17. Железнодорожный путь в XIX-XX вв.

Железнодорожный путь – комплекс инженерных сооружений и обустройств, расположенных в полосе отвода, образующих дорогу с направляющей рельсовой колеей для движения подвижного состава.

Термин «путь» ввел профессор Н.И. Липин в публикации о строительстве железных дорог в «Журнале путей сообщения» (1840 г.).

Классификация.

Железнодорожные пути делятся на: главные, станционные и специального назначения.

Главные пути – это пути, соединяющие станции или другие раздельные пункты.

К станционным относятся приемно-отправочные, сортировочные, погрузочно-выгрузочные, ходовые, соединительные и другие пути.

Пути специального назначения – подъездные пути промышленного железнодорожного транспорта, предохранительные и улавливающие тупики.

Конструкция железнодорожного пути.

Железнодорожный путь состоит из:

 верхнего строения (рельсовая колея),

 нижнего строения (земляное полотно с укрепительными устройствами и сооружениями),

 искусственных сооружений (выемки, насыпи, мосты, тоннели).

Путь оборудуется специальными путевыми и сигнальными знаками.

 Верхнее строение пути

К верхнему строению пути относятся рельсы, шпалы, рельсовые скрепления, балластный слой (балластная призма). Все эти элементы инженерного сооружения взаимосвязаны, изменения в условиях работы одного из них отражаются на остальных элементах.

Рельсы (англ. rails, множеств. число от rail – рельс, от латинского regula – прямая палка, брусок, планка) являются наиболее ответственным элементом верхнего строения пути.

Впервые «рельсы» – простые деревянные продольные лежни-брусья появились в рудниках и угольных шахтах в XVI в. Первые металлические рельсы были изготовлены в Великобритании на чугунно-литейном заводе в Колбрукдейле Р. Рейнольдсом в 1767 г. Дорогу Рейнольдса считают родоначальницей железнодорожного пути.

Особые требования предъявлялись к материалу для рельсов. Первые рельсы были чугунными, затем перешли к изготовлению рельсов из железа, позже – из специальной рельсовой стали, качество которой определяется способом производства и химическим составом.

В России чугунные рельсы были применены в 1788 г. для рудничных и заводских путей на Александровском пушечном заводе в Петрозаводске. Со II половины XIX века начали распространяться катаные стальные рельсы (в России, например, изготавливались на Путиловском заводе в Петербурге).

При строительстве первых железных дорог применялся различный профиль рельсов. Рельсы Рейнольдса имели корытообразный (U-образный) профиль. Дж. Курр (1776 г.) применил уголковые рельсы. В 1798 г. Джессоп предложил рельс грибовидный формы. Применялись также рельсы: рыбообразный, английский двухголовый, корытообразный.

В XIX в. распространение получили две конструкции рельсов – двухголовый и широкоподошвенный. Русские инженеры выбрали широкоподошвенный рельс: такие рельсы, изготовленные на Людиновском заводе, были уложены на линии С.- Петербург – Москва. Впоследствии широкоподошвенные рельсы распространились по всем железным дорогам мира.

При строительстве железных дорог шло увеличение массы рельса (с 20-24 до 75-77 кг/м) и увеличение длины рельса. Рельсы Рейнольдса имели длину около 1,5 м. В России на железной дороге С.-Петербург – Москва укладывались рельсы длиной в 5,5 м.

С начала 1930-х гг. начали укладывать длинные рельсы (60 – 100 м); с 1950-х гг. – внедрялся бесстыковой путь. Современный бесстыковой путь, в основном, представляет собой чередование 550 – 800-метровых сварных рельсов с участками звеньевого пути уравнительных рельсов. К 2003 г. бесстыковой путь был уложен на полигоне более 50 тыс. км российских железных дорог.

Шпалы (от голланд. spalk - подпорка) – подрельсовые основания имели разнообразные формы.

Сначала рельсовые опоры изготавливались из целого куска дерева, затем использовались деревянные шпалы брусковой формы. На большинстве первых железных дорог укладывали непропитанные шпалы, их древесина выходила из строя через 8-12 лет.

