• Искусственные сооружения

Искусственные сооружения обеспечивают возможность пересечения железной дорогой водных преград, других железнодорожных линий, автодорог, глубоких ущелий, горных хребтов, застроенных городских территорий, а также безопасный проход людей через пути и устойчивость земляного полотна в сложных геологических и гидрологических условиях.

К искусственным сооружениям относятся мосты, трубы, тоннели, подпорные стены, регуляционные сооружения, галереи, селеспуски и др.

При пересечении железной дорогой рек, каналов, ручьев и оврагов сооружают мосты или трубы. Мост (рис.9) состоит из пролетных строений, являющихся основанием для пути, и опор, поддерживающих пролетные строения и передающих давление на грунт. Береговые опоры моста называют устоями, а промежуточные – быками. Мост разделяется опорами на пролеты. Пролетные строения включают в себя главные фермы, соединяющие их конструкции, проезжую часть и мостовое полотно. В фермах различают верхний и нижний пояса, к одному из которых прикрепляют поперечные балки, а к ним – продольные балки, образующие проезжую часть. Если проезжая часть располагается на уровне верхнего пояса, мост называют с ездой поверху, а если на уровне нижнего пояса – с ездой понизу. Разновидностями мостов являются путепроводы, виадуки и эстакады.

Путепроводы (рис. 10) строят в местах пересечения железных и автомобильных дорог или двух железнодорожных линий. Они обеспечивают независимый и безопасный пропуск транспорта благодаря пересечению дорог на разных уровнях.

 

Рис. 9. Мост

Рис. 10. Путепровод

 

Виадуки (рис. 11) сооружают вместо обычной высокой насыпи при пересечении железной дорогой глубоких долин, оврагов и ущелий.

Эстакады (рис. 12) создают вместо больших насыпей в городах, где они меньше стесняют улицы и обеспечивают проезд и проход под ними, а также возводят на подходах к большим мостам через реки с широкими поймами при разливе воды.

 

Рис. 12 Виадук

Рис. 13 Эстакада

 

Трубы (рис. 14) применяют при пересечении железной дорогой небольших водотоков и суходолов. По виду материалов различают каменные, металлические, бетонные и железобетонные трубы. Широкое распространение получили сборные железобетонные трубы из отдельных звеньев, разделенных деформационными швами. Затраты на сооружение и содержание труб значительно меньше, чем мостов. На выходах и входах трубы имеют оголовки, расширяющиеся в направлениях от трубы. Существуют и безоголовочные металлические гофрированные трубы. Они дешевле и легче железобетонных, не имеют фундамента, что позволяет значительно сократить сроки строительства. С увеличением высоты насыпи возрастает длина трубы и ее стоимость.

Тоннель (рис. 15) представляет собой искусственное сооружение для прокладки пути под землей. Их сооружают при пересечении горных хребтов вместо глубоких выемок. Кроме этого, тоннели сооружают для безопасного прохода людей на станциях. Транспортные тоннели подразделяют на горные, подводные и городские.

Подпорные стены служат для обеспечения устойчивости откосов земляного полотна на крутых косогорах, берегах рек и морей (рис. 16).

Регуляционные сооружения (рис. 17) устраивают при подходах к большим мостам для защиты опор от подмыва при паводках и повреждения льдом. Они состоят из направляющих грушевидных и шпоровидных дамб и траверс, откосы которых со стороны реки укрепляют каменным мощением или бетонными плитами.

 

Рис. 17. Регуляционные сооружения:  1 – грушевидная дамба; 2 – траверсы; 3 – шпоровидная дамба; 4 – голова дамбы

Противообвальные галереи (рис. 18) устраивают в местах возможных обвалов, а в местах возможного схода грязекаменных (селевых) потоков – селеспуски (рис. 19).

 

Рис.18. Противообвальная галерея

Рис. 19 Селеспуск

 

Наиболее распространенными видами искусственных сооружений являются мосты и трубы (более 92 %). Протяженность искусственных сооружений составляет в среднем менее 1,5 % общей длины пути, однако их доля в стоимости железной дороги равна почти 10 %. Поэтому их проектируют в расчете на длительный срок. Основные требования к искусственным сооружениям – обеспечение безопасности и бесперебойности движения поездов с установленной скоростью, простота и низкая стоимость устройства и содержания.

• ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ ПУТИ

Назначение, составные элементы и типы верхнего строения пути

 

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

Верхнее строение пути представляет собой комплексную конструкцию, включающую в себя балластный слой, шпалы, рельсы, рельсовые скрепления, противоугоны, стрелочные переводы, глухие пересечения, мостовые и переводные брусья. Соединение рельсов и шпал называется рельсошпальной решеткой. При укладке рельсошпальной решетки на балласт, шпалы заглубляются в балластный слой, который укладывается на основную площадку земляного полотна. Толщина балластного слоя и расстояние между шпалами должны быть такими, чтобы давление на земляное полотно не превышало величины, обеспечивающей его упругую осадку, исчезающую после снятия нагрузки. Верхнее строение пути, подверженное воздействию неблагоприятных факторов (проходящих поездов, атмосферных осадков, колебаниям температуры и т. д.) должно быть устойчивым, прочным, долговечным и экономичным. 

Тип верхнего строения пути зависит от класса путей, который определяется грузонапряженностью, а также максимально допустимыми скоростями движения пассажирских и грузовых поездов. По грузонапряженности все пути подразделяют на пять групп, обозначаемых буквами Б-Е, а по допустимым скоростям – на семь категорий, обозначаемых цифрами 1–7. Классы путей, представляющие собой сочетание групп и категорий, обозначаются цифрами от 1 до 5.

Пути, для которых установлена максимальная скорость движения более 140 км/ч, относятся к внеклассным; их укладку и обслуживание осуществляют в соответствии со специальными техническими условиями.

Принадлежность пути к соответствующему классу, группе и категории обозначается сочетанием цифр и буквы: первая цифра – класс пути, затем буква – группа пути, цифра после буквы – категория пути. Например, обозначение 2Б4 говорит о принадлежности пути ко второму классу, группе Б и категории 4.

На главных путях первого и второго класса укладываются новые термоупрочненные рельсы массой 65 кг/пог. М, новые рельсовые скрепления, железобетонные или пропитанные деревянные шпалы и щебеночный балласт на песчаной подушке. Все элементы верхнего строения путей, относящиеся к пятому классу, обычно представляют собой старогодные элементы, ранее использовавшиеся на путях более высоких классов. На путях других классов укладывают как новые, так и бывшие в употреблении годные элементы верхнего строения пути.

 

• БАЛЛАСТНЫЙ СЛОЙ

Основным назначением балластного слоя является:

     восприятие давления от шпал и равномерное распределение его по основной площадке земляного полотна;

  обеспечение устойчивости шпал, находящихся под воздействием вертикальных и горизонтальных сил, упругости подрельсового основания и возможности выправления рельсошпальной решетки в плане и профиле;

     отвод поверхностных вод от рельсошпальной решетки.

Во избежание переувлажнения основной площадки земляного полотна балластный слой не должен задерживать на своей поверхности воду.

Материал для балласта должен быть прочным, упругим, устойчивым под нагрузкой и атмосферными воздействиями, а также дешевым. Кроме того, он не должен дробиться при уплотнении, пылить при проходе поездов, раздуваться ветром, размываться дождями и прорастать травой. В качестве балласта используются сыпучие, хорошо дренирующие упругие материалы: щебень, гравий, песок, ракушечник. Лучшим материалом для балласта является щебень из естественного камня, валунов и гальки.

Щебень хорошо пропускает воду, не смерзается в зимнее время года, оказывает в 1,5 раза большее сопротивление продольному сдвигу, допускает в 2 раза большее вертикальное давление по сравнению с песчаным балластом и обеспечивает больший срок службы балласта, чем любой другой материал. Однако, щебень быстрее загрязняется различными сыпучими материалами (уголь, шлак, торф, руда и т. п.), просыпающимися на путь при перевозках. Для предохранения от загрязнения и уменьшения расхода щебень укладывают на песчаную подушку.

Гравийный и гравийно-песчаный балласт получают в результате разработки естественно образовавшихся отложений гравия и крупнозернистого песка. Такой балласт дешевле щебня, меньше загрязняется, но вместе с тем менее устойчив к нагрузкам, хуже пропускает воду и может смерзаться в зимнее время года.

Ракушка как балласт, имеет местное значение, и используется лишь на линиях с малым грузооборотом.

