Залавский Н.И. Железнодорожный путь. Учеб. пособ. 2017

РОСЖЕЛДОР

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВО РГУПС)

Н.И. Залавский, Е.В. Мироненко, В.Н. Залавский

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПУТЬ

Учебное пособие

Утверждено учебно-методическим советом университета

Ростов-на-Дону

2017

УДК 625.1(07) + 06

Рецензенты: начальник ПТО Л.П. Кордубайлова (СКДИ ОАО «РЖД»); кандидат технических наук, доцент А.А. Ревякин (РГУПС)

Залавский, Н.И.

Железнодорожный путь: учеб. пособие / Н.И. Залавский, Е.В. Мироненко, В.Н. Залавский; ФГБОУ ВО РГУПС. – Ростов н/Д, 2017. – 184 с.: ил. – Библиогр.: с. 184.

ISBN 978-5-88814-820-4

Пособие раскрывает наиболее важные аспекты устройства, содержания и проектирования железнодорожного пути. Содержит информацию теоретического и практического характера, необходимую для успешного освоения курса.

Предназначено для студентов вузов железнодорожного транспорта, обучающихся по специальности «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей», магистрантов и аспирантов. Также может быть полезно для путейцев – слушателей курсов повышения квалификации. Поможет студентам не только освоить дисциплину железнодорожного пути, но и развить интерес к ней, охотно изучать сопутствующую литературу, делиться новыми знаниями с преподавателями и другими студентами.

Одобрено к изданию кафедрой «Путь и путевое хозяйство».

Учебное издание

Залавский Николай Иванович Мироненко Евгений Викторович Залавский Владимир Николаевич

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПУТЬ

Редактор Т.И. Исаева Техническое редактирование и корректура Т.И. Исаевой

Подписано в печать 29.12.17. Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 10,69. Тираж 500 экз. Изд. № 111. Заказ .

Редакционно-издательский центр ФГБОУ ВО РГУПС.

Адрес университета: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, д. 2.

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ……………………………………………………………………6

Раздел 1. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПУТЬ …………………………….. 7

Глава 1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ПУТИ ……… 7

1.1Основные сведения …………………………………………………… 7

1.2Трасса железнодорожной линии (пути) ……………………………... 8

1.3Классификация железнодорожных линий и путей …………………. 9

1.4Габариты приближения строений, погрузки, подвижного состава ...12

Раздел 2. НИЖНЕЕ СТРОЕНИЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ .. 17

Глава 1. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ВИДЫ НИЖНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ ……………………………………………….17

1.1 Основные сведения …………………………………………………… 17 1.2 Полоса отвода, охранная зона, поперечный профиль

земляного полотна …………………………………………………… 18 1.3 Конструктивные элементы земляного полотна …………………….. 20 1.4 Показатели, характеризующие конструкцию земляного полотна … 22 1.5 Поперечные профили земляного полотна …………………………... 23

Глава 2. ЗАЩИТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ….. 24 2.1 Виды защитных сооружений ………………………………………… 24 2.2 Водоотводные устройства и сооружения …………………………… 25 2.3 Укрепительные и защитные устройства и сооружения ……………. 26 2.4 Проектирование и расчёт канав ……………………………………… 27

Глава 3. ДЕФОРМАЦИИ, ПОВРЕЖДЕНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ……………………………………… 28

3.1 Основные понятия ……………………………………………………. 28

3.2 Классификация деформаций, повреждений и разрушений земляного полотна ……………………………………………………. 29

3.3 Деформации земляного полотна …………………………………….. 30 3.4 Деформации основной площадки земляного полотна ……………... 30 3.5 Оползни и сплывы откосов ………………………………………….. 33 3.6 Расползание насыпей ………………………………………………… 34

Глава 4. ОСОБЕННОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И ОСНОВНЫЕ ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НЕМУ ТРЕБОВАНИЯ 35

4.1 Особенности земляного полотна и основные требования к нему … 35 4.2 Грунты для земляного полотна ……………………………………… 36 4.3 Геосинтетические материалы, применяемые при сооружении

земляного полотна ……………………………………………………. 37 4.4 Влияние нагрузки, действующей на основную площадку

