Рельсовые стыки и рельсовые скрепления

I. Введение

Ж

елезнодорожный путь— сложный комплекс линейных и сосредоточенных инженерных сооружений и обустройств, расположенных в полосе отвода, образующих дорогу с направляющей рельсовой колеёй. Железнодорожный путь состоит из верхнего и нижнего строения пути. К верхнему строению относятся рельсы, шпалы, рельсовые скрепления, балластный слой (балластная призма). Рельсошпальная решётка состоит из двух рельсов, уложенных и прикреплённых к поперечным балкам — шпалам. Возможно крепление на специальные плиты, выполняющие ту же функцию, что и шпалы. Шпалы или плиты обычно укладываются на балластный слой, который может быть двухслойным или однослойным. Чаще используется двухслойная балластная призма, состоящая из основного слоя - щебня твердых пород, и расположенной под ним песчаной или песчано-гравийной подушки. Однослойная балластная призма может быть из щебня, песчано-гравийной смеси, отходов асбестового производства, песка, ракушечника, шлака. На мостах различаются балластная конструкция (на пролёте устраиваются специальные корыта для размещения балласта) и безбалластная — когда мостовые брусья или плиты крепятся непосредственно на мостовые конструкции. К нижнему строению относятся земляное полотно и искусственные сооружения (мосты, трубы, путепроводы и т. д.).

II. Общие сведения о железнодорожном пути. Разберем по порядку строение железнодорожного пути и основные факторы, влияющие на его надежность и безопасность. Земляное полотно. Земляное полотно представляет собою долговременное (расчетный срок службы 500 лет) сооружение из грунтов (песок, глина, скальные, торф, заторфованные, сапропели), на которых размещается верхнее строение пути и которые воспринимают статические нагрузки от верхнего строения пути и динамические нагрузки от подвижного состава. Земляное полотно предназначено также для выравнивания земной поверхности в пределах железнодорожной трассы и придания пути необходимого плана и профиля. Трассой железнодорожной линии называют ось железнодорожного пути на уровне бровок основания площадки земляного полотна; проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом линии, а проекция трассы на вертикальную плоскость трассы — продольным профилем. Элементами плана линии являются прямые, сопряженные с криволинейными участками через переходные кривые. Поперечным профилем (разрезом) земляного полотна называется поперечный разрез его вертикальной плоскостью, перпендикулярной оси земляного полотна. Этот профиль определяет ширину земляного полотна наверху, крутизну откосов, расположение водотводных устройств и др. Земляное полотно может располагаться в выемке или на насыпи (рис.1).

