Краткий исторический обзор возникновения и развития железнодорожного транспорта в России и за рубежом 31 страница

Участки железных дорог, пролегающие по подножию горных склонов, могут подвер­гаться разрушениям селевыми потоками (грязекаменный поток), борьба с которыми ве­дется путем осушения и укрепления почвы горных склонов, устройства каменных стен, задерживающих потоки. Иногда сооружаются специальные галереи (селеспуски).

Для отвода от земляного полотна грунтовых вод применяют различные устройства: вер­тикальные, горизонтальные и комбинированные открытые дренажи (канавы, лотки); закры­тые дренажи (траншеи, штольни). Простейшими видами горизонтального открытого дрена­жа является дренажная канава и лотки (железобетонные, бетонные, каменные, деревянные).

Из закрытых дренажей наи­большее распространение получили подкюветные дренажи (рис. 9.4) для понижения уровня грунтовых вод под основной площадкой земляного полотна галереи (рис. 9.5) и штоль­ни (при глубине траншеи более 10 м).

Откосы земляного полотна укреп­ляют посевом трав, одерновкой, моще­нием камнем, покрытием фашинами.

Для защиты откосов от разрушения волнами, льдинами и от выдувания грунта вет­ром (степи, пустыни) их укрепляют кустарниками с мощной корневой системой, Для за­щиты от сильных ударов льда применяют габионы (проволочные ящики с камнем), свя­занные между собою проволокой.

9.2. Искусственные сооружения

Искусственные сооружения возводятся на пересечениях железных дорог с реками, уще­льями, другими дорогами, с обвалоопасными или лавиноопасными участками. К ним от­носят мосты, виадуки, эстакады, путепроводы, водопропускные трубы, фильтрующие на­сыпи, лотки, дюкеры, тоннели, подпорные стенки, противообвальные галереи, дамбы, бар- ражи, трансбордеры.

Мосты устраиваются при пересечении железных дорог с реками, каналами, ручьями, ущельями, оврагами. Они бывают каменные, металлические, бетонные, железобетонные и деревянные. Мост (рис. 9.6) состоит из опор и пролетных строений балочной, арочной или висячей конструкции. Они могут быть разводными или подвешенными для пропуска судов на крупных реках. Береговые опоры моста называются устоями, а промежуточные — быка­ми. Нижняя часть устоев, находящихся в земле называется фундаментом, а верхняя часть, на которую устанавливаются пролетные строения, — исходной частью. Конец насыпи вокруг устоев моста называется конусами и обычно тщательно укрепляется от размыва.

Мосты бывают также одно-, двух-, трех- и многопролетными (по числу промежуточ­ных опор). Расстояние в свету между противоположными устоями однопролетного моста называется отверстием моста. В многопролетных мостах отверстием моста является сумма расстояний между отдельными опорами.

Пролетное строение моста состоит из главных ферм, свя­зей между ними, проезжей час­ти и мостового полотна, вклю­чающего в себя рельсы, шпалы, балласт, деревянные или метал­лические поперечины, охран­ные и противоугонные устрой­ства, боковые тротуары, на­стил, перила, системы водоот­вода, обогрева, освещения.

Рис. 9.5. Дренажная галерея

Путь на пролетных строениях укладывается на щебеночном балласте, на деревянных попе­речинах или металлических по­перечниках (особо крупные ме­таллические мосты), на железо­бетонных плитах.

При расположении проез­жей части моста на уровне верх­него пояса фермы мост называет­ся с «ездой поверху» (рис. 9.6, а); при расположении на уровне нижнего пояса — «с ездой пони­зу» (рис. 9.6, б). Мост с ездой по­середине показан на рис. 9.6, в, а висячий мост — на рис. 9.6, г.

Все железнодорожные мос­ты подразделяются на классы в зависимости от их грузоподъ­емности, под которой понимается наибольшая нагрузка, которую может выдержать мост при условии обеспечения безопасности движения поездов.

Для прокладки железнодорожного пути в горной местности строятся тоннели вместо возведения дорогостоящих высоких насыпей или очень глубоких выемок. Тоннели, пред­ставляющие собой горизонтальное или наклонное подземное сооружение, строят под один, а иногда под два пути. По значимости они, как и мосты, — наиболее ответственные и дорогие искусственные сооружения в путевом хозяйстве, а по условиям эксплуатации — сложнее мостов. В плане тоннель может располагаться на прямой и на кривой, в ряде слу­чаев строят петлевые и спиральные тоннели. Продольный профиль тоннелей может быть одно- и двухскатным (с уклоном в обе стороны от середины тоннеля). По условиям водо­отвода расположение тоннеля на горизонтальных участках не допускается. При большой длине и расположении тоннеля на кривых требуется снижение уклона пути.