земляного полотна ……………………………………………………. 38

3

Раздел 3. ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ ..42

Глава 1. РЕЛЬСЫ И СТЫКОВЫЕ СКРЕПЛЕНИЯ ……………………. 42

1.1Рельсы …………………………………………………………………. 42

1.2Типы рельсов и их геометрические параметры ……………………. 43

1.3Рельсовая сталь ………………………………………………………. 45

1.4Маркировка рельсов …………………………………………………. 46

1.5Длины рельсов ………………………………………………………... 47

1.6Старогодные рельсы и их повторное использование ……………… 47

1.7Рельсовые стыки и стыковые скрепления …………………………... 48

1.8Стыковые зазоры ……………………………………………………... 50

1.9Болтовые, клееболтовые и сварные стыки …………………………. 51

1.10Токопроводящие и изолирующие стыки ………………………….. 53

Глава 2 ДЕФЕКТЫ РЕЛЬСОВ И РЕЛЬСОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ ……………………………………………... 55

2.1Дефекты рельсов и их виды ………………………………………….. 55

2.2Причины дефектов рельсов …………………………………………... 58

2.3Структура обозначения дефектов рельсов ………………………….. 59

2.4Методы рельсовой дефектоскопии ………………………………….. 78

Глава 3. ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ РЕЛЬСОВЫЕ СКРЕПЛЕНИЯ ………... 79 3.1 Требования к промежуточным скреплениям ………………………. 79 3.2 Классификация промежуточных скреплений ……………………… 80 3.3 Промежуточные скрепления для деревянных шпал ……………….. 81 3.4 Противоугоны, схемы их расстановки ……………………………… 84 3.5 Промежуточные скрепления для железобетонных опор ……………85

Глава 4. ПОДРЕЛЬСОВЫЕ ОСНОВАНИЯ ……………………………. 89 4.1 Общие сведения ………………………………………………………. 89 4.2 Деревянные шпалы …………………………………………………… 91 4.3 Железобетонные шпалы ……………………………………………… 94

4.4 Сроки службы шпал и брусьев ………………………………………. 96

Глава 5. БАЛЛАСТНАЯ ПРИЗМА ……………………………………… 98 5.1 Общие сведения ………………………………………………………. 98 5.2 Балластные материалы ……………………………………………….. 99

5.3Поперечные профили балластной призмы ………………………….. 101

5.4Загрязнение, засорение и сроки очистки и пополнения балластного слоя ……………………………………………………… 104

Раздел 4. УСТРОЙСТВО РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ ……………………... 106

Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСТРОЙСТВЕ КОЛЕИ

ИХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ………..106

1.1Общие сведения об устройстве рельсовой колеи ……………………106

1.2Устройство ходовой части подвижного состава ……………………. 107

Глава 2. РЕЛЬСОВАЯ КОЛЕЯ В КРИВЫХ …………………………….. 112 2.1 Расчет возвышения наружного рельса ………………………………. 112

4

2.2Устойчивость экипажа против опрокидывания …………………….. 118

2.3Нормы ширины и уширения колеи в кривых ……………………….. 119

2.4Ширина колеи в кривых ……………………………………………… 121

2.5Нормы и допуски по ширине колеи в кривых ……………………… 127

2.6Устройство пути в кривых малых радиусов ………………………… 127

2.7Устройство и расчет переходных кривых ……………………………128

2.8Разбивка переходных кривых ………………………………………... 136

2.9Укороченные рельсы на внутренней нити ………………………….. 137

2.10Уширение междупутных расстояний в кривых …………………… 139

Глава 3. РЕЛЬСОВАЯ КОЛЕЯ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЛИНИЙ140 3.1 Общие сведения о высокоскоростных линиях ……………………… 140

Раздел 5. СОЕДИНЕНИЯ И ПЕРЕСЕЧЕНИЯ РЕЛЬСОВЬІХ ПУТЕЙ 144

Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СОЕДИНЕНИЯХ

ИПЕРЕСЕЧЕНИЯХ ПУТЕЙ …………………………………… 144

1.1Классификация соединений и пересечений путей ………………….. 144

Глава 2. СТРЕЛОЧНЫЕ ПЕРЕВОДЫ ……………………………………144

2.1Одиночные стрелочные переводы …………………………………… 144

2.2Стрелка стрелочного перевода ………………………………………..147

2.2.1Рамные рельсы, рельсовые скрепления, противоугонные устройства …………………………………………………………. 153

2.2.2Механизмы управления остряками ……………………………….155

2.3Крестовинная часть стрелочного перевода …………………………. 156

2.3.1Острые крестовины ……………………………………………….. 159

2.3.2Тупые крестовины ………………………………………………… 161

2.3.3Контррельсы острых крестовин ………………………………….. 162

2.3.4Крестовины с непрерывной поверхностью катания ……………. 163

2.4Соединительная часть стрелочных переводов ……………………… 164

2.5Основания стрелочных переводов ……………………………………165

2.6Особенности конструкции скоростных и высокоскоростных стрелочных переводов ………………………………………………... 167