Применяются следующие типы конструкций земляного полотна: насыпи (рис.2, а), выемки (рис 2, б), нулевые места (рис. 2, в), полунасыпи (рис. 2, г), полувыемки (рис.2, д), полунасыпи — полувыемки (рис.2, е). В поперечном профиле земляного полотна различают основную площадку 1, собственно земляное полотно 2 и основание 3. На основную площадку земляного полотна укладывается верхнее строение пути; ее очертание должно исключать застой воды и обеспечивать возможность укладки верхнего строения пути без повреждения земляного полотна. На однопутных линиях основная площадка земляного полотна имеет форму трапеции со средним элементом шириною 2,3 м, поднятым над уровнем бровки земляного полотна на 0,15 м. На двухпутных линиях основная площадка имеет форму треугольника, вершина которого выше уровня бровки земляного полотна на 0,2 м. Части земляного полотна, не закрытые верхним строением пути, называются обочинами. Ширина земляного полотна поверху на прямых участках пути должна соответствовать верхнему строению пути и быть не менее 5,5 м на однопутных линиях и не менее 9,6 м на двухпутных линиях, а в скальных и дренирующих грунтах не менее 5,0 и 9,1 м соответственно на однопутных и двухпутных линиях. На кривых участках пути земляное полотно уширяется с внешней стороны кривой на 0,1—0,5 м в зависимости от величины радиуса кривой и категорий линий (I, II, III, IV, V). На двухпутных участках пути основная площадка земляного полотна в кривых еще уширяется за счет увеличения ширины междупутья. На станциях основную площадку земляного полотна делают значительно шире в зависимости от развития станции, условий работы на ней, необходимости установки в междупутьях различных устройств (опор связи и контактной сети, стрелочных постов и др.). Поверхность основной площадки земляного полотна имеет односторонний или двухсторонний уклон для стока воды. Высота насыпи или глубина выемки обычно бывают от 1—2 до 20—30 м. При необходимости иметь большие рабочие отметки продольного профиля пути насыпи заменяются виадуками, а выемки — тоннелями. Земляное полотно сооружается по типовым или индивидуальным проектам. Первые для участков с простым инженерно-геологическими условиями и топографическими условиями без обоснования предварительными инженерными расчетами; вторые — для устройства земляного полотна в сложных природных условиях с проведением детальных инженерно-геологических изысканий и определением физико-механических и прочностных свойств грунтов для земляного полотна. Индивидуальные проекты, в частности, составляются при возведении насыпей выше 12 м и выемок глубже 12 м; при возведении насыпей высотою меньше 12 м, расположенных на крутых неустойчивых косогорах, на болотах, в районах вечной мерзлоты, в подтапливаемых или подверженных размыву местах трассы железнодорожного пути. Конструкция земляного полотна в зоне основной площадки для всех видов глинистых грунтов, кроме супеси, усиливается защитным слоем из дренирующего грунта в комбинации с геотекстилем или без него. Это необходимо для предотвращения мерзлотного пучения грунтов и образования деформаций основной площадки земляного полотна. На устойчивость земляного полотна большое влияние оказывают атмосферные и грунтовые воды, так как грунт во влажном состоянии имеет меньшее сопротивление сдвигу, чем в сухом, и несущая способность его уменьшается. Кроме того, насыщение земляного полотна водой может привести к деформации основной площадки, выплескам, образованию балластных корыт (углубления на основной площадке под шпалами), пучин (местные поднятия грунта при замерзании воды в балластном слое и в теле земляного полотна), оползней (смещение земляных масс основания и откосов земляного полотна). Дня отведения атмосферной воды от пути вдоль насыпи прокладываются водоотводные канавы трапецеидального поперечного сечения с шириной по дну не менее 0,6 м. Такие же канавы предусматриваются вдоль бровки откоса выемки пути с ее нагорной стороны (нагорные канавы) для предотвращения поступления воды в выемку с прилегающей местности и разрушения ее откосов. Отвод воды с основной площадки земляного полотна и откосов выемки производится по кюветам трапецеидального поперечного сечения глубиною 0,6 м и шириною по дну 0,4 м. При пилообразном профиле земляного полотна по пониженным местам прокладываются продольные лотки или канавы. 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 (Рис.3)(железобетонные, бетонные, каменные, деревянные). Из закрытых дренажей наибольшее распространение получили подкюветные дренажи (рис.4) для понижения уровня грунтовых вод под основной площадкой земляного полотна галереи (рис. 5) и штольни (при глубине траншеи более10 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.

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, барражи, 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. 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. 6, а); при расположении на уровне нижнего пояса — «с ездой понизу» (рис. 6, б). Мост с ездой посередине показан на рис. 6, в,

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 (рис.7) 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.8) 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 (рис10). 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. Вместо высоких насыпей строятся также мосты-эстакады и акведуки (рис. 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. 11) 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

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 рельсошпальную 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.

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.12). Рельс состоит из головки , шейки и подошвы . Основные характеристики типов рельсов приведены в табл. 1.

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-боросодержащей 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.

Рельсовые стыки и рельсовые скрепления

Места соединения рельсов между собою называются стыками, которые бывают болтовые, клееболтовые и сварные. В болтовых стыках (рис. 13) между стыками рельсов имеются зазоры для возможности изменения длины рельсов при изменении температуры их нагрева. 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. 14), 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 Д0 и раздельные скрепления типов КД и Д4, 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 подкладочное, нераздельное скрепление типа БП и бесподкладочное типа ЖБР 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).

Скрепление АРС-4 . 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.

