Нижнее строение пути

Земляное полотно - это комплекс грунтовых сооружений, получаемый в результате обработки земной поверхности и предназначенный для укладки верхнего строения пути. обеспечивающий ус­тойчивость пути и защиту его от воздействия атмосферных и грун­товых вод. Земляное полотно характеризуется продольным и попе­речным профилями. Поперечным профилем называется разрез земляного полотна плоскостью, перпендикулярной его продольной оси. Поперечные профили делятся на индивидуальные и типовые, а последние - на нормальные и специальные. Поперечное очертание типовых профилей насыпи и выемки приведены соответственно на рис.3.5 и 3.6. Верхняя часть насыпи, на которую укладываются балласт, шпалы, рельсы, называется основной площадкой. На однопутных линиях основная площадка имеет форму трапеции шириной поверху 2,3м и высотой 0,15м. а на двухпутных - форму равнобедренного треугольника высотой 0,2 м.

Полоса земли, на которую опирается насыпь, является ее основанием. Линия пересечения основной площадки с откосом называется бровкой земляного полотна. Высотой насыпи считается расстояние от уровня бровок до ее основания по оси (см.рис.3.5). Отношение высоты откоса к горизонтальной его проекции называется крутизной откоса. Откосы, как правило, имеют крутизну 1:1,5.

Водоотводная канава (резерв) (см.рис.3.5) используется для отвода воды от насыпи. Берма - это оставляемая для большей устойчивости земляного полотна полоса земли между подошвой насыпи и бровкой резерва (см.рис.3.5). Ширина ее, как правило, не менее Зм, а в местах разлива рек - не менее 4 м. На однопутных участках со стороны предполагаемого строительства второго пути берма уширяется на 4,1 м, то есть на ширину междупутья.

Рис. 3.5. Поперечный профиль однопутной насыпи: 1 - водоотводная канава; 2 - бровка; 3 - обочина:4 - земляное полотно; 5 - балластный слой;. 6 - откос; 7 - берма; 8 - резерв

Рис.3.6. Поперечный профиль однопутной выемки: 1 - на­горная канава; 2 - кавальер: 3 - забанкетная канава; 4 - банкет; 5 - кювет; 6 - балластный слой; 7 – обочина

Водоотводные сооружения у выемок (рис.3.6) - кюветы, забанкетные

и нагорные канавы, кавальеры и банкеты. Кювет - канава для отвода воды, которая должна ..иметь ширину по дну 0.1 м и глубину не менее 0,6 м с продольным уклоном, достаточным для отвода поступающей в нее воды. Для перехвата поверхностных вод и продольного отвода их за пределы выемки устраивают нагорные канавы. Чтобы не допускать к выемке воды, которая собираемся на площади от верхнего обреза до нагорной канавы, делают банкет с поперечным уклоном 0,'02, а за ним забанкетную канаву, Если вынимаемый из выемок грунт не используется для сооружения насы пей, то он складывается на обрезе, образуя кавальер, выработка которого, как правило, не превышает Зм. Преграждая доступ поверхностным водам к выемке, он также играет известную водоотводную роль.

На станциях поперечные профили земляного полотна могут быть односкатными, двухскатными или пилообразными.

В случаях, когда земляное полотно может повредиться течением воды. ледоходом или дождевой водой, необходимо укреплять откосы. Откосы насыпей и выемок, а также конусы у мостов укрепляют засевом травы, одерновкой, посадкой кустарников, .мощением камнем, укладкой монолитных и сборных железобетонных плит.

Для пересечения железной дорогой водные преград, других железных и автомобильных дорог, глубоких ущелий, горных хребтов. застроенных городских территорий, а также для обеспечения безопасного перехода людей через пути и устойчивости земляного полотна в сложных условиях возводятся искусственные сооружения.

К искусственным сооружениям относятся:

Мост - это сооружение, возводимое над водным препятствием. Мосты состоят из опор и конструкций, перекрывающих пространство между ними. называемых пролетными строениями. Различают опоры береговые (устои) и промежуточные (быки).

Мосты классифицируются:

по числу пролетов - одно-, двух-, трех- и многопролетные;

по количеству главных путей - однопутные, двухпутные, многопутные; по конструкции - с ездой понизу, поверху или со смешанным расположением;

по материалу - металлические, бетонные, каменные, железобетонные, деревянные:

по характеру работы пролетов под нагрузкой - балочные,

арочные, рамные, висячие и комбинированные;

по длине - малые (до 25 м), средние (25-100 м), большие'

(100-600 м). внеклассные (более 800 м).

Бывают также разводные или подъемные мосты.

