Любой железнодорожный путь представляет собой сложный комплекс разного рода инженерных сооружений, образующих дорогу с направляющей колеей рельсовой. Состоит он из двух основных частей — нижней опорной и верхней. Последняя представляет собой собственно дорогу, по которой и ходит передвижной состав.
Основное назначение
При движении поезда верхнее строение пути воспринимает как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки от его колес и передает их на земляное или искусственное основание. Собственно колея определяет направление движения состава. Проектируется ВСП прежде всего с учетом того, что в последующем оно должно обеспечивать безопасный проход составов с заданными максимальными скоростями движения.
Особенности конструкции
Состоит верхнее строение пути железной дороги из двух основных частей:
рельсошпальной решетки;
балластной призмы.
Конструкция решетки, в свою очередь, включает в себя собственно сами рельсы, а также шпалы, изготавливаемые из разных материалов. Призма верхнего пути может быть одно- или двухслойной. Чаще всего при строительстве железнодорожной линии используется последний вариант. Двухслойная балластная призма состоит обычно из:
слоя песчаной подложки;
щебня, изготовленного из твердых горных пород.
Для насыпки однослойной призмы могут использоваться такие материалы, как песчано-гравийная смесь, щебень, отходы асбестового производства, шлак, ракушечник.
Помимо решетки и призмы, различают следующие элементы верхнего строения пути:
скрепления;
противоугоны;
пересечения глухие;
переводы стрелочные.
Проектирование ВСП
Составляя чертежи такой важной конструкции, как верхнее строение пути, инженеры должны решить следующие задачи:
определить класс, категорию и группу пути;
определиться с конструкцией самого ВСП;
определить условия его укладки;
рассчитать повышенную и пониженную температуру плетей с учетом их прочности и устойчивости;
рассчитать интервалы закрепления плетей;
определить возвышение рельсов и ширину колеи в кривой.
Верхнее строение железнодорожного пути: рельсы
Этот элемент конструкции ВСП предназначен собственно для направления движения состава. В некоторых случаях рельсы могут также служить проводником электрического тока (на участках с электротягой или автоблокировкой). Маркироваться этот элемент ВСП может как Р50, Р65, Р75 и Р43. В настоящее время при строительстве железных дорог используется в основном вариант Р65. Собственно сам рельс состоит из:
головки;
шейки;
подошвы.
Стандартная длина рельсов в Российской Федерации равна 25 м. На некоторых участках линий могут также укладываться укороченные направляющие элементы — на 24,84 м и 24,92 м. Для того чтобы уменьшить количество стыков между рельсами, их часто сваривают в плети длиной по 800 м и более.
Материалы верхнего строения пути: изготовление рельсов
Делают этот элемент ВСП обычно на предприятиях металлургической промышленности из мартеновской углеродистой стали. При этом рельсы подвергаются тщательной термообработке по всей длине посредством закалки в масле и отпуска в печи. Проводится эта процедура прежде всего для того, чтобы повысить износостойкость сплава. Служат закаленные рельсы в полтора раза дольше необработанных. В настоящее время при сборке ж/д путей могут использоваться стальные элементы:
низкотемпературные (Р65);
закаленные первой группы из борсодержащей ванадий-ниобиевой стали.
Последняя разновидность рельсов обычно применяется для прокладки путей в районах с тяжелыми климатическими условиями — на Дальнем Востоке, в Сибири и т. д.
Шпалы ВСП
Основным назначением подрельсовых опор в полотне пути является восприятие нагрузки от рельсов и передача их балластной призме. Также шпалы обеспечивают стабильность ширины колеи в плане и профиле. Изготавливаться шпалы в наше время могут или из железобетона, или из древесины. Металл из-за подверженности коррозии для этой цели не используется. 80% уложенных в стране шпал изготовлено из дерева. При производстве этого элемента ВСП могут использоваться такие породы, как пихта, береза, лиственница, сосна и т. д.
Железобетонные шпалы обычно укладываются только на искусственных сооружениях — в тоннелях и на мостах. Такие опоры могут представлять собой малогабаритные рамы или же плиты.
Длина шпал зависит от особенностей того участка пути, на котором они уложены. Так, деревянные опоры имеют стандартную длину 2.75 см. Допустимым отклонением от нормы являются 2 см. Длина стрелочных железобетонных брусьев составляет 3-5.5 м, а мостовых — 3.25 м.