Около половины всех искусственных сооружений составляют трубы (рис. 9.7) диамет­ром от 2 до 6 м, в насыпях при проходе через них малых водотоков, действующих периоди­чески. Наряду с одоноочковыми трубами применяются двух- и трехочковые трубы, а в от­дельных случаях — и четырехочковые. Трубы применяют также при прокладке местных до­рог через насыпь. Трубы бывают бетонные, железобетонные, каменные и металлические.

На пересечении железной дороги с глубокими оврагами, лощинами, горными ущель­ями строятся виадуки (рис. 9.8). Виадуки делают многопролетными на высоких опорах, часто на уклонах и криволинейных участках пути вдоль склона горы. Виадуки бывают арочные, балочные и рамные, изготавливаются из камня, бетона, железобетона и металла.

ВИСЯЧ ИИ мост

Вместо высоких насыпей строятся также мосты-эстакады и акведуки (рис. 9.9), т.е. мосты с лотками под водоток (оросительный канал, водопровод). Для пропуска малых водотоков, например оросительных каналов, под путем в неглубоких выемках дела­ют дюкеры (рис. 9.10) с колодцами по его концам. На крутых косогорах, а также у берегов рек и морей строятся подпорные стенки из камня, бетона, железобетона. Они могут быть монолитными или сборными (из свай, стоек, плит).

В местах пересечения рек для предохранения земляного полотна и искусственных со­оружений от размывов устраиваются дамбы и траверсы. Дамбы отводят поток воды от насыпи, предохраняют от подмыва береговые устои и обеспечивают более спокойный про­ход высоких вод через отверстие моста. Траверсы сооружаются с обеих сторон насыпи для предотвращения течения воды вдоль насыпи.

9.3. Верхнее строение пути

Верхнее строение пути предназначено для восприятия вертикальных и горизон­тальных нагрузок от колес подвижного состава и передачи их на нижнее строение пути, а также для направления движения колес по рельсовой колее. Оно состоит из рельсов, шпал, балластного слоя, скреплений, противоугонов, стрелочных переводов, глухих пересечений, мостовых и переводных брусьев.

Верхнее строение пути должно обеспечивать безопасное движение поездов с ус­тановленными максимальными скоростями движения; его элементы должны быть прочными и устойчивыми в работе и обладать большим сроком, быть простыми и экономичными в изготовлении, ремонте и эксплуатации.

Рельсы со шпалами и скреплениями образуют рельсо-шпальную решетку с шириной колеи 1520 мм участков пути на прямых и кривых с радиусами выше 350 м (расстояние между внутренними гранями головок рельсов). На кривых с радиусами от 349 до 300 м ширина колеи равна 1530 мм, а при радиусах от 299 м и менее— 1535 м.

9.3.1. Рельсы

Рельсы предназначены для направления колес подвижного состава, восприятия упругой переработки и передачи нагрузок от колес на подрельсовое основание. На участках с электрической тягой и автоблокировкой рельсы, кроме того, должны вы­полнять функцию проводника электрического тока.

Тип рельсов определяется массой рельса длиной 1 м. На главных путях железных до­рог России уложены рельсы типов Р50, Р65 и Р43. В настоящее время укладываются в ос­новном рельсы Р65 (рис. 9.11).

Рельс состоит из головки У, шейки 2 и подошвы 3. Основные характеристики типов рельсов приведены в табл. 9.1.

Рис. 9.11. Рельс типа Р65

Поверхность качения головки рельса для центральности передачи нагрузки от ко­леса имеет выпуклое криволинейное очертание. Стандартная длина рельсов на сети железных дорог России равна 25 м, а для укладки на внутренних нитях кривых изготав­ливаются укороченные рельсы длиной 24, 92 и 24,84 м. Для уменьшения числа стыков рельсы свариваются в плети длиной 800 м и более.