2.7Эпюры стрелочных переводов ……………………………………….. 169

2.8Основные нормы содержания стрелочных переводов ………………171

2.9Двойные перекрестные стрелочные переводы ……………………… 172

Глава 3. ГЛУХИЕ ПЕРЕСЕЧЕНИЯ ……………………………………... 174 3.1 Типы глухих пересечений …………………………………………… 174

Глава 4. СЪЕЗДЫ, СПЛЕТЕНИЯ ПУТЕЙ, СТРЕЛОЧНЫЕ УЛИЦЫ … 177 4.1 Съезды …………………………………………………………………. 177

4.2Съезды между непараллельными путями …………………………… 179

4.3Сплетение путей ……………………………………………………… 181

4.4Стрелочные улицы ……………………………………………………. 183

Библиографический список ……………………………………………… 184

5

ВВЕДЕНИЕ

Железнодорожный путь представляет собой комплекс инженерных сооружений и устройств, предназначенных для обеспечения движения поездов. Он состоит из верхнего и нижнего строения. К верхнему строению относятся рельсы, скрепления, стрелочные переводы, шпалы, балласт, к нижнему – земляное полотно и искусственные сооружения.

Рельсы непосредственно воспринимают нагрузку колёс подвижного состава; они имеют профиль двутавра, который наиболее целесообразен при работе на изгиб. Крепят рельсы к шпалам промежуточными скреплениями, которые сохраняют установленную ширину колеи, не допускают опрокидывания и продольного смещения рельсовых нитей. Стыковые скрепления соединяют и объединяют рельсы в непрерывную и прочную нить, места такого соединения называют рельсовыми стыками.

Шпалы служат для крепления рельсов и устройства колеи, а также для передачи давления от рельсов на балластный слой, сохраняя при этом установленную ширину колеи и устойчивость рельсового пути. Для равномерного распределения и передачи давления от шпал на земляное полотно устраивается балластный слой. Он также смягчает удары колёс о рельсы, способствует удалению воды от верхнего строения пути и препятствует перемещению шпал. Основными материалами для балласта служат щебень и карьерный гравий.

Основная задача железнодорожного транспорта – это своевременное, качественное и полное удовлетворение потребностей народного хозяйства в перевозках грузов и населения.

ОАО «РЖД» является ключевым звеном транспортной системы нашей страны и выполняет более 45 % всего грузооборота страны и более 30 % пассажирооборота.

Общая протяженность железных дорог страны составляет более 85 тыс. километров. По эксплуатационной длине железных дорог Россия уступает только США (около 225 тыс. км) и КНР (около 95 тыс. км).

В перспективных планах развития страны до 2030 года заложено строительство более 25 тыс. км новых железнодорожных линий в том числе скоростного пассажирского движения – 11 тыс. км, и тяжеловесного грузового движения – 14 тыс. км; увеличение грузонапряженности и интенсивности эксплуатации железнодорожного пути.

Для реализации запланированных объёмов перевозок будет реализован выпуск новых локомотивов и грузовых вагонов с осевыми нагрузками 27–30 т и скоростями 120–140 км/ч и потребуется разработка и внедрение новых, более мощных конструкций железнодорожного пути.

6

Раздел 1. ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПУТЬ

Глава 1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ПУТИ 1.1 Основные сведения

Путевое хозяйство – одна из главных и сложных отраслей железнодорожного транспорта. На его долю приходится более 53 % всех основных средств железных дорог. Основным объектом путевого хозяйства является железнодорожный путь.

Основное назначение железнодорожного пути – безопасный и бес-

перебойный пропуск подвижного состава с установленными скоростями движения. Достигается это текущим содержанием пути в пределах установленных норм и допусков, своевременным выявлением и предупреждением неисправностей и расстройств пути, определением и устранением причин, вызывающих эти неисправности, на основе систематического надзора и контроля за состоянием пути с помощью путеизмерительных и дефектоскопных средств.

Железнодорожный путь – это сложная инженерная система с комплексом внутренних и внешних факторов воздействий, в основе которых лежат процессы разной природы.

Железнодорожный путь состоит из двух частей (рис. 1.1): верхнего строения пути (ВСП) и нижнего строения пути (НСП).

Рисунок 1.1 – Структура железнодорожного пути

7

Каждая часть строения железнодорожного пути состоит из целого ряда сложных инженерных конструкций.

