2. Техническое обслуживание пути

2.1. Основные положения по техническому обслуживанию пути и сооружений

Основной задачей текущего содержания пути является обеспечение безопасного и бесперебойного движения поез­дов без снижения установленных скоростей движения поездов из-за состояния пути и сооружений. Текущее содержание пути зак­лючается в постоянном надзоре и контроле за состоянием пути с целью установки соответствия его нормативам и допускам, а так­же предупреждении и устранении неисправностей, обеспечении длительных сроков службы всех элементов пути и сооружений.

Работы по текущему содержанию пути делятся на неотложные, первоочередные и планово-предупредительные.

Неотложные и первоочередные работы предусматривают уст­ранение неисправностей пути, которые в период до очередной про­верки пути могут стать угрожающими для безопасности движе­ния поездов. Поэтому в зависимости от характера и размеров не­исправность устраняется либо без промедления, либо в первую очередь (в течение двух-трёх дней после обнаружения). Такие не­исправности возникают в отдельных местах пути, как правило, непредвиденно, и их устранение предусматривается по мере обна­ружения в процессе осмотров и проверок пути.

Планово-предупредительные работы направлены на предупреж­дение появления неисправностей пути, вызывающих уменьшение установленной скорости движения поездов, например, устранение небольших по размерам, но часто повторяющихся по протяже­нию пути неисправностей в содержании рельсовой колеи, замена отдельных дефектных элементов верхнего строения пути и т.д.

При планировании и производстве работ по текущему содержа­нию пути необходимо стремиться к тому, чтобы устранение неисправ­ности сопровождалось ликвидацией причины её появления, чтобы все работы выполнялись в такой последовательности и с такой степенью совмещения, которые исключили бы повторное производство работ и отдельных операций.

Чтобы предупредить появление неисправности, надо знать усло­вия и обстоятельства, при которых она может возникнуть. Очень важно поэтому знание всех элементов пути, условий и особенностей работы пути, в конструкции которого под воздействием проходя­щих поездов, под влиянием окружающей среды и метеорологичес­ких явлений происходит накопление остаточных деформаций, сопро­вождающихся появлением таких неисправностей пути, как измене­ние положения рельсовых нитей по уровню, в плане и профиле, уши-рение или сужение рельсовой колеи, изменение поверхности катания рельсов, неравномерный износ рельсовых нитей в кривых участках пути, угон пути, выплески, пучины, отрясение концов шпал и др.

Расстройства пути зависят от действующих вертикаль­ных и боковых сил, передаваемых от колёс подвижного состава на рельсы, от частоты колебаний пути, вызываемых этими силами, а также от продольных температурных сил, возникающих в рельсах.

Например, если рельсовая колея по ширине содержится с от­клонениями в сторону уширения, то увеличивается виляние под­вижного состава, приводящее к увеличению динамических сил и, как следствие, к появлению опасной неисправности. Сужение ко­леи приводит к более частому набеганию гребней колёсных пар на рельсы и к повышенному их боковому износу.

Сужение или уширен и е рельсовой колеи на пути с де­ревянными шпалами является следствием разработки костыльных отверстий под действием вертикальных и боковых сил подвижно­го состава. Однако, если сборка звеньев на производственных ба­зах осуществляется с предварительной сверловкой и антисептиро-ванием отверстий в шпалах, то интенсивность нарастания этих не­исправностей значительно снижается.

При железобетонных шпалах ширина колеи может изменяться в основном из-за бокового износа рельсов в кривых участках пути, а в прямых участках — из-за люфтов между подошвой рельсов и подкладками. Стабильность ширины колеи повышается в случае применения подкладок с закруглёнными концами. При воздей­ствии боковых сил от подвижного состава такие подкладки не прорезают прокладки, укладываемые на подрельсовую площадку же­лезобетонной шпалы, и из-за этого не нарушается ширина колеи.

Отклонения рельсовых нитей в расположении по уровню от номинальных нормативов зависят от многих фак­торов, наиболее существенными из которых являются: неодинаковая степень уплотнения балласта под шпалами, угон пути, неодинаковые размеры шпал, разная интенсивность износа элементов верхнего стро­ения пути, деформации основной площадки земляного полотна. В связи с этим профиль, по которому катятся колёса, перестаёг быть ровным и превращается в беспорядочное чередование уклонов. В связи с нали­чием таких уклонов возникают дополнительные динамические воздей­ствия на путь, которые, в свою очередь, увеличивают интенсивность накопления остаточных деформаций. Выявлена тесная связь между уп­ругими просадками пути и накоплением остаточных деформаций.