Для обеспечения большей износостойкости и долговечности рельсы изготавлива­ются из мартеновской высокоуглеродистой стали с термической обработкой по всей длине путем объемной закалки в масле с последующим отпуском в печи. Срок службы таких рельсов в 1,3—1,5 раза выше, чем незакаленных рельсов. В настоящее время со­зданы рельсы низкотемпературной надежности Р65, объемно-закаленные I группы из ванадий- ниобий-боросодержахцей электростали с использованием для легирования стали азотированных ферросплавов. Такие рельсы предназначены для железных дорог Сибири и Дальнего Востока,

где температура воздуха зимой может достигать -45 50 °С. В настоящее время российские

рельсы являются одними из лучших в мире. Однако рельсы, выпускаемые в Японии, Франции, Швеции и Канаде, имеют более низкий уровень собственных напряжений и большую чистоту рельсовой стали, а также прямолинейность. Поэтому сейчас Россия начала закупать такие рель­сы за рубежом для укладки их на высокоскоростных участках железных дорог.

9.3.2., Рельсовые стыки и рельсовые скрепления

Места соединения рельсов между собою называются стыками, которые бывают бол­товые, клееболтовые и сварные. В болтовых стыках (рис. 9.12) между стыками рельсов имеются зазоры для возможности изменения длины рельсов при изменении температуры их нагрева.

Рис. 9.! 2. Стыковое и промежуточное костыльное скрепление рельсов типа Р50: / — рельсовый соединитель; 2 — двухголовая накладка; 3 — противоугон; 4 — подкладка; 5 — путевой болт; 6 — пружинная шайба;

7 — гайка

В клееболтовых стыках накладки приклеиваются к рельсам специальным клеем и стя­гиваются между собой через шейку рельса ботами. В сварных стыках обеспечивается не­прерывность рельсовых нитей в пределах одной рельсовой плети.

По отношению к опорам (шпалам) различают стыки на шпале, навесу и на сдвоенных шпалах. Всеобщее распространение получили стыки навесу, как более упругие, что обеспе­чивает снижение силы удара колеса на стыках.

На участках автоблокировки и с электрической тягой для уменьшения сопротивления прохождения сигнального тока через стык ставят стыковые соединения (две оцинкован­ные проволоки диаметром 5 мм), а для пропуска по рельсам обратного тягового тока с минимальным сопротивлением в стыках ставят приварные соединения из медного троса сечением 70 мм² при постоянном и 50 мм² при переменном токе.

В створе с входными, выходными, проходными и маневровыми светофорами на стре­лочных переводах устанавливаются изолирующие стыки для предотвращения прохода элект­ротока от одного из соединенных рельсов к другому. На дорогах России наибольшее рас­пространение получили изолирующие стыки с металлическими объемлющими накладками. Изоляция рельсов достигается постановкой специальных прокладок под накладки и под­кладки, а также втулок из фибры, текстиля или полиэтилена на соединительные болты. В зазор между рельсами также вставляется изолирующая прокладка.

Для крепления рельсов к шпалам применяются промежуточные скрепления, которые бывают подкладочными и бесподкладочными (без металлических подкладок под рельса­ми). Кроме того, бывают не противоугонные скрепления, у которых прикрепители не со­здают достаточного нажатия на подошву рельса и тем са­мым не обеспечивают необходимой продольной связи рель­са со шпалами, а также противоугонные, у которых с по­мощью упругих элементов создается необходимое нажатие на подошву рельса, предотвращающее его проскальзыва­ние по шпалам под проходящими поездами. При непроти­воугонных скреплениях на подошве рельса укрепляется дополнительное устройство (противоугон), препятствую­щее продольной сдвижке рельсов. Наибольшее распрост­ранение получили пружинные противоугоны (рис. 9.13),

Рис. 9.13. Пружинный противоугон которые ставятся в количестве 18—44 пар на 25-метровом

рельсовом звене (два рельса).

Противоугонные скрепления бывают болтовыми и безболтовыми. Подкладочные скрепле­ния подразделяются на раздельные, нераздельные и смешанные. В раздельном скреплении рельс к подкладке и подкладка к шпале прикрепляются разными прикрепителями, а в нераздельном скреплении рельс с подкладкой соединяется со шпалой одними и теми же прикрепителями. В смешанном скреплении рельс через подкладку соединяется со шпалой, а подкладка, кроме того, самостоятельно прикрепляется к шпале. На пути с деревянными шпалами в настоящее вре­мя применяются смешанное скрепление типа ДО (рис. 9.14) и раздельные скрепления типов КД и Д4, (рис. 9.15), в которых рельс прижат к подкладке двумя клеммами с помощью натяжных бол­тов. При скреплениях типа ДО на прямых и кривых радиусом больше 1200 м рельсы пришиваются костылями на каждом конце промежуточной шкалы четырьмя костылями, а на стыковой шпале пятью костылями. В кривых радиусами менее 1200 м, на мостах, в тоннелях и на участках скорост­ного движения свыше 120 км/ч на всех шпалах рельсы прошиваются пятью костылями.