Путепровод строится для пересечения дорог в разных уровнях.

Эстакада (франц. estacade, от провансальского estaca – свая, балка) сооружается вместо насыпи на городской территории или на подходах к большим мостам.

Виадук (франц. viaduc от лат. via - дорога, путь и duco - веду) возводится вместо высоких насыпей в глубоких ущельях или оврагах.

Тоннель - это сооружение, необходимое при постройке пути под землей или под дном водного пространства. Железнодорожные тоннели бывают: по числу путей - однопутные и двухпутные; по расположению на трассе - горные, равнинные, подводные.

Горные железнодорожные тоннели пересекают горные хребты, водоразделы, отдельные возвышенности, обходят участки осыпей, оползней; снежных лавин и заносов. Такие тоннели бывают перевальные (базисные и вершинные), косогорные (петлевые и спираль­ные), мысовые.

Равнинные железнодорожные тоннели в основном сооружаются в городской черте (например, глубокие вводы, соединяющие открытые участки с подземными вокзалами).

Подводные железнодорожные тоннели располагаются под русла­ми рек, под дном водоемов, каналов, проливов или заливов.

Первые отечественные железнодорожные тоннели - Ковенский длиной 1280 м и Виленский длиной 430 м построены в 1859-62 г.г. на Петербурго - Варшавской железной дороге.

Трубы устраивают вместо мостов на небольших водотоках, а также на суходолах для пропуска через насыпь ливневых и талых вод. Для пропуска через путь потока воды (водоотвода) сооружают также дюкеры. Дюкер представляет собой два колодца, расположенных с обоих сторон железнодорожного пути, соединенных трубой. При небольшой высоте насыпи и малом количестве воды вместо мос­тов применяют лотки.

Подпорные стены обеспечивают устойчивость откосов земляного полотна, а галереи защищают пути от камней и снежных лавин.

Для нормального пропуска воды под мостом сооружают регуля-ционные сооружения, которые предохраняют устои и тело насыпи от подмыва.

Для осуществления пересечений железнодорожных путей с ав-томобильными дорогами в одном уровне устраивают переезды. Пере­езды в зависимости от интенсивности движения железнодорожного и автомобильного транспорта делятся на четыре категории. Установ­ление категории, порядок содержания и обслуживания переездов определяются соответствующей инструкцией МПС РФ.

Переезды подразделяются на регулируемые и нерегулируемые.

К регулируемым относятся переезды, оборудованные устройс­твами переездной сигнализации, извещающей водителей транспорт­ных средств о подходе к переезду поезда, или обслуживаемые де­журным работником.

Переезды, не оборудованные устройствами переездной сигна­лизации и не обслуживаемые дежурным работником, относятся к не­регулируемым.

Регулируемые переезды оборудуют автоматическими, электри­ческими или механическими шлагбаумами.

Шлагбаум (нем. schlagbaum) - устройство в виде бруса, преграждающее движение автомобилей и другого транспорта и пешеходов через железнодорожный переезд перед прохождением но нему поезда.

, Автоматические шлагбаумы являются основной составляющей частью переездной сигнализации, которой оборудуются регулируемые переезды, не обслуживаемые дежурным работником. Переездная сигнализация обеспечивает закрытие движения через переезд с помощью автоматического шлагбаума при приближении к переезду поезда.

Верхнее строение пути

Верхнее строение пути служит для направления движения подвижного состава, восприятия силовых воздействий от колес и передачи их на нижнее строение.

Назначение верхнего строения - воспринимать, упруго пере­рабатывать и перераспределять по возможности равномерно на ос­новную площадку земляного полотна динамические нагрузки колес, а также направлять колеса в движении. Верхнее строение пути представляет собой комплексную конструкцию, включающую балластный слой, шпалы, рельсы и рельсовые скрепления, противоугоны, стрелочные переводы, мостовые и переводные брусья. Рельсы, соединенные со шпалами образуют рельсошпальную (путевую) решетку. При этом шпалы углубляются в балластный слой, укладываемый на основную площадку земляного полотна.

На верхнее строение пути действуют: динамические верти­кальные. горизонтальные поперечные (боковые) и продольные наг­рузки от колес подвижного состава; природно-климатические факторы (продольные температурные силы в рельсах, сейсмические силы, температурно-влажностные условия работы подрельсового основания и грунтов земляного полотна);собственные напряжения, возникающие в рельсах при их прокатке на заводах, укладке в кривые участки и др.

Железнодорожный путь и подвижной состав взаимодействуют друг с другом и являются единой механической системой. Движение подвижного состава сопровождается различными колебаниями от проектного положения рельсовых нитей в плане и профиле, нерав­номерным износом рельсов, изменениями жесткости пути по его длине, неравномерностями поверхности катания колес.