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 МГТС). 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 сечения деревянные шпалы делятся на обрезные (пропилены четыре стороны)(а), полуобрезные (пропилены три стороны)(б) и необрезные (пропилены две стороны)(в) (рис.15). 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 малодеятельных подъездных путей 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 МГТС России — 37,3 тыс. км. Современная железобетонная шпала (рис.16) — 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 (Мрз200). 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.

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-отправочные 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. 17)

Бесстыковой путь

Назначение бесстыкового пути — ликвидация или сведение к минимуму числа рельсовых стыков в пути, которые являются самым напряженным и слабым местом пути. Достоинствами бесстыкового пути по сравнению со стыковым являются:

—снижение основного удельного сопротивления движению поездов и, следовательно, экономия топлива на тепловозах и электроэнергии на электроподвижном составе на тягу до 12—15 %;

—продление срока службы верхнего строения пути за счет уменьшения в 1,8—2,0 раза отказов рельсовых плетей по дефектам;

—снижение на 25—30 % объема работ по выправке пути;

сокращение в 1,5—2,0 раза потребностей в очистке щебеночного балласта на направлениях перевозки руды и угля;

—экономия до 4,5 т/км расхода металла на стыковые скрепления;

—повышение плавности движения поездов и улучшение ездового комфорта пассажиров;

—повышение надежности работы электрических рельсовых цепей автоблокировки, автостопа (устройство автоматического торможения без участия машиниста), электропневматического тормоза.

В условиях рыночных отношений в экономике бесстыковой путь с железобетонными шпалами является безальтернативной конструкцией. В перспективе планируется расширить полигон укладки бесстыкового пути за счет железных дорог Сибири и Дальнего Востока, а на дорогах европейской части России увеличить протяженность бесстыкового пути на 45—55 %.

Бесстыковой путь представляет собою путь из сварных рельсовых плетей, длина которых настолько велика (до 800 м), что температурные силы (до 1200—1400 кН), возникающие в плетях при максимальных колебаниях температуры за год, не в состоянии преодолеть силы сопротивления продольному сдвигу по всей длине плетей. Сопротивления сдвигу преодолеваются в стыках между смежными плетями и на двух концевых участках, называемых температурно-подвижными (по 50—70 м), а средняя основная часть бесстыкового пути остается неподвижной. Между сварными плетями расположены уравнительные пролеты, состоящие из 2—4 пар рельсов длиной по 12,5 м. Такая конструкция бесстыкового пути называется температурно-напряженной. Периодическая разрядка температурного напряжения состоит в смене уравнительных рельсов между плетями одной длины на рельсы другой длины в зависимости от времени года. При укладке рельсовых плетей в осенне-зимний период при температурах ниже расчетной в уравнительный пролет временно укладывается удлиненные уравнительные рельсы (комплект из трех пар длиной 12,54 м, 12,58 м и 12,62 м), а при укладке летом при высоких температурах укладываются укороченные уравнительные рельсы (комплект из трех пар длиной 12,38 м, 12,42 м, 12,46 м). При проведении разрядки температурных напряжений удлиненные уравнительные рельсы весной, а укороченные — осенью заменяются рельсами длиной по 12,5 м, при закреплении рельсовых плетей на постоянный режим эксплуатации.Примыкание рельсовых плетей к стрелочным переводам, большим мостам, вагонным замедлителям на подгорочных путях сортировочных горок, звеньевому стыковому пути осуществляется двумя парами уравнительных рельсов длиной по 12,5 м. Путь в уравнительных пролетах работает более напряженно, чем в пределах рельсовых плетей. При недостаточном натяжении соединительных болтов стыковых и промежуточных скреплений и больших амплитудах могут возникать опасности изгиба и среза болтов в стыках при понижении температуры сверх 60—70 °С, а также выброса пути (искривление рельсов в горизонтальной плоскости) после полного замыкания всех стыков из-за повышения температуры рельсов свыше 40—50 °С.Основное отличие работы бесстыкового пути от звеньевого стыкового состоит в том, что в рельсовых плетях отсутствуют значительные сжимающие и растягивающие продольные силы, вызванные колебаниями температуры нагрева рельсов. Вследствие этого возникает опасность потери устойчивости или выброса рельсовых плетей в виде одно- или многоволнового горизонтального или в редких случаях вертикального искривления путевой решетки при высоких температурах, а при низких температурах могут возникать перенапряжения в рельсах и разрыв рельсовой плети или стыка из-за среза крепительных болтов растягивающими силами. Рельсовые плети разделяются на короткие (длиной до 800 м) с стыковой сваркой плетей в стационарных условиях на рельсо-сварочных поездах и с перевозкой их к месту укладки на спецсоставах, а также длинные, сваренные непосредственно на железнодорожном пути из смежных коротких плетей в пределах блок-участка (длиной 1,5—2 км) или перегона (10—20 км). В настоящее время средняя длина рельсовых плетей на отечественных железных дорогах составляет 500—600 м. Бесстыковой путь, как правило, укладывается на участках пути только со здоровым земляным полотном, щебеночным или асбестовым балластом (на путях 4-го класса может применяться гравийно-песчаный балласт), железобетонными шпалами типа Ш-1-1 или деревянными шпалами I типа, с раздельными промежуточными скреплениями типа КБ на железобетонных шпалах и типа КД на деревянных шпалах. На мостах с ездой поверху на балласте рельсовые плети укладываются на железобетонные шпалы марки Ш-1-1М («М» — мост) с элементами крепления охранных кантуголков, а при их отсутствии — на стандартные деревянные шпалы. На мостах с безбалластным полотном рельсовые плети укладываются на поперечинах (деревянные, металлические, железобетонные) или на железобетонные плиты типа БМП (в опытном порядке). В тоннелях с безбалластным полотном рельсовые плети укладываются на железобетонные малогабаритные рамы МГРТ («Т» — тоннель) с раздельным скреплением КБ. Количество опор на железобетонных плитах БМП на мостах и рамах МГРТ в тоннелях равно 2000 шт./км бесстыкового пути.