Установлено, что упругие осадки пути зависят от разме­ров поперечного сечения и длины шпал. При этом толщина шпа­лы в значительно большей степени влияет на упругую деформа­цию, чем её ширина. Если, например, положить рядом в путь шпалы I и III типов, то в связи с неодинаковой упругой осадкой их под нагрузкой создаётся динамический уклон пути, равный при­мерно 0,008, дополнительная динамическая сила при этом будет достигать 30 — 50 кН при скорости 100 км/ч, т.е. в этом месте путь будет расстраиваться более интенсивно, чем там, где лежат шпалы одинакового поперечного сечения.

Существенное влияние на процесс накопления остаточных деформа­ций оказывает также длина шпалы. Чем длиннее шпала, тем меньше раз­ница между ординатами упругого прогиба соседних сечений шпалы, что вызывает уменьшение напряжений под концами шпал, а следовательно, и уменьшение выпирания балласта из-под концов более длинных шпал. Различная длина рядом лежащих шпал приводит в конечном итоге к по­явлению толчков, перекосов и других явлений.

Большое влияние на появление неисправностей пути по уров­ню и в профиле оказывает также неравномерное распо-л о ж ение шпал вдоль пути, т.е. тогда, когда расстояния меж­ду осями шпал разные. При этом шпалы испытывают неодинако­вое силовое воздействие от подвижного состава. Так, если давле­ние на шпалу при расстоянии между осями 50 см принять за 100 %, то при увеличении этого расстояния на 5 см давление уже составит 110 %. Равномерность расположения шпал вдоль пути — залог нор­мальной работы пути длительное время.

Появление неровностей в плане связано с действием гори­зонтальных поперечных сил, действующих на путь от подвиж­ного состава.

На прямых участках пути действующие на рельсы попереч­ные силы в основном связаны с вилянием подвижного состава. Силы, действующие на кузов вагона, передаются через раму экипа­жа на колёсные пары и от них на рельсы. Боковая сила, передающа­яся от колёс на рельс, состоит из силы нажатия гребня на головку рельса (рамная сила) и силы трения из-за поперечного скольжения колёс по рельсам. Рамные силы у вагонов могут достигать 70 кН.

Особенно велики горизонтальные силы на кривых участках пути. Эти силы возрастают с уменьшением радиуса кривой. Кроме боковой силы в кривых возникают дополнительные силы: центробежная и центростре­мительная, которые могут вызвать попере ч н ы й сдвиг пути.

Опасность поперечного сдвига рельсошпальной решетки зна­чительно возрастает при загрязнённом балласте. В этом случае и при увлажнении балласта резко снижаются коэффициент трения шпал и балласта и сопротивление шпал сдвигу.

Загрязнение балластного слоя происходит из-за малоудовлетвори­тельного состояния подвижного состава, с которого в балласт попада­ют сыпучие грузы (угольно-рудные, песок, цемент, зерно и др.). Про­цесс засорения балластного слоя дополняется, кроме того, естествен­ным истиранием частиц щебня вследствие вибрации пути под поездами, а также при выполнении подъёмочных ремонтов и работ по выправке пути в продольном профиле с использованием электрошпалоподбоек и шпалоподбивочных машин. Следовательно, необходимо принимать все меры к снижению степени загрязнения балластного слоя.

Существенное влияние на образование неровностей рельсовых нитей оказывает й состояние земляного полотна. Эти неровности обычно появляются при наличии деформаций основания, тела и основной площадки земляного полотна. Самым массовым ви­дом деформаций земляного полотна являются деформации основной площадки—балластные корыта, ложа, гнёзда, меш­ки, пучины. Главными причинами возникновения большей части этих деформаций являются недостаточные мощность рельсов, чис­ло шпал, толщина и загрязнённость балластного слоя, несущая спо­собность основной площадки, а также неисправность водоотводов.

Короткие вертикальные неровности (стыковые зазоры и сту­пеньки, неравномерный волнообразный износ поверхности ката­ния рельсов) вызывают появление динамических сил от высокоча­стотных колебаний неподрессоренных масс подвижного состава, вызывающих вибрацию и интенсивное расстройство пути.

Зарождение волнообразного износа рельсов связано с качеством металла (неравномерность распределения твёрдости ме­талла по глубине и длине головки, остаточные напряжения) и тех­нологией изготовления рельсов (образование неровностей на го­ловке при прокатке и холодной правке рельсов). Появлению вол­нообразного износа рельсов способствуют, а в отдельных случа­ях вызывают повышенную интенсивность его развития вертикаль­ные толчки и большие ускорения при ведении поездов, проскаль­зывание колёс вагонов (особенно в кривых участках пути), вибра­ционные явления в пути и подвижном составе, неравноупругость подрельсового основания, отклонения положения рельсовых ни­тей в плане и профиле.