1.2 Трасса железнодорожной линии (пути)

Железнодорожная линия – технологический комплекс, включающий в себя железнодорожные пути, железнодорожные станции с полосой отвода и совокупность устройств железнодорожного электроснабжения, автоматики и телемеханики, электросвязи, здания, строения, сооружения, устройства и оборудование, обеспечивающие функционирование этого комплекса и безопасное движение железнодорожного подвижного состава.

Трассой железнодорожной линии называется ее ось, проходящая на уровне «бровок» основной площадки земляного полотна, в середине рельсовой колеи.

Бровка основной площадки земляного полотна (выемки) – это линия сопряжения основной площадки с откосом насыпи (кювета).

Откосы – это боковые наклонные поверхности насыпи (выемки).

Продольный профиль железнодорожной линии (пути) – это верти-

кальный разрез линии по трассе, развернутый на плоскость (рис. 1.2).

План железнодорожной линии (пути) – это горизонтальная проекция трассы.

Рисунок 1.2 – Общий вид продольного профиля и плана трассы железнодорожной линии

Железнодорожный путь имеет множественное функциональное назначение:

1) направлять движение колес подвижного состава (функция ВСП);

8

2)обеспечивать пространственную устойчивость рельсовой колеи

(функция ВСП);

3)воспринимать нагрузку от подвижного состава и передавать на земную поверхность (функция НСП);

4)выравнивать земную поверхность и обеспечивать необходимый план и профиль рельсовой колеи (функция НСП).

Все элементы железнодорожного пути работают слаженно в своей сложной инженерной конструкции. Главной задачей каждого из них является распределение воспринимаемой нагрузки на возможно большую площадь, чтобы таким образом снизить величину напряжений в нижележащих элементах конструкции и слоях земляного полотна.

Динамическая нагрузка (Q) от колеса подвижного состава на рельс (рис. 1.3) составляет 125 кН на площадке ≈ 3 см2 и вызывает контактные напряжения > 42 000 Н/см2, но уже в кромках подошвы рельса изгибные (изгибающие) напряжения остаются ≈ 3000 Н/см2. Рельс распределяет (передает) нагрузку на несколько шпал, тем самым снижаются напряжения в подрельсовых подкладках до 420 Н/см2, а под подкладками до 170 Н/см2. Напряжения в балласте под шпалами составляют 37 Н/см2, а под балластом на основной площадке земляного полотна снижаются до 10 Н/см2.

Рисунок 1.3 – Схема передачи нагрузки от колеса на рельс и подрельсовое основание: 1 – подшпальное основание;

2 – основная площадка земляного полотна; Q – нагрузка от колеса на рельс, кН;

Ap – площадь распределения нагрузки, см2;

Р – напряжения, Н/см2

1.3 Классификация железнодорожных линий и путей

Классификация и специализация железнодорожных линий.

Классификация железнодорожных линий осуществляется согласно Методике классификации и специализации железнодорожных линий ОАО

«РЖД» [7].

Основной характеристикой железнодорожной линии является её класс.

9

Класс железнодорожной линии – характеристика железнодорожной линии, определяемая её эксплуатационными параметрами (приведенной грузонапряжённостью и техническими скоростями движения поездов).

Класс железнодорожной линии предназначен для установления требований к устройству и содержанию при её эксплуатации.

Приведенная грузонапряжённость (густота перевозок) – показатель интенсивности перевозок, характеризующий объём работы т-км брутто в грузовом и пассажирском движении на 1 км эксплуатационной длины по- ездо-участка или железнодорожной линии, млн т-км брутто/км в год.

Поездо-участок – часть железнодорожной линии между техническими станциями (либо между тупиковой и технической станцией) с едиными весовыми нормами грузовых поездов, стабильными размерами движения и единым видом тяги.

Техническая скорость движения поезда – расстояние в километрах,

проходимое поездом за 1 час, без учёта стоянок на станциях, разъездах и обгонных пунктах как предусмотренных, так и не предусмотренных графиком движения поездов.

Классификация железнодорожных линий основывается на следую-

щих критериях (табл. 1.1):

1)годовая приведенная грузонапряженность по железнодорожной линии (поездо-участку), млн т-км брутто/км;

2)средняя за отчётный год техническая скорость движения грузовых поездов по железнодорожной линии (поездо-участку), км/ч;

3)средняя за отчётный год техническая скорость движения пассажирских (в т. ч. пригородных) поездов по железнодорожной линии (по- ездо-участку), км/ч.

Таблица 1.1 – Классы железнодорожных линий ОАО «РЖД»

Специализация железнодорожных линий определяется на основе основных технико-эксплуатационных параметров железнодорожной линии.

10