В поперечном сечении деревянные шпалы могут быть:
обрезными;
полуобрезными;
необрезными.
Железобетонные шпалы изготавливаются с переменным по длине сечением. Для их производства используется тяжелый бетон марки М500 или F200. Арматура при этом применяется из проволоки на 3 мм. Укладываются шпалы на пути в количестве 2000 шт./км на сложных участках. На прямых их распределяют по 1440-1600 штук на километр.
Классификация шпал
Железобетонные путевые опоры в зависимости от степени трещиностойкости и точности геометрических параметров подразделяются на изделия первого и второго сорта. Устройство верхнего строения пути в разных случаях предполагает использование деревянных шпал следующих классов:
Первая (I) — для главных путей.
Вторая (II) — для стационарных и подъездных.
Третья (III) — для промышленных путей, не подвергающихся частым нагрузкам.
Деревянные шпалы служат без необходимости замены 12-15 лет, железобетонные — до 50 лет. Недостатками последних, однако, считаются их большой вес и высокая степень токопроводности.
Балластный слой ВСП
Назначением этого элемента ВСП является передача нагрузки от рельсов и шпал непосредственно на слои такого основания, как земляное полотно (верхние). Строение пути верхнего на мостах немного другое. Балластная призма в данном случае не обустраивается. На земляных участках ее чаще всего изготавливают из щебня твердых пород. Песчано-гравийные балласты, поскольку они плохо отводят воду, обустраиваются только на малозначимых линиях. На сильно засоренных участках в большинстве случаев насыпается и трамбуется асбестовая подложка. Во время дождя на ней образуется не слишком толстая корочка. Последняя служит неплохим препятствием для проникновения внутрь балласта разного рода засорителей.
Стрелочные переводы ВСП
Элементы конструкции верхнего строения пути этого типа могут служить для обеспечения передвижения поездов с одной колеи на другую или для поворота экипажа на 180 градусов. Также используются они при пересечении путей в одном уровне. Основными элементами стрелочного перевода являются:
собственно стрелка с переводным механизмом;
крестовина;
соединительные пути;
брусья переводные.
Основные типы ВСП
В настоящее время на магистральных дорогах РФ применяются следующие типы верхнего строения пути:
тяжелые;
средние;
легкие.
Определяется класс ВСП в зависимости от его грузонапряженности брутто. Объясняется это прежде всего тем, что, в отличие от большинства иных инженерных сооружений, все его составляющие работают с накапливающимися остаточными деформациями.
Тяжелое верхнее строение пути предполагает применение в большинстве случаев рельсов класса Р75. В качестве основы при этом используется призма из щебня или асбестовых отходов. Предназначены такие конструкции для магистралей с грузонапряженностью от 80 млн ткм/км в год.
Средний тип предполагает укладку рельсов Р65. Предназначен он для линий с грузонапряженностью в 25-80 млн ткм/км в год. Также такие пути прокладываются для высокоскоростных пассажирских поездов и на участках с особо интенсивным движением.
Легкий тип ВСП, в свою очередь, подразделяется на две основных разновидности:
для линий с напряженностью от 5 до 25 млн ткм/км в год;
менее 5 млн ткм/км в год.
В первом случае при укладке используются рельсы Р50. Также на таких участках могут применяться старые стальные направляющие Р75 или Р65. Для прокладки путей с напряженностью 5 млн ткм/км в год обычно используются бывшие в употреблении рельсы Р50. Призма легкого типа ВСП обычно обустраивается из гравийно-песчаной смеси.
Бесстыковые железнодорожные пути
На участках с надежной почвой рекомендуется обустраивать именно эту разновидность ВСП. В России длина плетей бесстыковых путей в среднем составляет 500-600 м. К их безусловным преимуществам относят:
облегчение такой процедуры, как ремонт верхнего строения пути;
увеличение срока службы ВСП;
увеличение плавности движения поездов.
Путь бесстыковой является, по сути, более передовой конструкцией в сравнении с обычным. Однако проектирование его — процедура несколько более сложная. Ведь в данном случае в рельсах возникают дополнительные температурные напряжения.