Песчаный балласт является наихудшим, поэтому его применяют на линиях с малым грузооборотом, станционных путях и в качестве материала для подушки, создаваемой под щебеночным балластом.

Все основные направления сети железных дорог Росси имеют на главных путях щебеночный балласт. В процессе эксплуатации балласт загрязняется, что ухудшает его дренирующие свойства. В связи с этим щебеночный балласт периодически очищают, а гравийный и песчаный заменяют и пополняют.

• ШПАЛЫ

Шпалы являются наиболее важным видом подрельсовых оснований и служат для восприятия давления от рельсов и передачи его на балластный слой. Кроме того, шпалы предназначены для крепления к ним рельсов и обеспечения постоянства ширины колеи.

Необходимо, чтобы шпалы были упругими, прочными и дешевыми, а также обладали достаточно высоким электрическим сопротивлением. Материалом для шпал служат дерево, железобетон и металл.

Достоинством деревянных шпал являются легкость, упругость, простота изготовления, удобство крепления рельсов, высокое сопротивление протеканию тока в рельсовых цепях. К недостаткам таких шпал относятся небольшой срок службы и значительный расход древесины. Для продления срока службы деревянные шпалы пропитываются масляными антисептиками.

По форме поперечного сечения деревянные шпалы бывают обрезные, опиленные с четырех сторон, полуобрезные, у которых опилены три стороны и необрезные, имеющие опиленные поверхности только сверху и снизу .

В зависимости от назначения деревянные шпалы изготавливают трех типов. Шпалы I типа предназначены для главных путей магистральных железных дорог, II типа – для станционных и подъездных путей, III типа – для путей промышленных предприятий. Стандартная длина деревянных шпал 2750 мм. Для особо грузонапряженных участков длина шпал составляет 2800 мм.

Шпалы имеют разную длину (в пределах, разрешенных государственным стандартом отступлений от нормы), поэтому концы их с одной стороны пути (на двухпутных участках с откосной стороны) укладывают с одинаковой величиной выступа относительно рельса.

Про такую технологию принято говорить "выравнивают торцы по шнуру".

Недостатком деревянных шпал является сравнительно небольшой срок службы, особенно на участках с высокой грузонапряженностью. На заготовку шпал идет лес в возрасте 80-100 лет, при этом срок их службы около 17 лет.

По форме поперечного сечения деревянные шпалы изготавливают двух видов: А - обрезные, то есть пропиленные со всех четырех сторон, и Б - необрезные, у которых пропилены верхние и нижние постели.

ГОСТ 78-2004 на шпалы устанавливает форму сечения, размеры шпал, допускаемые отклонения от установленных размеров, требования к качеству шпал. Этим стандартом установлены три типа шпал в зависимости от назначения:

I - для главных путей 1-го и 2-го классов, а также для путей 3-го класса при грузонапряженности более 50 млн. т*км брутто/км в год при скоростях движения поездов более 100 км/ч

II - для главных путей 3-го и 4-го классов, подъездных путей с интенсивной работой, приемоотправочных и сортировочных путей на станциях

III - для любых путей 5-го класса, в том числе станционных, малодеятельных подъездных и прочих путей с маневрово-вывозным характером движения

В зависимости от вида рельсового скрепления железобетонные шпалы подразделяют на два типа: Ш1 – для раздельного клеммно-болтового скрепления типа КБ с болтовым соединением подкладки со шпалой, Ш-3 –для скрепления ЖБР-65, ШС-АРС-для анкерно-рельсового скрепления. 

Шпалы для скрепления ЖБР-65 Для рельсовых скреплений ЖБР-65 изготавливают специальные шпалы Ш-3. В отличие от шпал под скреплением КБ в них изменены места расположения каналов под закладные болты, а также установлены пустотообразователи, скомпонованные с седловыми шайбами. Пустотообразователи, изготовленные из морозостойкого полипропилена, обеспечивают надежную электроизоляцию шпалы от рельса и элементов скрепления, а закладные шайбы надежное закрепление закладных болтов при значительных усилиях их затяжки.

Существенным преимуществом железобетонных шпал по сравнению с деревянными является то, что они не подвергаются гниению и имеют значительно большую прочность на сжатие. Кроме того, железобетонные шпалы лучше обеспечивают равноупругость рельсовых опор, наблюдается большая плавность движения поездов, создаются лучшие условия для работы бесстыкового пути вследствие большой поперечной его устойчивости.

