2.7. Содержание пути на участках скоростного движения

При введении высоких скоростей движения возникают более сложные, чем при обычных скоростях, процессы взаимодействия пути и подвижного состава. Величина динамического воздействия подвижного состава зависит как от основных нагрузок, так и от скорости движения. Последняя существенно влияет на работу пути и, в частности, на его стабильность и напряженное состояние. Так, в зоне контакта колеса и рельса при его волнообразном износе образуются высокочастотные колебания (до 5000 Гц), которые пе­редаются подрельсовому состоянию и вызывают его расстройства, в том числе интенсивное истирание балласта. Наличие длинных неровностей (20—50 м и более) возбуждает низкочастотные (при­мерно 1 Гц) резонансные явления в подвижном составе, что также интенсивно ухудшает процессы взаимодействия его с путём. По­вышенный уровень динамического воздействия подвижной нагруз­ки на путь, а также увеличенная частота приложения этой нагруз­ки предъявляют более высокие требования к конструкции и содер­жанию пути на линиях со скоростным движением поездов.

Общие требования к пути на линиях с высокими скоростями дви­жения поездов. Требования к пути должны обеспечивать: сокра­щение времени нахождения пассажиров в пути, комфортабельность движения, безопасность движения и экологическую чистоту.

При введении на существующих линиях скоростного пассажирско­го движения учитываются повышенные требования к их плану и профилю. Для железных дорог России, где пассажирское движе­ние совмещено с грузовыми перевозками, руководящий уклон продольного профиля при грузонапряженности в грузовом дви­жении более 15 млн т-км/км должен быть не более 15‰, более 30 млн т-км/км — не превышать 12 ‰ Радиусы кривых в плане принимаются не менее 3000 м. При этом максимально допусти­мые скорости движения поездов в зависимости от радиуса кривой определяются при значении непогашенного поперечного ускоре­ния 0,7 м/с² и скорости его нарастания не более 0,4 м/с³.

Все круговые кривые сопрягаются с прямыми участками пере­ходными кривыми, длина которых должна быть не менее l_n= 2-h, где h — возвышение наружного рельса в кривой, мм, определяе­мое по формуле

где V_cр — средневзвешенная скорость поездопотока в кри­вой, км/ч;

k — коэффициент увеличения возвышения, учитывающий сме­щение центра тяжести экипажа в наружную сторону;

R — радиус круговой кривой, м.

Крутизна отвода возвышения должна быть не более 1 мм на 2 м пути. Прямые вставки между начальными точками переход­ных кривых должны иметь длину не менее 150 м.

Для проектируемой на скорости 300—350 км/ч высокоскорост­ной специализированной пассажирской линии Санкт-Петербург — Москва приняты более жёсткие требования к плану и профилю.

При проведении реконструкции верхнего строения пути с це­лью внедрения скоростного движения пассажирских поездов, совмещенного с грузовым движением, укладывают термоупрочнён-ные рельсы типа Р65 1-й группы, 1-го класса с повышенными тре­бованиями по прямолинейности сваренных электроконтактным способом в РСП из 25-метровых рельсов без болтовых отверстий в короткие плети (длиной 400—800 м) и далее, сваренные после укладки в путь передвижной рельсосварочной машиной в длин­ные плети бесстыкового пути: на длину перегона с тональной ав­тоблокировкой АБТ без уравнительных пролётов и стыков или на длину блок-участков с изолирующими стыками повышенной прочности с сопротивлением разрыву не менее 2,5 мН.

Неровности на поверхности катания в сварных стыках после их механической обработки должны удовлетворять следующим требованиям: вогнутые не допускаются, выпуклые не должны пре­вышать 0,3 мм на базе измерений, равной 1,5 м. На остальном протяжении рельсовых плетей, после их укладки и шлифовки, не­ровности, измеренные на той же базе, не должны быть более 0,2 мм.

Шпалы укладывают железобетонные: стандартные с эпюрой укладки 1840 шт./км или повышенной массы (350 кг) типа Ш1-ТС с эпюрой 1760 шт/км. Промежуточные рельсовые скрепления — с упругими клеммами.

Железобетонные шпалы укладывают на слой щебня фракции 25—60 мм марки прочности И-20 (гранит, базальт, диабаз и т.п.) по ГОСТ 7392-85 высотой 40 см. Вместо подушки может быть уло­жен защитный слой из полимерных материалов. Плечо балласт­ной призмы — не менее 45 см, заложение откосов — 1:1,5.