Стрелочные переводы

Соединение и пересечение путей — это особые устройства верхнего строения пути, служащие для передвижения по ним поездов или отдельных экипажей с одного рельсового пути на другой, поворота экипажа на 180°, а также для пересечения путей в одном уровне. По количеству и расположению в плане пересекающихся путей могут быть одиночные стрелочные переводы, перекрестные стрелочные переводы, глухие пересечения, съезды, стрелочные улицы и сплетения путей. Одиночные стрелочные переводы разделяются на обыкновенные (рис.18, а), симметричные (рис18, б), разносторонние несимметричные (рис.18, в), несимметричные односторонней кривизны (рис.18, г).

Основными элементами обыкновенного стрелочного перевода (рис.19) являются: стрелка с переводными механизмами, крестовина с контррельсами, соединительные пути, переводные брусья или другое подрельсовое основание.

Стрелка состоит из двух рамных рельсов, двух остряков, двух комплектов корневых устройств, переводного механизма с внешними замыкателями остряков, опорных и упорных приспособлений, скреплений. Отношения ширины сердечника крестовины в ее корне к длине сердечника до математического центра или тангенс угла а крестовины называется маркой крестовины и стрелочного перевода, обозначается 1/N, где N— число марки. Согласно ПТЭ (Правила технической эксплуатации) на отечественных железных дорогах применяются стрелочные переводы марок: 1/11 — главные и приемо-отправочные пути; 1/9 — перекрестные и одиночные переводы; переводы, по которым приходят пассажирские поезда по прямому пути; приемо-отправочные пути для грузовых поездов; 1/6 — симметричные переводы. Крестовина предназначена для безопасного пропуска подвижного состава в местах пересечения рельсовых нитей. Наиболее узкое пространство между усовиками называется горлом крестовины, а промежуток между горлом крестовины и острием сердечника — вредным или мертвым пространством. Крестовина по форме в плане может быть криволинейной (криволинейное очертание по боковому пути как продолжение переводной кривой) и прямолинейной. Криволинейная крестовина дает возможность увеличить радиус переводной кривой до 300 м при марке 1/9. Однако устройство ее сложнее, чем прямолинейной крестовины.

Двойные стрелочные переводы, называемые также тройниками, бывают симметричные (рис. 20) и несимметричные.