Из-за развития волнообразных неровностей возникает дина­мическое воздействие подвижного состава на путь, что приводит к увеличению интенсивности накопления остаточных деформаций в пути, а следовательно, и дополнительным затратам труда на вып-равочные работы.

Для предупреждения развития волнообразного износа в первую очередь повышают качество изготовления рельсов на рельсопро­катных заводах, а также качество ремонтов и текущего содержания пути, обеспечивая равноупругость его в течение всего периода между ремонтами. Эффективным способом устранения волнообразных неровностей и предотвращения их роста является периодическая шлифовка рельсов рельсошлифовальными поездами.

В кривых участках пути наблюдаются случаи, когда рельсы из­нашиваются более интенсивно либо по наружной, либо по внут­ренней рельсовой нити, что является следствием неправильно ус­тановленного возвышения наружного рельса.

При ослаблении связи рельсов с опорами в узлах соединений или при слабоуплотнённом балласте и уменьшенных размерах пле­ча балластной призмы, недостаточном сопротивлении внешним продольным поездным силам происходит угон пути — накоп­ление продольных перемещений рельсов по отношению к подрель-совому основанию или всей рельсошпальной решётки в балласте.

Угон пути связан главным образом с волнообразным изги­бом рельсов под колёсами проходящих поездов. При этом изги­бе подошва рельса вблизи колеса удлиняется, а на соседних уча­стках укорачивается. В зоне удлинения подошва рельса стремит­ся переместиться относительно основания. Если связь рельсов с опорами достаточна — угон отсутствует, если эта связь недоста­точна — имеют место продольные перемещения рельсов в сторо­ну движения поездов.

Кроме того, на угон пути оказывают влияние температурные напряжения, возникающие в рельсах при изменении температу­ры, и продольные силы трения колёс о рельс, возникающие при торможении подвижного состава.

В результате угона пути часть стыковых зазоров раскрывается до предельных величин, усиливая ударное воздействие колёс в прини­мающий конец рельса, следствием чего является износ в виде смятия металла головки рельса. На соседних участках зазоры уменьшаются вплоть до нулевых значений, с торцевым давлением рельсов один на другой. Кроме того, признаком угона пути является смещение сты­ков относительно середины шпальных ящиков, забег стыков одной рельсовой нити относительно другой, сдвиг шпал по балласту и пе­рекос шпал. Всё это приводит к значительным расстройствам пути.

Для предупреждения угона на звеньевом пути необходимо надёжно закрепить его пружинными противоугонами, а на участках бесстыкового пути — проверить гостояние скреплений, заменить дефектные элементы, смазать резьбу, подтянуть гайки клеммных и закладных болтов.

Потайные толчки, т.е. просветы между нижней постелью шпал и балластом не только ухудшают взаимодействие пути и подвижного состава, но и являются причиной образования вып­лесков. Там, где имеются потайные толчки, в момент прохода колёс возникают значительные вертикальные перемещения шпал. При перемещении шпал вверх пылевидные частицы, сосредотачива­ющиеся на поверхности балласта и с боков шпалы, "засасываются" под нее, а при перемещении вниз они нагнетаются в окружающий

шпалу балласт (рис. 2.1). Постепенно балласт вокруг шпалы заг­рязняется и теряет свои дренирующие свойства. В период дождей вода попадает под шпалу и, не имея выхода, разжижает загряз­нённый балласт. При проходе подвижного состава этот балласт выплёскивается из-под шпалы на поверхность балластной призмы.

При загрязнении балластного слоя более 20 % он начинает те­рять свою главную функцию — отвод воды от рельсошпальной решетки, в результате чего на пути развиваются выплески и умень­шается его несущая способность, а это вызывает необходимость снижения скорости движения поездов (см. табл. 2.10).

Основной предупредительной мерой против образования вып­лесков, особенно в песчаном и гравийном балластах, является плотная подбивка шпал и брусьев, заправка призмы только чис­тым балластом.

Для восстановления дренирующих свойств балласта и обеспе­чения устойчивости пути при появлении признаков начинающе­гося выплеска прежде всего дают выход воде из-под шпалы на обо­чину и далее в кювет или на откос насыпи, очищая щебень за по­левыми концами шпал; в дальнейшем очищают щебень в шпальных ящиках и под шпалами на глубину не менее 10 см ниже их постели.