На проектируемой высокоскоростной магистрали Санкт-Петер­бург — Москва подшпальное основание отличается от обычного типового. На рис. 2.30 приведён поперечный профиль для ВСМ Санкт-Петербург — Москва. Ширина насыпи 13,00 м, расстояние между осями путей 4,5 м, откосы насыпи имеют уклон 1:1,75, за­щитный слой под балластом по всей ширине насыпи отделён от остального тела насыпи геотекстилем. Защитный слой создается, если существующее земляное полотно сложено недренирующими грунтами. Толщина его должна быть достаточной, чтобы глинис­тый грунт не промерзал: при суглинистых грунтах 0,8—1,0 м, при супесях 0,5—0,7 м. Сам защитный слой выполнятся из различных песчаных смесей с коэффициентом фильтрации не менее 0,5 м/сут.

Грунт насыпи уплотняют согласно действующим нормативам. 11оверхность основной площадки земляного полотна двухскатная. ' )тот вариант поперечного профиля высокоскоростной магистра-пи Санкт-Петербург — Москва учитывает местные климатические условия, в том числе возможность появления зимних экстремаль­ных температур до минус 30—35 °С.

Параметры линий, ставших скоростными (до 200 км/ч) после реконструкции, более льготные, чем параметры новых высокоско­ростных линий. Эти магистрали, как правило, повторяют в ос­новном план существующей линии, в отдельных местах при ре­конструкции увеличивают радиусы кривых до 2000 м с досыпкой u-мляного полотна. Подшпальное основание каждой линии име­ет свои особенности в зависимости от вида верхней части насыпи и балластной призмы, сложившейся к началу реконструкции. ()бщим для всех таких скоростных линий является широкое при­менение в зоне подшпального основания различных типов и кон­струкций полимерных материалов.

Например, на существующей линии Санкт-Петербург — Мос-Ква после реконструкции, в процессе которой выполнены работы ПО превращению её в скоростную магистраль с максимальной ско­ростью 200 км/ч, реализована следующая конструкция под­ии шльного основания: под железобетонными шпалами находится слой НОВОГО и очищенного щебня толщиной 40 см, между этим слоем и расположенным ниже старогодным (хорошо уплотнённым) щеб­нем уложена прослойка из полимерных материалов. Её назначе­ние — не допустить проникновения нижележащих загрязнителей в очищенный щебень, а зимой служить надёжным теплоизолиру­ющим материалом. В связи с этим полимерные слои в зависимо­сти от климатических и других местных условий могут быть раз­личной толщины и конструкции.

Имеются также различия в параметрах плана и профиля ско­ростных и высокоскоростных линий. Человеческий организм на­чинает чувствовать дискомфорт при достаточно длительном, дей­ствии непогашенного ускорения, равного 0,4—0,5 м/с² и более. На высокоскоростных линиях, предназначенных только для пассажир­ских перевозок, при расчётных радиусах кривых 3000—4000 м воп­рос комфортабельности езды решается правильным подбором воз­вышения наружного рельса в зависимости от скоростей движения пассажирских поездов.

При строительстве скоростных линий стрелочные переводы яв­ляются препятствием, влияющим на длину сварных рельсовых пле­тей. Повышенные требования к пути на линиях скоростного дви­жения определили конструктивные особенности переводов. Пере­воды нового поколения имеют улучшенную динамику за счёт ис­пользования гибких остряков и крестовин с гибко-поворотным сердечником с удлиненными рельсовыми окончаниями и стыками накладочного типа, упругих клемм скреплений, подрельсовых про­кладок различной жёсткости, меньшего числа стыков. Снижение динамических воздействий при прохождении подвижного состава по зоне стрелочного перевода достигается вваркой перевода в бес­стыковой путь и сваркой зазоров на самом переводе. На стрелоч­ных заводах сварка при изготовлении элементов стрелочных пе­реводов выполняется электроконтактным способом, но примене­ние на стрелочных переводах сварочных машин (см. п. 3.3) для электроконтактной сварки затруднено. Поэтому для сварки сты­ков в зоне перевода применяется термитная сварка, выполняемая с использованием специальной оснастки (рис. 2.31).

В ходе полигонных испытаний на экспериментальном кольце ВНИИЖТа стрелочных переводов со стыками, сваренными алго-минотермитным способом, не было изъято ни одного из них из-за

дефектов в зоне сварки. По свар­ным стыкам было пропущено более 200 млн т брутто груза. Установленный гарантийный срок службы сварных стыков стрелочных переводов, сварен­ных алюминотермитным спосо­бом, для рельсов типа Р65 состав­ляет 100 млн т брутто пропущен­ного груза, но не более 3 лет со дня проведения сварочных работ.

На существующей линии Санкт-Петербург — Москва при реконструкции укладывают стре­лочные переводы типа Р65 марки не круче 1/11 на железобетонных брусьях с гибкими остряками, подвижным гибким сердечником, упругими промежуточными скреплениями и сварными рельсовы­ми стыками.