На пути с железобетонными шпалами применяются раздельное скрепление типа КБ (рис. 9.16), подкладочное, нераздельное скрепление типа БП (рис. 9.17, я) и бесподкладочное типа ЖБР (рис. 9.17, б). Предполагается также применять в дальнейшем анкерное рельсовое скрепление (АРС), характеризующееся высокой надежностью и стабильностью рельсовой колеи, малодетальностью (отсутствуют резьбовые детали), простотой сборки и эксплуата­ции, экономичностью (экономится около 15 т металла на каждом километре пути).

костыль основной;

Рис. 9.15. Раздельные скрепления КД {а) и Д4 (б) для деревян­ных шпал: 1 — двухвитковая шайба; 2 — шуруп; 3 — подклад­ка; 4 — клеммный болт; 5 — клемма; б — подрельсовая прокладка; 7 — прокладка под подкладку

Рис. 9.14. Промежуточное смешанное скрепление ДО для деревянных шпал: 1 —

обшивочный

Скрепление АРС-4 показано на рис. 9.18. Этот узел скрепления обеспечивает регулировку положе­ния рельса по высоте до 20—24 мм; является по своим параметрам конкурентоспособным лучшим зарубежным скреплениям типов Vossloh, PAN-DROL, Nabla и др.

Рис. 9.18. Узел скрепления АРС-4 (а) и подрельсовая зона ан­керной железобетонной шпалы (б): / — клемма; 2, 3 - моноре­гулятор (регулятор + фиксатор); 4 — подклеммник; 5 - анкер; 6 — изолирующий уголок; 7— резиновая прокладка

9.3.3. Подрельсовые опоры

Подрельсовые опоры предназначены для восприятия вертикальных, боковых и про­дольных сил от рельсов и передачи их на балластный слой, для обеспечения стабильности ширины рельсовой колеи, подуклонки рельсовых нитей из-за коничности поверхности ка­тания колес, для обеспечения совместно с балластным слоем стабильного пространствен­ного положения рельсовой колеи в плане и профиле.

Подрельсовые опоры устраивают в виде шпал и брусьев (на стрелочных переводах и металлических мостах). На искусственных сооружениях применяются блочные основания безбалластного типа из железобетона (в виде плит — на мостах, малогабаритных рам — в тоннелях). Основным материалом для шпал и брусьев являются дерево и железобетон, а на отдельных больших мостах — металлические брусья. Металлические шпалы на отечествен­ных железных дорогах не применяются из-за подверженности интенсивной коррозии, элек­трической проводимости, шумообразования и более сложной технологии подготовки и уплотнения балласта.

Количество шпал на 1 км пути (эпюра шпал) нормируется исходя из условий выравни­вания давления в балластном слое по его глубине, а также обеспечения необходимой сопро­тивляемости рельсошпальной решетки продольному и поперечному сдвигу по балласту. На прямых и кривых более 1200 м эпюра шпал 1840 шт./км, а в кривых менее 1200 м — 2000 шт/км. На путях пятого класса (подъездные пути и соединительные пути на станциях) допускается эпюра шпал 1440 шт./км на прямых и 1600 шт./км в кривых радиусом менее 650 м.

Наибольшее распространение на железных дорогах нашей страны получили деревянные шпалы (70 % развернутой длины главных путей МПС). Вследствие их малого веса, удобства крепления рельсов, хороших изоляционных свойств из-за пропитки антисептиками. Шпалы изготавливаются из сосны, ели, пихты, лиственницы, кедра, березы, а на железных дорогах США, Японии, ФРГ шпалы делают из дуба и бука, их срок службы не менее 30—40 лет.

По форме поперечного сече- 180 _ ния деревянные шпалы делятся на

обрезные (пропилены четыре сто­роны), полуобрезные(пропилены три стороны) и необрезные (про­пилены две стороны) (рис. 9.19).

Стрелочные деревянные бру­сья бывают обрезные (а) и необрез­ные (в), шириной внизу 250 мм, по­верху 200 мм и высотой 180 мм. Мостовые брусья только обрез­ные. Длина деревянных шпал — 2,75 ± 2 см, стрелочных брусьев — от 3 до 5,5 м; мостовых брусьев — 3,25 м.

В зависимости от назначения деревянные шпалы и стрелочные брусья изготавливаются трех ти­пов, отличающихся размерами по­перечного сечения: I — для глав­ных путей; II — для станционных и подъездных путей; III — для ма-

n n ш л - лодеятельных подъездных путей

Рис. 9.19. Формы поперечных сечении деревянных шпал: ^м _w

а — обрезных; 6 — полуобрезных; в — необрезных промышленных предприятий.