В России при строительстве дороги С.-Петербург – Москва шпалы пропитывали под давлением, на Московско-Нижегородской железной дороге – медным купоросом.

В настоящее время на всех дорогах мира в путь укладываются деревянные шпалы, пропитанные антисептиком, что повышает срок их службы в 2 раза.

За рубежом применяются шпалы из деревьев твердых пород (дуб, бук). На отечественных железных дорогах – из древесины хвойных пород (в основном сосна). На ряде европейских железных дорог с 1890-х гг. применялись металлические шпалы.

В начале ХХ века были изготовлены железобетонные шпалы, которые получили широкое применение в Европе и Азии с 1950-х гг., срок их службы достигает 50 – 60 лет.

Рельсовые скрепления

Рельсошпальная решетка состоит из двух рельсов, уложенных на поперечные балки – шпалы, которые соединяются со шпалами промежуточными скреплениями с помощью костылей или шурупов.

В США, Канаде, СНГ и других странах это, как правило, костыльное соединение. В Западной Европе типовым решением является шурупное прикрепление рельса к шпале.

Новым за последние 60 лет явился переход к промежуточным скреплениям пружинного типа, применение клеммных бесподкладочных скреплений (например, на линии «Синкансен» (Япония).

Рельсы в непрерывные рельсовые нити соединяются стыковыми скреплениями. Первые стыковые скрепления состояли из плоских накладок, стягиваемых болтами. Стыки устраивали на шпалах. С 1860-х гг. стали использовать фартучные накладки.

С 1950-х гг. на отечественных дорогах стали применять двухголовые накладки, с 1990-х гг. – изолирующие стыки АПАТЭК с металлокопозитными накладками.

Основанием верхнего строения железной дороги служит балласт (от голланд. ballast).

Балластный слой может быть двухслойным или однослойным.

Чаще используется двухслойная балластная призма, состоящая из основного слоя – щебня твердых пород, и расположенной под ним песчаной или песчано-гравийной подушки. Двухслойная балластная призма была применена на Петербург-Московской  и других первых железных дорогах.

Однослойная балластная призма может быть из щебня, песчано-гравийной смеси, отходов асбестового производства, песка, ракушечника, шлака.

На мостах различаются балластная конструкция (на пролете устраиваются специальные корыта для размещения балласта) и безбалластная – мостовые брусья или плиты крепятся непосредственно на мостовые конструкции.

Особые требования к конструкции и состоянию пути предъявляются на скоростных линиях. Особенностью устройства верхнего строения пути для высокоскоростных магистралей является монолитный безбаластный железнодорожный путь.

Стрелочный перевод является важным элементом конструкции железнодорожного пути, позволяющим подвижному составу перемещаться с одного пути на другой при пересечении и соединении путей.

На многих линиях за рубежом и на первых русских дорогах укладывали стрелочные переводы с подвижными рельсами.

С середины XIX века появились остряковые стрелки с двумя подвижными остряками – прототипы современных стрелок

Совершенствование стрелки проходило в направлении улучшения конструкции остряков, их прикрепления в корне, изготовления их из высококачественной стали, применения методов термообработки.

История ширины рельсовой колеи

Важнейший параметр рельсовой колеи - ее ширина (измеряется по внутренним граням головок рельсов). Ширина колеи явилась результатом исторического процесса развития колейных дорог. Первоначально она была приспособлена к ширине колеи деревянных конных дорог, по которым двигались уличные экипажи, составляла около 5 футов. Первая железная дорога Стоктон – Дарлингтон имела ширину колеи 1372 мм, так как по этой линии пассажирские вагоны следовали с конной тягой.

При конструировании нового типа паровоза для удобного размещения парового цилиндра Стефенсону пришлось расширить колею, и на магистрали Ливерпуль – Манчестер он применил ширину колеи 1435 мм. Такая колея получила название "стефенсоновская", широко применялась в Европе и США, т.к. паровозы Стефенсона, строившиеся на его заводе, покупали многие страны. Это была не единственная колея. Железные дороги в Англии, Германии, США имели ширину колеи 1600, 1676, 1880, даже 2135 мм.

