Анализ стоимости жизненного цикла безбалластной конструкции пути
Разуваев А.Д.
Воробьева Я.Ю.
Липатова О.С.
Аннотация
В статье сопоставляются путь на балласте и безбалластная конструкция пути. Рассматриваются их преимущества и недостатки. Выделяются различные виды, а также особенности двух типов конструкций. Производится расчет стоимости жизненного цикла на стадии строительства и эксплуатации как балластного, так и безбалластного пути.
Ключевые слова
Верхнее строение пути, безбалластная конструкция пути, высокоскоростное движение, жизненный цикл, путь на балласте.
Путь на балласте – это конструкция, состоящая из железобетонных подрельсовых опор на балластном слое, который в свою очередь может быть щебеночным, гравийным или песчаным. Пределы работоспособности такого верхнего строения пути отчетливо могут проявится при скоростях выше 200–250 км/ч [2].
В связи с развитием полигона высокоскоростного движения остро стоит вопрос о создании конструкции пути, обеспечивающей достаточную стабильность геометрии рельсовой колеи независимо от различных условий эксплуатации линии. В мировой практике высокоскоростное движение реализуют на отдельных линиях при полном или частичном исключении смешанного движения. Вследствие этого, в качестве верхнего строения пути все большее применение находят различные безбалластные конструкции пути (БКП). Отличительная и главная особенность таких конструкций - это отсутствие балласта, который заменен сплошным железобетонным основанием и гидравлически связанным слоем [6].
Безбалластный путь конструктивно и технологически прост, имеет малую материалоемкость, высокую точность геометрических параметров, обладает необходимыми показателями прочности, упругости и диэлектричности и обеспечивает стабильность пути, что позволяет эксплуатировать данную конструкцию пути в условиях повышенных статических, циклических и динамических нагрузок. При этом стоит отметить, что безбалластный вариант используется в основном на таких искусственных сооружениях, как мосты, путепроводы, эстакады и тоннели. На земляном же полотне он возможен только в случае его полной стабилизации [4].
Безбалластный путь – конструкция, содержащая несущую армированную бетонную плиту, на которой установлены армированные шпалы, при этом плита и шпалы армированы стержневой металлической арматурой, а железобетонные шпалы соединены с плитой с помощью бетона [5].
Достоинства и недостатки сравниваемых конструкций пути приведены в таблице 1.
Таблица 1. Достоинства и недостатки безбалластного и балластного пути
| Путь | Достоинства | Недостатки |
| на балласте | · Доступный материал; · Низкие капитальные затраты на строительство; · Простота выправки пути, особенно при текущем содержании; · Высокое шумопоглощение. | · Накопление остаточных деформаций; · Необходимость очистки или замены; · Невозможно работать при отрицательных температурах; · Ограничения по устойчивости бесстыкового пути против температурного выброса, особенно в кривых. |
| безбалластный | · Уменьшенная ширина трассы, позволяющая приближать путь к автомагистралям и обеспечивающая лучшее вписывание ее в ландшафт; · Отсутствие растительности; · Эффективная защита от вибрации; · Повышенная устойчивость бесстыкового пути. | · Высокие первичные инвестиционные затраты; · Высокая жесткость пути; · Сложно выправить при значительных деформациях основания. |
Классификация безбалластного пути:
1) Раздельное основание: Лежни;
2) Плитное основание (дискретное): Мостовое полотно на поперечинах; Плиты БМП; МГР; Bӧgl; ERS (Tines);
3) Монолитное основание: «Метро»; Rheda; LVT; EBS (Tines); Sika;
4) Полное опирание рельсовых нитей: Deck-Track [7].
В настоящее время известно более 20 безбалластных конструкций пути (БКП). Стоит выделить четыре наиболее укладываемые конструкции:
1. Конструкция Shinkansen - самая известная японская разработка. Она представляет собой путь, состоящий из множества сборных бетонных плит с размерами 4,93х2,34х0,19 м. Между собой они скрепляются так называемой цилиндрической «пробкой», а так же битумно-цементным раствором, который вводится между плитами [3].