В 1959 г. на отечественных железных дорогах началась массовая укладка железобе­тонных шпал, в настоящее время общее протяжение таких путей составляет 48,8 тыс. км, в том числе на главных путях МПС России — 37,3 тыс. км. Современная железобетонная шпала (рис. 9.20) — цельнобрусковая из предварительно напряженного железобетона, ар­мированная высокопрочной проволокой, соответствует требованиям ГОСТ 10629-88 и ТУ 5864-019-11337151-95. Промышленностью серийно выпускаются железобетонные шпалы типа Ш-1-1 для раздельного клеммно-болтового скрепления КБ, изготовленные из тяже­лого бетона класса по прочности на сжатие В40 (М500) и марки F200 (М_рз200). В качестве арматуры применяется стальная проволока диаметром 3 мм, натянутая с усилием 8,1 кН; номинальное число проволок в шпале 44.

В зависимости от трещиностойкости, точности геометрических параметров и каче­ства бетонных поверхностей шпалы бывают первого и второго сорта. Шпалы второго сорта укладываются на малодеятельных, станционных и подъездных путях.

Железобетонные шпалы более долговечны, чем деревянные (45—50 лет вместо 12—15 у деревянных шпал); создают равнопрочность пути, имеют высокие механические свой­ства и создают лучшую устойчивость пути. К недостаткам железобетонных шпал следует отнести большую их массу (250—265 кг), значительную токопроводность, сложность при­крепления рельсов к шпале, высокую жесткость прикрепления, которую можно уменьшить путем укладки под прокладки и под рельс специальных амортизирующих прокладок из резины толщиной 10—20 мм или другого упругого материала. Во избежание изломов же­лезобетонных шпал из-за больших просадок и деформаций они укладываются только на щебеночный или асбестовый балласт.

Иодрельсовая площадка шпалы

9.4. Балластный слой

На железных дорогах России применяются два принципиально различных типа же­лезнодорожного пути; с балластным слоем и без него. Сферы рационального применения пути безбалластного типа ограничиваются недеформируемым нижним строением пути (большие металлические мосты, тоннели, эстакады). На отечественных железных дорогах общего пользования с грунтовым земляным полотном (более 99 % протяжения пути) верх­нее строение пути с балластным слоем; является единственной конструкцией, применяемой как по техническим, так и экономическим показателям.

Балластный слой воспринимает давления от шпал (брусьев) и распределяет его прак­тически равномерно на возможно большую площадь земляного полотна; обеспечивает ста­бильное положение рельсошпальной решетки; участвует в формировании оптимальной уп­ругости подрельсового основания.

В качестве балласта применяются щебень, отходы асбестового производства, гравий, галечно-гравийная смесь, крупно- или среднезернистый песок. На щебеночный и асбесто­вый балласт укладываются главные пути, стрелочные переводы и горловины, приемо-от- правочныс пути станций, пути на горбах сортировочных горок и горочно-стрелочные пе­реводы. Песчаный балласт не создает устойчивости пути и плохо отводит от него воду, поэтому он применяется в основном на малодеятельных участках пути (грузонапряжен­ность до 25 млн т-км в год). Асбестовый балласт применяется в основном на сильно засо­ряемых участках пути, так как на поверхности балласта образуется при смачивании дож­дем корочка, препятствующая проникновению засорителей внутрь балласта. Однако он не является экологически чистым и опасен для здоровья при вдыхании мелких волокон.

Балласт укладывается на земляное полотно в форме балластной призмы, которая бы­вает однослойная, двухслойная (щебеночный или асбестовый балласт поверх песчаной по­душки); трехслойная (асбестовый балласт поверх щебеночной призмы на песчаной подуш­ке). Для железнодорожных путей установлены типовые поперечные профили балластной призмы или балластного слоя (рис. 9.21).

Рис. 9.21. Поперечный профиль балластного слоя для особо тяжелого типа верхнего строения пути при железобетонных шпалах: а — в прямых участках пути; 6 -- в кривых

Толщина балластного слоя под шпалой должна быть от 25 до 55 см в зависимости от материала балласта, грунта земляного полотна, шпал, класса линии, а толщина песчаной подушки под щебнем должна быть не менее 20—25 см в зависимости от класса линий. При скальных, крупнобломочных и песчаных грунтах земляного полотна подушка не делается.