По мере развития железнодорожного строительства в середине 1840-х годов встал вопрос о создании единой сети железных дорог стран, затем и континентов. Там, где соединялись дороги с разной шириной колеи, для продолжения пути пассажирам требовалось пересаживаться из одних вагонов в другие, а грузы – перегружать.

Вопрос о ширине колеи решался на государственном уровне. В Англии в 1846 г. специальная парламентская комиссия приняла ширину колеи 1435 мм, т.к. уже более 80% железных дорог страны имели "стефенсоновскую" колею. В США решением Конгресса (1886 г.), была выбрана единая ширина колеи 1435 мм. Подготовительные и доводочные работы заняли 4 месяца, а перешивка колеи на длине в 21 тыс. км была проведена за 2 дня.

На Европейском континенте в результате межгосударственных соглашений основной стала "стефенсоновская” колея. В целом 75% железных дорог в мире имеют стефенсоновскую или как ее называют "нормальную широкую железнодорожную колею".

Железные дороги шириной колеи более 1435 мм называют ширококолейными. Таких дорог в мире – около 12%, в том числе и в России. Первая железная дорога С.-Петербург – Царское Село была построена с шириной колеи 1829 мм. Железная дорога С.-Петербург – Москва имела ширину колеи 1524 мм, эти параметры учитывались при строительстве железных дорог в стране. Ширина колеи 1524 мм стала общегосударственной на сети российских железных дорог вплоть до нашего времени (с 70-х годов XX века ширина колеи стала 1520 мм).

Железные дороги с колеей менее 1435 мм называют узкоколейными. Всего в мире около 13% с узкой колеей. Такие дороги строятся в Африке, на юго-востоке Азии, в Латинской Америке, в нашей стране –  в основном на путях промышленного транспорта.

Содержание пути

С первых лет существования железных дорог создавалась и развивалась система ведения путевого хозяйства. В России ее определяли «Правила Содержания и Охранения железных дорог» (1883 г.). Система содержания пути, его технического обслуживания, ремонта:

 дорожная рабочая артель – низовое подразделение, осуществлявшее содержание пути (состояла из 3-х человек и старшего мастера, для осмотра пути выделялись обходчики на сторожевой участок в 1,5 версты);

 околоток – объединял несколько артелей (возглавлялся дорожным мастером);

 участок – формировался из околотков;

 дистанция пути  – состоял из участков (протяженностью около 100 верст).

В СССР с 1930-х гг. начали организовывать специальные путевые колонны для производства капитальных путевых работ, машинно-путевые станции для реконструкции, капитального и среднего ремонта пути, дорожные мастерские службы пути.

В середине 1930-х гг. сформировалась структура управления путевого хозяйства:

 центральное управление пути,

 службы пути железных дорог,

 дистанции пути (протяженность – 120 км на двухпутных и до 170 км – на однопутных линиях).

В это же время началась комплексная механизация путевых работ, были созданы путевые машины и механизмы: путевой струг, балластеры, путеукладочный кран. Балластировочная машина в 1938 г. на Всемирной выставке была удостоена «Гран-при».

В 1960-е гг. был завершен переход на механизированное содержании железнодорожного пути; в 1980-х гг.  –  на машинизированное содержание пути.

К середине 1990-х гг. сформирована новая система ведения хозяйства, основанная на широкой машинизации путевых работ и внедрении ресурсосберегающих технологий.

Современная система ведения путевого хозяйства основана на классификации путей в зависимости от грузонапряженности и скоростей движения поездов – главных факторов, оказывающих влияние на работу железнодорожного пути.

Технология, организация и механизация путевых работ прошли путь от выполнения отдельных путевых работ простейшими ручными приборами и инструментами до сложных ремонтных работ и технологий.

На железных дорогах применяются комплексы современных путевых машин (для глубокой очистки и вырубки балласта, выправки пути и стрелочных переводов, машины для замены шпал, хоппер-дозаторы и др.), средства путевой диагностики (вагоны-путеизмерители, дефектоскопы и подвижные лаборатории), используются восстановительные, рельсошлифовальные поезда, локомотивы-рельсосмазыватели и другая техника.