоединить к соседним зонам;
3) если на отдельных участках магистраль
расположена недалеко от границы массива и длина /з по формуле (4.9)
близка к нулю или отрицательна, то промежуточный участок ветки в этом
месте становится головным и будет примыкать непосредственно к
магистрали.
Следующим этапом работы является прокладка экономических трасс веток
посередине нанесенных на карту зон тяготения с размещением пунктов их
разветвлений и ответвлений, учитывая в возможной степени местные
условия. Здесь следует иметь в виду, что более детальная проработка
трасс путей должна выполняться на следующей стадии — при камеральном
трассировании и во время полевых изысканий.
Рис. 4.6. Последовательность размещения веток
летнего действия в лесноммассиве:
а — головных участков,; б — глубинных и промежуточных
Установление последовательности освоения лесного массива, тяготеющего
к проектируемой дороге, возможно по следующим основным схемам: 1) с
постепенным продвижением лесозаготовок в глубь лесного массива, когда в
первую очередь строится лишь небольшое протяжение магистрали,
необходимое для обеспечения вывозки в первые 5. ..10 лет эксплуатации
лесного массива, и 2) так называемая глубинная схема, при которой
магистраль строится сразу на всю длину или, при очень большой длине, до
вахтового поселка [12].
Глубинная схема обладает рядом преимуществ. В частности, она
обеспечивает возможность: 1) концентрации объемов дорожного
строительства, необходимой для эффективного применения
высокопроизводительных машин; 2) снижения общих капиталовложений за счет
постройки удаленной части магистрали в более дешевом исполнении
(например, однополосной вместо двухполосной или зимней сезонного
действия); 3) применения более совершенных дорожных конструкций,
использование которых при постройке магистрали многими очередями, по
нескольку километров за один прием, практически неосуществимо; 4)
эффективного применения вахтового метода лесозаготовок с первых лет
работы ЛЗП; 5) широкого маневрирования лесосечным фондом; 6)
стабилизации расстояния вывозки; 7) лучшей сохранности леса от пожаров и
вредителей.
Единственным недостатком глубинной схемы являются повышенные
капиталовложения в первую очередь строительства дороги, которые в
последующем быстро окупаются благодаря перечисленным преимуществам.
Разработка проектов (схем) размещения лесовозных
путей в сырьевых базах действующих предприятий является необходимой,
так как их отсутствие ведет к бессистемным рубкам, неэкономичному
строительству дорог и росту расходов на вывозку древесины. На рис. 4.7
показаны два варианта размещения лесовозных путей в оставшихся
невырубленных участках сырьевой базы ЛЗП.