2. Безбалластный путь LVT (Low Vibration Track) состоит из следующих элементов: рельсы, рельсовые скрепления типа Vossloh W30, полушпалы железобетонные не напряженные с резиновыми чехлами и амортизирующими прокладками; несущая конструкция основания пути из неармированного бетона.
3. Безбалластный путь Bögl представляет собой малогабаритные плиты из армированного фибробетона В55 толщиной 20 см и длиной 6,45 м., уложенные на жесткое бетонное основание.
4. Безбалластный путь RHEDA 2000 - это конструкция, состоящая из модифицированных двухблочных шпал c выступающей арматурой. Имеет широкое распространение в мире за счет накопленного опыта применения на железных дорогах Германии [4].
Следует отметить следующие сферы применения безбалластного пути:
1. Тоннели;
2. Мосты и эстакады;
3. Земляное полотно;
4. Метрополитены.
В рамках мероприятий по усовершенствованию работоспособности и мощности верхнего строения пути, можно выделить следующие тенденции развития:
1) Омоноличивание балластной призмы;
2) Увеличение площади опирания шпал;
3) Плиты;
4) Шпалы (блоки) в монолитной плите;
5) Бесшпальный путь.
При сравнении вариантов двух типов конструкций, были рассмотрены все этапы жизненного цикла. В стоимость жизненного цикла входит проектирование, строительство, эксплуатация и утилизация. На основании ряда источников в расчете было принято, что стоимость строительсьва безбалластного пути на 30%дороже чем стоимость строительства пути на балласте [1].
Дополнительно проанализировано удешевление стоимости строительства безбалластного пути за счет снижения стоимости материалов и трудоемкости ведения работ (Рисунок 1).
Полученные результаты подтверждают тот факт, что превышенная стоимость строительства компенсируется сокращением эксплуатационных затрат.
| Млн. руб. |
Рис. 1. Стоимость жизненного цикла (при удешевлении стоимости БКП).
Список использованной литературы
1. Киселев И.П. (под ред.) Высокоскоростной железнодорожный транспорт.учеб. пособие: в 2 т. / И.П. Киселёв и др.; под ред. И.П. Киселёва. — М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2014.– 308 с.
2. Никонов А.М. Верхнее строение пути зарубежных железных дорог. Учебное пособие. – М.: МИИТ, 1992. – 40 с.
3. Разуваев А.Д., Цыпин П.Е. Современные тенденции совершенствования конструкций верхнего строения железнодорожного пути // Современные проблемы управления экономикой транспортного комплекса России: конкурентоспособность, инновации и экономический суверенитет. Труды Международной научно-практической конференции. – М.: МИИТ, 2015. – С. 350-353.
4. Савин А.В. Опыт укладки и эксплуатации безбалластного пути LVT // Путь и путевое хозяйство. – 2013. – № 5. – С. 31-34.
5. Разуваев А.Д., Зандарашвили Д.С., Саркисов А.Э. Пути повышения эффективности строительства ВСМ// Экономика железных дорог. – 2016. –№ 3. – С. 86-94.
6. Разуваев А.Д., Цыпин П.Е. Оценка экономической эффективности строительства безбалластного пути на эстакадах // Экономика железных дорог. – 2016. – № 2. – С. 81-85.
7. Разуваев А.Д., Цыпин П.Е. Современные тенденции совершенствования конструкции верхнего строения железнодорожного пути // В сборнике: Современные проблемы управления экономикой транспортного комплекса России: конкурентоспособность, инновации и экономический суверенитет. Международная научно-практическая конференция, посвящается 85-летию института экономики и финансов МИИТа. Московский государственный университет путей сообщения, Институт экономики и финансов, 2015. – С. 350-353.
УДК 338.012