• Воздействие колес на рельсы складывается из статической нагрузки (массы экипажа, приходящейся на одно колесо) и дополнительных нагрузок, , возникающих от колебания надрессорного строения (кузова и примерно 1/3 массы рессор), необрессоренных масс (колесных пар, букс и примерно 1/з массы рессор) и железнодорожного пути.

К главным факторам, определяющим выбор типа верхнего строения пути, относятся следующие: грузонапряженность, нагрузка колесной пары подвижного состава на рельсы, скорость движения поездов, характеристика перевозимых грузов, местные природно-климатические условия, ремонтопригодность и экономичность конструкций в целом и др.

Тип верхнего строения пути зависит от класса путей, который определяется величиной грузонапряженности, а также максимально допустимыми скоростями движения пассажирских и грузовых поездов. По грузонапряженности все пути делятся на 5 групп (А,Б,В,Г,Д), по допускаемым скоростям – на 7 категорий , обозначаемых цифрами (1,2,…,7). Классы - это сочетание групп и категорий путей обозначаются тоже цифрами. Пути, максимальная скорость движения пассажирских поездов по которым установлена 140 км/час, относятся к внеклассным, укладка и содержание их осуществляется по специальным техническим условиям.

Принадлежность пути соответствующему классу, группе и категории обозначается сочетанием цифр и буквы: первая цифра – класс пути, затем буква, цифра после буквы – категория пути. Например, 2А4 свидетельствует о принадлежности пути ко 2 классу, группе А и категории 4.

На главных путях 1 и 2-го классов укладываются новые термоупроченные рельсы массой 65 кг/пог.м, новые рельсовые скрепления, железобетонные или пропитанные деревянные шпалы, щебеночный балласт на песчаной подушке. На второстепенных станционных, подъездных и прочих путях, которые относятся к 5-му классу, все элементы верхнего строения обычно старогодные, ранее использованные на путях более высоких классов. На путях других классов укладываются как новые, так и старогодные элементы верхнего строения пути.

рельсы

Рельсы предназначены для направления движения колес подвижного состава, восприятия нагрузки от него и передачи ее на шпалы. На участках с автоблокировкой как проводники сигнального тока, а при электротяге – обратного тягового тока.

Для надежной работы рельсы должны быть достаточно прочными, долговечными, износоустойчивыми, твердыми и в тоже время не хрупкими,т.к. они воспринимают ударно-динамическую нагрузку. Материалом для рельсов служит высокопрочная углеродистая сталь. В зависимости от массы и поперечного профиля рельсы подразделяются на типы Р50, Р65, Р75. Буква Р означает «рельс», а цифра – округленную массу одного погонного метра в кг. До 1962 года укладывали рельсы типа Р43.

Поскольку наибольшее воздействие на рельс оказывает вертикальная нагрузка, стремящаяся изогнуть его, наиболее рациональной формой рельса считается двутавровая, обеспечивающая одновременно и меньший расход металла.

Рис. 3.7. Рельс: 1 - головка;.2 ~ шейка: 3 - подошва

Рельсы непосредственно воспринимают нагрузку от . подвижного состава, которая через шпалы и балластный слой передается на земляное полотно, а также .направляет движение колес в прямых и кривых участках пути.

Основные геометрические размеры (включая допуски рельсов, их массу, химический состав металла и некоторые другие характеристики определяет ГОСТ. Промышленность выпускает три основных типа рельсов для путей нормальной колеи, основные характеристики которых приведены в табл.3.1.

Таблица 3.1

Основные характеристики рельсов

Тип рельса :				Р75	Р65 .	Р50
ГОСТ				16210-70	8161-63	7174-65
Масса одного пог.м, кг				74, 44	64,64	51, 63
Р'. а 3 м е Р ы м И	высота, Н			192	180	152
	ш и Р и н »	головки	поверху	72,8	72.8	70,0
			понизу прнизу	75.0	75.0	71.9
		подошвы		150	150	132
		шейки		20	18	16

Стандартная длина рельсов на дорогах. СНГ и Балтии составляет 25 м. Для сокращения числа стыков применяют бесстыковой путь, средняя часть рельсовых плетей которого при изменении температуры не изменяет своей длины, а смещаются только концевые участки плетей, имеющих длину 700-800 м-

Рельсовые скрепления необходимы для соединения рельсов между собой и со шпалами.