Особенности содержания пути на линиях с высокими скоростями движения обусловлены повышенными требованиями к содержанию ширины колеи, рельсовых нитей по уровню и на­правлению в плане, к продольной равноупругости пути. Если гео­метрические параметры пути не соответствуют параметрам ходо­вых частей подвижного состава, происходит интенсивное усиле­ние динамического воздействия подвижного состава на путь, ве­дущее к повышенному росту расстройств пути.

Норма устройства по ш и р и и е к о л е и для скоростных учас­тков сохраняется такой же, как и для участков со скоростями до 120 км/ч, т.е. 1520 мм. Сохраняются также существующие нормы устройства стрелочных переводов по размерам ширины колеи и желобов, а также величинам ординат переводных и закрестовинных кривых.

Для стрелочных переводов на участках скоростного движения изменяются нормы устройства по их расположению: в соответствии с СТН Ц-01-95 на главных путях при скоростях более 140 км/ч между смежными стрелочными переводами должны быть предусмотрены прямые вставки длиной не менее 25 м, а в трудных условиях — 12,5 м (на обычных линиях соответственно 12,5 и 6,25 м).

Сохраняются и допуски в содержании по ширине колеи на участках скоростного движения. Допускаемые отклонения от нор­мы ширины колеи остаются неизменными и составляют: 8 мм в сторону уширения, 4мм в сторону сужения. Уклон отвода ширины колеи, определяемый как средняя величина на базе 2 м, допускается не более 2,5 %<> при скорости движения 121—140 км/ч. По нормам верх головок рельсов обеих нитей на прямых участках должен быть на одном уровне. Однако для уменьшения виляющего движения разрешается держать на всём протяжении одну нить, обычно рихтовочную, на 6 мм выше дру­гой. Эта мера для линий скоростного движения особо полезна, т.к. обеспечивает более плавное движение поездов. Повышение од­ной нити над другой не ликвидирует виляние, но их амплитуда становится меньше суммы зазоров между гребнями колёс и рель-' сами, т.к. поперечная составляющая силы веса экипажа, появляю­щаяся из-за небольшого наклона к горизонту, направлена всегда в сторону рихтовочной нити, которая в данном случае играет роль направляющей.

О тклонение рельсовых нитей по уровнюв раз­ные стороны более 6 мм на расстоянии менее 20 м не допускается. Плавность рельсовых нитей в плане — одно из главных условий обеспечения высоких скоростей. Особое внимание обращается на плавность отводов отступлений, от которой зависит величина бо­ковой силы:

где V— скорость движения поезда, км/ч;

θ— угол набегания колеса на рельс;

β — боковая жёсткость пути;

m₁— масса тележки;

m₀ — приведённая масса пути т.

В прямых участках стрелы отклонений в направлении рихто­вочной нити, измеренные от 20-метровой хорды через каждые 10 м, не должны превышать 6 мм при скоростях 121—140 км/ч и 4 мм — при 141—200 км/ч. В круговых кривых при измерении стрел изгиба от 20-метровой хорды разность в стрелах в точках через 10 м не должна превышать 6 мм при скоростях 121— 140 км/ч, 4 мм — при 141—200 км/ч. В переходных кривых нарастание стрел должно быть равномерным. Отклонение от равномерного нарастания стрел при 20-метровой хорде в точках через 20 м не должно быть больше 4 мм при скоростях 121—140 км/ч и 3 мм — при 141—200 км/ч.

Возникающие при высокой скорости высокочастотные колеба­ния приводят к увеличению проскальзывания колес, что вместе с множеством других факторов способствует образованию волно­образных неровностей на рельсах (с длиной волны 500—1500 м).

Основное влияние на образование волнообразного износа рельcов оказывает динамическая жёсткость пути, систем рессорного подвешивания подвижного состава, геометрических параметров пути. За счёт уменьшения динамической жёсткости пути при использова­нии более упругих рельсовых прокладок интенсивность образова­ния и развития волнообразного износа рельсов снижается.

На образование волнообразного износа оказывает влияние так­же качество рельсов. Новые рельсы имеют большую шерохова­тость по сравнению с уже обкатанными, что оказывает неблагоп­риятное влияние на плавность движения поездов и повреждаемость рельсов. Допустимые значения вертикальных неровностей на головке рельса, как видно из табл. 2.21, в настоящее время на отечественных рельсах в 2—2,5 раза превышают показатели, необхо­димые для скоростных линий.