При песчаных и гравийных балластах с появлением вып­лесков удаляют от боковых и торцевых частей шпалы, а также из-под шпалы загрязнённый балласт на глубину не менее 5 см ниже постели; вместо удалённого засыпают чистый балласт, обеспечи­вая при этом выход воды от торцов шпал в сторону от пути.

К роме недостаточного уплотнения балласта под шпалами о т трясение шпал и выплески могут явиться следствием укладки в путь укороченных

Рис. 2.1. Образование выплеска на месте потайного толчка

шпал, деформации основной площадки земляного полотна, неисправности водоотводов, плохого качества балласта, загрязнения балласта внешними засорителями.

Приме­нение на выправочных работах специализированных машин ти­па ВПР-02, "Дуоматик 09-32", ВПРС-02, своевременное удаление загрязнителей с поверхности балластного слоя и оздоровление зем­ляного полотна значительно снижают интенсивность появления этих деформаций.

Кроме того, сложные условия работы железнодорожного пути, находящегося под силовыми воздействиями подвижного состава и производственных факторов, существенно дополняются при­родно-климатическими воздействиями: суточными и годовыми изменениями температур и влажности, атмосферны­ми осадками в виде дождей и снега, подмораживанием балласта и земляного полотна, паводковыми водами и т.д.

Следствием этих воздействий являются:

• повышение в зимний период жесткости пути, что приводит к существенному увеличению вертикальных нагрузок от ко­лёс подвижного состава на рельсы, а также и на остальные элементы верхнего строения пути;

• появление значительных температурных продольных сил в рельсах, способное привести при высоких температурах к потере устойчивости бесстыкового пути, а при низких отрицательных — к разрыву стыков;

• образование балластных или грунтовых пучин, проявляющихся в виде горбов, впадин и перепад о в, искажающих положение колеи в продольном и попереч­ном профилях не только зимой при их росте, но и весной при их спаде.

Атмосферные осадки в виде обильных дождей являются причи­ной образования выплесков даже в летнем сухом балластном слое в местах его повышенной засорённости, прежде всего в зоне рельсо­вых стыков, что приводит к возникновению под поездами просадок.

В большей степени способствует развитию деформаций и рас­стройств колеи сочетание весеннего оттаивания с атмосферными осадками, которое приводит к переувлажнению грунта основной площадки земляного полотна и образованию на ней неровностей (балластных корыт и лож). Весенние паводковые и летние ливневые воды нередко являются основной причиной смывов и сплывов откосов земляного полотна.

Немалые трудности в работе пути появляются в зимний пери--од в связи с образованием пучин.

Пучины на пути образуются в зимний период времени при за­мерзании влажных грунтов (глин, суглинков, супесей, мелких пы-леватых песков). Причиной пучинообразования может служить наличие в теле земляного полотна балластных корыт, лож, меш­ков, а также сильное загрязнение балластного слоя. В зависимос­ти от положения слоя, вызывающего неравномерное пучение, пу­чины делятся на балластные и грунтовые.

Выбор противопучинных мероприятий производят на основа­нии инструментальных наблюдений, инженерно-геологического обследования пучинного участка пути и технико-экономического сравнения возможных вариантов. Для ликвидации балла­стных пучин в зависимости от причин их возникновения про­водят следующие мероприятия: обеспечение отвода воды с повер­хности балластной призмы, обочин и из балластного слоя; приве­дение водоотводных устройств в состояние, обеспечивающее от­вод поверхностных вод от земляного полотна; очистка или заме­на загрязнённого балласта; устранение замкнутых грязевых корыт под шпалами.

Для ликвидации грунтовых пучин применяют: вырезку балластных корыт, лож и других неровностей основной площадки земляного полотна, сложенной глинистыми грунтами, или исключение их вредного влияния; устранение причин неодинаково­го промерзания вдоль пути или в поперечном направлении; выведе­ние зоны промерзания из слоя грунта, вызывающего пучины и пу­чинные просадки, или замену грунта при снятой путевой решетке; осушение грунтов в зоне промерзания и защиту их от увлажнения.

Важнейшей составляющей текущего содержания пути является система диагностирования (мониторинг) пути, включающая раз­личные средства и методы проверки и контроля состояния пути. Основными целями диагностирования состояния пути путеизме­рительными, дефектоскопными и другими средствами в сочетании с периодическими и комиссионными осмотрами являются объек­тивная оценка степени опасности для движения поездов обнару­женных отступлений от нормативов устройства рельсовой колеи и назначение мероприятий, которые необходимо провести для их ликвидации.