Недостатком железобетонных шпал является их большая жесткость, которую приходится компенсировать укладкой дополнительных упругих прокладок между верхней поверхностью шпалы и металлической прокладкой или рельсом. Другой недостаток - повышенная электропроводность, что требует придания скреплениям рельсов со шпалами электроизоляционных свойств.

Металлические шпалы не получили распространения из-за значительного расхода металла, высокой электропроводности, большой жесткости и т. д.

Порядок расположения шпал по длине рельсового звена называют эпюрой. На железных дорогах России применяют три эпюры, соответствующие укладке 1600, 1840 и 2000 шпал на 1 км пути.

• РЕЛЬСЫ

Рельсы предназначены для направления движения колес подвижного состава, восприятия нагрузки от него и передачи ее на шпалы. Кроме того, на участках с автоблокировкой рельсы служат проводниками сигнального тока, а при использовании электротяги – проводниками обратного тягового тока.

Рельсы должны быть прочными, долговечными, износоустойчивыми, твердыми и в то же время нехрупкими, так как они воспринимают ударно-динамическую нагрузку. Их изготавливают из высокопрочной углеродистой стали.

В зависимости от массы и поперечного профиля рельсы подразделяют на типы: Р50, Р65 и Р75. Буква «Р» означает рельс, а число – округленное значение массы, кг одного погонного метра рельса. Выбор типа рельсов зависит от грузонапряженности линии, нагрузок и скоростей движения поездов.

Поскольку наибольшее воздейст­вие на рельс оказывает вертикальная нагрузка, стремящаяся изогнуть его, рациональной формой рель­са считается двутавровая (рис. 4.5), одновременно обеспечивающая и меньший расход ме­талла.

Рельсы выпускают стандартной длины 25 м. Кроме того, для укладки в кривых изготавливают укороченные рельсы длиной 24,92 и 24,84 м. В качестве уравнительных рельсов для бесстыкового пути и в зоне укладки стрелочных переводов используют рельсы преж­ней стандартной длины 12,5 м и укорочен­ные длиной 12,46; 12,42 и 12,38 м.

Срок службы рельсов определяется числом тонн брутто проследовавшего по ним груза до их перекладки и в среднем для рельсов Р65 составляет 500 млн. т, а для Р50 – 350 млн. т. Срок службы рельсов Р75 примерно на 30 % больше, чем у рельсов Р65. После истечения срока службы, рельсы снимают, сортируют, ремонтируют и вновь укладывают в путь, но на менее напряженные участки пути. Таким образом, срок службы рельсов продлевается.

Кроме того, продление срока службы рельсов достигается комплексом взаимосвязанных мер: увеличением их массы, повышением качества рельсовой стали, ее термоупрочнением и легированием, совершенствованием поперечных профилей рельсов, улучшением условий их работы посредством создания бесстыковых путей, шлифования поверхности качения, нанесения смазки на боковую рабочую грань головки рельса в кривых и др.(1048г) высота 7м

По типам: рельс Р-50; рельс Р-65; рельс Р65 К; рельс Р75. По категориям качества: термоупрочненные высшего качества — В; термоупрочненные — Т1, Т2; нетермоупрочненные — Н. По наличию болтовых отверстий: с отверстиями на обоих концах; без отверстий. По способу выплавки стали: мартеновская сталь — М; конвертерная сталь — К; электросталь — Э. По виду исходных заготовок: из слитков; из непрерывно-литых заготовок (НЛЗ). По способу противофлокенной обработки: из вакуумированной стали; прошедшие контролируемое охлаждение; прошедшие изотермическую выдержку. По назначению: крановые рельсы КР70, КР80, КР100, КР120, КР140 — ГОСТ 4121-96; рельсы железнодорожные узкой колеи Р11, Р18, Р24 — ГОСТ 6368-82; рельсы для путей промышленного железнодорожного типа РП50, РП65, РП75 — ГОСТ Р 51045-97; железнодорожные ширококолейные рельсы Р-50, Р65, P75. Схема обозначения рельса: тип рельса, категория качества, марка стали, длина рельса, наличие болтовых отверстий, стандарт.