Таблица 2.21. Вертикальные неровности на головке рельсов

Показатель	Значение показателя, мм
	по существующим требованиям	на перспективу для скоростных линий
Концевая искривленность:
вертикальная вниз	0,5	0,0
горизонтальная	1,0	0,5
Вертикальная волнообраз-
ная неровность по длине	0,6—1,0	0,2 — 0,4
Головки

Обследование скоростных линий показало, что за счёт перио­дических профильных шлифовок рельсов рельсошлифовальными поездами с активными рабочими органами можно добиться снижения глубины коротких неровностей до 0,03—0,05 мм. Однако для скоростных линий наиболее неблагоприятны длинные неров­ности (20—40 м и более). При этом чем выше скорость движения, тем более длинными (в процессе эксплуатации) становятся неров­ности на поверхности рельсов. На них накладывается «местный» волнообразный износ, ликвидация которого обеспечивается рель-сошлифовальными поездами типа СПЕНО.

Анализ пропуска подвижного состава по пути с неровностями длиной более 20 м, на которые накладываются короткие неровно­сти, позволил определить величины уклонов неровностей для оцен­ки состояния пути в профиле на скоростных линиях (табл. 2.22).

Таблица 2.22. Оценка состояния хода подвижного состава в зависимости от уклонов неровностей

Скорость движения пассажир­ских поез­дов, км/ч	Оценка хода вагона	Величина уклона, %о, при длине неровности, м
		20	30	40	50	60
160 — 200	Отлично Хорошо Удовлетворительно	0,25 0,30 0,40	0,25 0,30 0,40	0,30 0,40 0,60	0,35 0,45 0,75	0,40 0,50 1,00
	Отлично	0,45	0,45	0,60	0,75	1,00
141 — 1.60	Хорошо	0,60	0,60	0,75	0,90	1,20
	Удовлетворительно	1,00	1,00	1,50	1,80	2,20

Отклонения от прямолинейного направления по поверхности катания и по боковой рабочей грани рельсовой нити в стыках (вер­тикальные и горизонтальные ступеньки) не должны превышать 1 м при скоростях более 121 км/ч.

Значительные неровности в виде горбов появляются на пути в зимнее время из-за пучин. Для обеспечения необходимой плавно­сти рельсовых нитей в местах пучин устраивают отводы укладкой специальных карточек, башмаков и нашпальников между подклад­кой и шпалой. Отводы от пучин устраивают на всём протяжении сплошным уклоном не круче 0,7 %о при скорости движения 121— 140 км/ч.

При введении высокоскоростного движения пассажирских по­ездов должны быть выполнены работы по стабилизации всех не­устойчивых мест и ликвидации дефектов земляного полотна. На участках из глинистых грунтов, где, как правило, появляются пу­чины, в зоне основной площадки под балластной призмой устра-ипают защитный слой из непучинистых дренирующих материа-iioB в комбинации с теплоизолирующим материалом (пенопласт, пенополистирол, геотекстиль и др.).

Инструкцией по техническому обслуживанию и эксплуатации сооружений, устройств, подвижного состава и организации дви­жения поездов ЦРБ-393 введены для скоростных участков желез­ных дорог России предельные допуски по параметрам рельсовой колеи (табл. 2.23).

Таблица 2.23. Предельные допуски по параметрам рельсовой колеи, мм

Скорость, км/ч	Параметр
	сужение	уширение	уровень	перекосы	просадки	разность стрел
141—161—200	8	16	20	16	18	25

При обнаружении отступлений, превышающих указанные пре­делы, скорости движения должны ограничиваться в соответствии с нормативами, установленными МПС России.

Опыт эксплуатации скоростного электропоезда ЭР-200 показал, что для обеспечения допустимого уровня динамических сил взаи­модействия пути и подвижного состава в условиях совмещённого движения грузовых и пассажирских поездов требуется содержать

пyть в пределах, соответствующих III степени отступлений от норм устройства.

Плавность хода и безопасность движения на скоростных лини­ях в значительной степени зависят от качества содержания пути. При производстве всех видов работ особое внимание следует обращать на качество их выполнения, на обеспечение равнопрочности и равноупругости элементов пути (одинаковые толщины прокладок, затяжка клеммных и закладных болтов, плотность подбивки шпал и т.п.). Необходимо соблюдать установленную периодичность проведения плановых работ.

В последнее время подход к оценке и устранению отступлений на скоростных участках железных дорог России изменился. На­метился переход от устранения неровностей по методу сглажива­ния к постановке пути в проектное положение. Это стало возмож­но с внедрением новых выправочных систем "09-Доуматик", обес­печивающих постановку пути в проектное положение, а также ре-перной системы контроля положения пути в плане и профиле. Та­кая система внедряется на скоростной линии Москва — Санкт-Пе­тербург. Она увязывается с работой путеизмерителя ЦНИИ-4 и с микропроцессорной системой управления выправочио-подбивоч-но-рихтовочиыми машинами для автоматической регистрации су­ществующих геометрических очертаний пути и автоматизации работ по приведению их в проектное положение.