13.2. Вимоги до стабільності залізничної колії. Класифікація машин для ущільнення баластної призми і виправки колії, сфера їх застосування.

13.2.1. Поведінка ршр і баластного шару при дії навантаження

В процесі експлуатації залізничної колії на решітку діє поїзне навантаження, яке передається на баластний шар і викликає його пружні та пластичні (залишкові) деформації. З плином часу деформації накопичуються, як правило, нерівномірно по довжині колії (рис 13.4). Положення рейко-шпальної решітки (РШР) вимірюються спочатку в межах відхилень першого ступеня допусків, а потім і за межами допусків (дійсне положення), тобто спостерігаються відхилення колії, що спричиняють експлуатаційні обмеження (швидкості потягів, тощо.). Для забезпечення плавного та безпечного руху потягів періодично потрібно встановлювати колійну решітку в проектне положення (проводити виправку) й одночасно фіксувати положення РШР шляхом ущільнення баластного шару (проводити підбивання баласту). В колійному господарстві ці технологічні операції виконуються машинами та механізмами для ущільнення та стабілізації баластного шару, виправки та оздоблення колії.

Рис. 13.4 Положення рейко-шпальної решітки в прямокутній системі координат 0XYZ

Елементи верхньої будови залізничної колії (рейки, рейкові скріплення, шпали і баластний шар), мають призначення пружно сприймати і перерозподіляти на основний майданчик земляного полотна статичні і динамічні навантаження від рухомого складу. При дії навантаження від колісної пари P_кп=100−250 кН напруга на основу площину земляного полотна, що передається через баластний шар, не повинно перевищувати всього _сл=0,05−0,08 МПа (рис. 13.5).

а)	б)
Рис. 13.5 а) - розподіл тиску від колісної пари через колійну решітку на баластний шар та основу площадки земляного полотна; б) – графік накопичення залишкових деформацій колії в залежності від пропущеного тоннажу брутто

В результаті такої силової дії у баластному шарі відбувається зношування, руйнування і зміни взаємних положень часток, що складають його, реалізуються його пружні і залишкові деформації і, як наслідок, змінюється положення рейок в подовжньому профілі (просідання), плані (зсування) і по рівню (перекоси). Пружні деформації проявляють себе тільки під навантаженням. Залишкові деформації в період експлуатації накопичуються нерівномірно по довжині колії, тому періодично необхідно виправляти його положення, виконуючи роботи по виправці колії в подовжньому профілі, в плані і по рівню з одночасним ущільненням баласту в підшпальній зоні, укісноплечовій зоні і в шпальних ящиках.

Стабілізація - приведення баластного шару в постійний стійкий до статичної і динамічної силової дії стан. Найбільш поширений спосіб стабілізації - ущільнення. Ущільнення - процес підвищення щільності баластного матеріалу (щебінь, гравій, пісок) за рахунок збільшення концентрації часток в одиниці об'єму, що відповідає більше впорядкованому по розташуванню і формі їх просторовій побудові (текстурі) при силовій дії.

Залишкові деформації рейкових ниток (див. рис. 13.5, б) нерівномірно накопичується і від пропущеного тоннажу. Це дає змогу виділити з загального «часу життя» баластного шару періоди: Т₁ – стабілізації з інтенсивним поступово затухаючим накопиченням просідань; Т₂ – нормальної експлуатації, коли просідання накопичуються помалу; Т₃ – експлуатація з поступовим збільшенням залишкових деформацій та Т₄ – аварійний період, який може закінчитись закриттям ділянки для руху потягів.

Після досягнення граничного стану (E_у≈E_п) (осідання ущільнення осідання ≈ пружних деформацій) баласт повністю втрачає здатність далі ущільнюватись, при цьому досягає максимуму несучої здатності. Якщо навантаження на об'єм баласту не перевищують граничних значень, то він тривало зберігає свій стабільний стан, настає стадія течії, що встановилася [13]. Зв'язки між частками щебня в шарі стають стійкими, отримана текстура ущільнення тривало зберігається. Баластний шар дуже повільно накопичує деформації. Вони обумовлені в основному подрібненням часток баласту і накопиченням забруднень в призмі, що призводять до поступового послаблення контактів між частками і зниження її несучої здатності – період нормальної експлуатації T₂.

Третя стадія – стадія руйнування. Спочатку відбувається збільшення швидкості накопичення пластичних деформацій без істотного руйнування тіла призми (перед ремонтний період T₃), а потім спостерігається в'язке руйнування тіла призми зі швидкою втратою здатності опиратись навантаженням (період аварійної експлуатації T₄). Стадія руйнування може настати і після перевищення граничних навантажень. У разі замкнутого об'єму відбувається руйнування самих часток (виходить своєрідна "ступа"), а якщо основа опирається недостатньо, то відбувається переміщення мас баластного матеріалу в прилеглі об'єми з руйнуванням сформованого ядра ущільнення. Текстура стає менш упорядкованою