Скрепления разделяют на стыковые, которые соединяют рельсовые звенья между собой и состоят из накладок и рельсовых болтов с гайками и шайбами (рис. 3.8.), и промежуточные для крепления рельсов к шпалам (рис.3.9). Последние в свою очередь бывают:

нераздельными - рельс прикрепляют к шпале костылями, шу­рупами или болтами одновременно с подкладкой (рис.3.9,а);

раздельными - рельс прикрепляют к подкладкам жесткими или упругими клеммами и клеммными болтами, а подкладки к шпалам -болтами или шурупами (рис.3.9,в):

смешанными - рельс прикрепляют к шпале вместе с подкладкой как при нераздельном скреплении и кроме того, подкладку дополнительно крепят к шпале костылями или шурупами (рис.3.9,б).

Между рельсами остаются зазоры для возможности их удлинения при повышении температуры. Стыки устанавливают на весу. на шпале и на сдвоенных шпалах.

Рис. 3.8. Стыковое скрепление: 1 - накладка; 2 - болт:

3 - подкладка: 4 – костыль

Рис. 3.9. Промежуточные скрепления

а— нераздельные: б - смешанное: в - раздельное (клеммно-болтовое для железобетонных шпал);

1 - рельс; 2 - костыль: 3 - подкладка: i - деревянная шпала: 5 - железобетонная шпала: 6 - прокладка под подкладку;7 - прокладка под подошву рельса; 8 - клеммный прижимной болт; 9 - клемма: 10 -изоляционная втулка: 11— плоская шайба: 12 - шайба пружинная двухвитковая; 13 — закладной болт.

На границах рельсовых цепей в створах с входными, выходными. маневровыми и проходными светофорами устанавливают изолирующие стыки.

Изоляция одного рельса от другого в накладках обеспечивается постановкой прокладок и втулок из фибры, текстолита или полиэтилена, а в стыке - прокладкой из текстолита или трикота.

На участках с автоблокировкой, диспетчерской централизацией и на электрифицированных линиях устраивают токопроводящие стыки для улучшения прохождения через стык сигнального тока -штепсельные рельсовые соединители из стальной проволоки, привариваемой к нерабочей грани головки рельса; для обратного тягового тока - из медного троса.

Ш П А Л Ы

Шпала (от голл. sра1k - подпорка) - это опора для рельсов железнодорожного пути в виде поперечного лежня, укладываемого под оба рельса. Шпалы предназначены для восприятия давлений от рельсов, передачи их на балластное (или бетонное) основание пути и обеспечения правильного и неизменного положения рельсовых

По материалу шпалы подразделяют на деревянные, железобетонные и металлические, длина которых составляет 2,75м с отклонениями не более + 2 см и шириной поверху 150. 160 и 165 мм. По форме поперечного сечения деревянные шпалы подразделяются на обрезные и необрезные. Изготавливают их из сосны, ели, пихты, лиственницы, кедра, бука и березу. Преимуществами деревянных шал являются упругость материа­ла. простота прикрепления рельсов, хорошие электроизолирующие свойства. Вместе с тем деревянные шпалы имеют и недостатки: меньший срок службы, чем железобетонные, большой расход деловой древесины на их изготовление 1840 шпал, укладываемых на .1 км пути требуется вырубить почти 2 га леса).

Металлические шпалы имеют ограниченное применение (в ФРГ и некоторых тропических странах). так как им присуши такие недостатки. как повышенное трещинообразование. подверженность коррозии. электрическая проводимость.

С 1959г на отечественных железных дорогах началась массовая уклада типовых железобетонных шпал. которые имеют следующие достоинства: сравнительное большой срок службы (40-50 лет), упругость по длине, хорошую устойчивость в балласте против сдвига, возможность придания целесообразной формы. К недостаткам железобетонных шпал относятся: повышенная жесткость пути, для снижения которой необходимо применять рези­новые прокладки-амортизаторы, электрическая проводимость и необходимость применения большого числа недолговечных изолирующих деталей, хрупкость и чувствительность к ударам, большая масса (250...265 кг), затрудняющая одиночную смену.

Порядок расположения шпал по длине рельсового звена называют эпюрой шпал. На железных дорогах СНГ и стран Балтии применяют четыре эпюры. соответствующие укладке 1400, 1600, 1840 и 2000 шпал на 1 км пути.

БАЛЛАСТ - щебеночный, гравийный, асбестовый или песчаный - обеспечивает упругую передачу давления от подвижного состава через рельсы и шпалы на площадь основной площадки земляного полотна и отвод волы от элементов верхнего строения, а также устойчивое положение рельсо-шпальной решетки в продольном и поперечном направлениях.

Мощность верхнего строения пути должна соответствовать грузонапряженности линии.