В местах пересечения двух путей, по каждому из которых необходимо обеспечить независимое движение, устраивается глухое пересечение, которое применяется на станциях и на промышленных путях. В зависимости от угла пересечения рельсовых путей глухое пересечение бывает прямоугольное (рис21) и косоугольное, или ромбическое (рис.22). Прямоугольное глухое пересечение (см. рис.21) состоит из четырех крестовин 7, четырех контрельсов 2, одного замкнутого по контуру контрельса 3 и ряда более мелких деталей. Косоугольное глухое пересечение путей бывает с одинаковой или разной шириной колеи; применяется в основном глухое пересечение двух прямолинейных путей с одинаковой шириной колеи. Глухое пересечение (см. рис.22) состоит из двух острых крестовин 1, двух тупых крестовин 2, рельсов 3 и переводных брусьев.

Прямоугольное глухое пересечение (см. рис.21) состоит из четырех крестовин 7, четырех контрельсов 2, одного замкнутого по контуру контрельса 3 и ряда более мелких деталей. Косоугольное глухое пересечение путей бывает с одинаковой или разной шириной колеи; применяется в основном глухое пересечение двух прямолинейных путей с одинаковой шириной колеи. Глухое пересечение (см. рис.22) состоит из двух острых крестовин 1, двух тупых крестовин 2, рельсов 3 и переводных брусьев. Такой перевод заменяет собой систему, состоящую из двух обыкновенных стрелочных переводов. Длина перекрестного перевода почти в два раза меньше длины двух одиночных переводов. Такие переводы выгодно устраивать в стесненных условиях, особенно на тупиковых пассажирских станциях.

Перекрестный стрелочный перевод состоит из двух острых крестовин с контррельсами, двух тупых крестовин с контррельсами, четырех пар остряков, соединительных рельсов и переводных брусьев.

Съезды представляют собой соединение двух близлежащих рельсовых путей посредством стрелочных переводов, а иногда и глухих пересечений. Съезды бывают нормальными между двумя прямыми параллельными, сокращенными между двумя прямыми параллельными путями, нормальными и сокращенными перекрестными между двумя прямыми непараллельными путями.

Сплетение путей (рис.23) представляет собою совмещение двух путей, при котором в местах пересечения рельсовых нитей сплетаемых путей укладываются крестовины, а рельсовые нити на длине сплетения размещаются на общих поперечинах.

К сплетению путей прибегают в случаях выполнения сложных длительных работ по реконструкции пути или искусственных сооружений на одном из путей двухпутного участка.

Стрелочной улицей называется путь, на котором расположен ряд стрелочных переводов, а иногда и глухих пересечений. Различают оконечные (I категории) и промежуточные или серединные (II категории) стрелочные улицы.

Перевод остряков стрелочных переводов из одного положения в другое осуществляется с помощью специальных устройств, включаемых в механическую или электрическую централизацию стрелок, или ручными переводными механизмами. Наиболее широко распространены и планируются на перспективу устройства электрической централизации с электроприводами. Они бывают врезные серии СПВ-5 и СПВ-6 и неврезные серии СП и СПГ.

Для повышения безопасности движения подвижного состава должно быть обеспечено контролируемое замыкание прижатого к рамному рельсу остряка. В электроприводах для этой цели имеется система внутреннего замыкания, обеспечивающая запирание рабочего шибера в его крайних положениях, а через него и систему тяг — запирание остряков. 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.

III.Заключение

Железнодорожный путь работает в условиях постоянного воздействия атмосферных и климатических факторов, воспринимая большие нагрузки от проходящих поездов. При этих условиях все элементы железнодорожного пути (земляное полотно, верхнее строение и искусственные сооружения) по прочности, устойчивости и состоянию должны обеспечивать безопасное и плавное движение пассажирских и грузовых поездов с наибольшими скоростями, установленными для данного участка, а также иметь достаточные резервы для дальнейшего повышения скоростей движения и грузонапряженности линии. Для обеспечения указанных требований постоянно ведутся работы по усилению несушей способности и надежности всех элементов пути: широко применяются термически упрочненные рельсы тяжелых типов, новые конструкции рельсовых скреплений, бесстыковой путь, железобетонные шпалы, новые конструкции стрелочных переводов и т.д.