Подрельсовые опоры
ПОДРЕЛЬСОВЫЕ ОПОРЫ (подрельсовые основания) - элемент верхнего строения пути, воспринимающий вертикальные, боковые и продольные усилия от рельсов и передающий их на балластный слой или элементы искусственного сооружения. Подрельсовые опоры совместно с балластным слоем обеспечивают стабильное пространственное положение рельсовой колеи в плане и профиле в процессе эксплуатации.
Требования
Они должны обладать: прочностью, износостойкостью и долговечностью в условиях переменных силовых и природно-климатических воздействий (атмосферные осадки, колебания температуры, сезонное замерзание — оттаивание); высокой сопротивляемостью продольным и поперечным смещениям в балласте; производственной технологичностью, а также упругостью и хорошими диэлектрическими свойствами (желательные качества). Подрельсовые опоры устраивают в виде шпал и брусьев (на стрелочных переводах и металлических мостах). Кроме того, на искусственных сооружениях применяют блочные основания безбалластного типа из железобетона (в виде плит - на мостах, малогабаритных рам - в тоннелях). На обычном пути, расположенном на земляном полотне, блочные подрельсовые основания, как правило, не применяются.
Основные материалы для шпал и брусьев - дерево и железобетон. На некоторых зарубежных дорогах, главным образом в странах с тропическим климатом, получили распространение также металлические шпалы (из-за разрушения деревянных шпал термитами). Число шпал на 1 км и порядок их расположения по длине рельсового звена (эпюра укладки) нормируется исходя из условий выравнивания давлений в балластном слое по его глубине, а также обеспечения необходимой сопротивляемости рельсошпальнои решетки продольному и поперечному сдвигу. На главных путях ж. д. России применяется эпюра шпал 1840 шт./км (46 шпал на 25-метровом звене) на прямых участках и в кривых радиусом более 1200 м; 2000 шт./км (50 шпал на звене) в кривых радиусом 1200 м и менее (на скоростных линиях при скоростях движения свыше 141 км/ч в кривых радиусом 2000 м и менее). На путях малодеятельных линий и подъездных путях допускается эпюра шпал на прямых участках 1440 шт./км, а в кривых радиусом менее 650 м - 1600 шт./км (40 шпал на звене). Для улучшения условий работы пути под поездной нагрузкой в зоне рельсовых стыков стыковые шпалы сближают друг с другом. При всех эпюрах приняты стандартные расстояния между осями стыковых шпал: 42 см - при рельсах Р65, Р75 и 44 см - при рельсах Р50. Расстояния между осями остальных шпал на протяжении рельсового звена одинаковы и равны 54,6 см (эпюра 1840 шт./км) и 50,2 см B000 шт./км). В процессе эксплуатации наибольшее допускаемое отклонение в расстояниях между осями шпал (от указанных нормативных) не должно превышать 8 см.
Деревянные шпалы
Деревянные шпалы и брусья имеют наибольшее распространение на ж. д. России; общая протяженность главных путей с такими шпалами составляет около 70%. К основным достоинствам деревянных шпал относятся: упругость; легкость обработки; простота прикрепления рельсов, в т. ч. возможность плавного изменения и отвода уширения рельсовой колеи в кривых малых радиусов (менее 300 м); хорошее сцепление с щебеночным балластом; малая чувствительность к ударам и колебаниям температуры; сравнительно небольшая масса (70 кг); наличие диэлектрических свойств. Вместе с тем деревянные шпалы имеют сравнительно небольшой срок службы из-за гниения, растрескивания и механического износа (в среднем до 15 лет на отечественных дорогах), требуют большого расхода дефицитной и дорогой строевой древесины (на 1 км пути 2 га леса с деревьями диаметром 26-28 см возраста 80—100 лет), создают неоднородную упругость пути по длине. Основными породами древесины, из которой вырабатываются шпалы для отечественных ж. д., являются хвойные: сосна (~70%), ель и др. (около 30%). В зарубежных странах (США, Япония, ФРГ и др.) шпалы изготовляют преимущественно из твердых пород деревьев - дуба, бука (от 5 до 100% от общего числа деревянных шпал в пути); они имеют срок службы не менее 30—40 лет и обеспечивают высокую прочность рельсовых скреплений.
По форме поперечного сечения шпалы и стрелочные брусья подразделяются на обрезные, опиленные с четырех сторон, и необрезные — опилены две противоположные стороны (пласти шпалы). Длину деревянных шпал устанавливают исходя из оптимальной работы балластного слоя и пути в целом, выгодного раскроя шпального кряжа, габаритных ограничений путеукладочных кранов УК-25. Стандартная длина деревянных шпал всех типов принята 272 ± 2 см. По индивидуальному заказу для линий с высокой грузонапряженностью выпускаются шпалы длиной 280 см; на участках совмещенного движения с разной шириной колеи (1520 мм и 1435 мм) укладывают деревянные шпалы длиной 300 см. Стрелочные брусья изготовляют длиной от 3 м до 5,5 м (удвоенная длина шпалы). Число брусьев в комплекте стрелочного перевода составляет 80 шт. (марка 1/11) и 137 шт. (1/18). Длина мостовых брусьев 3,25 м (выполняются только обрезными).
Деревянные шпалы не имеют ограничений по зонам укладки. Их целесообразно применять на участках звеньевого пути, особенно в кривых малых радиусов (менее 300 м), где необходимо уширение колеи до 1530-1535 мм; на вновь строящихся ж. д. с нестабилизированным земляным полотном, особенно на вечномерзлых и болотистых основаниях, подверженных пучению; на участках с высокой засоряемостью (угольно-рудные, торфяные маршруты и т.п.), где периодичность ремонтов пути, связанных с очисткой щебеночного балласта, всего 2-3 года; на линиях с грузонапряженностью св. 80-100 млн. т-км брутто/км в год, где применение бесстыкового пути с железобетонными шпалами является малоэффективным.
Железобетонные шпалы
Железобетонные шпалы и брусья. Массовая укладка железобетонных шпал на отечественных ж. д. была начата в 1959 г.; в настоящее время общая протяженность таких путей составляет около 50 тыс. км. На первом этапе отработки конструкции железобетонной шпалы были проведены широкие эксплуатационные испытания двухшарнирных трехблочных шпал, двухблочных с металлической соединительной поперечиной (таврового или трубчатого сечения) и цельнобрусковых шпал из предварительно напряженного железобетона. При этом варьировались способы армирования (стержневая, проволочная арматура), а также конструкции промежуточных скреплений. На дорогах России применяются исключительно цельнобрусковые шпалы, армированные высокопрочной проволокой (рис. 3.47). Многолетний опыт эксплуатации шпал брускового типа из предварительно напряженного железобетона показал их бесспорные достоинства по сравнению с деревянными шпалами: увеличение межремонтных периодов благодаря долговечности шпал (до 30— 50 лет); повышенная (на 10—20% по сравнению с деревянными шпалами) устойчивость бесстыкового пути против выброса; стабильность ширины рельсовой колеи; однородная упругость по длине пути и плавность движения поездов (что особенно важно для скоростных линий); сохранение лесов. К недостаткам железобетонных шпал относятся: повышенная (в 2-3 раза) жесткость пути, которую приходится снижать с помощью резиновых прокладок-амортизаторов; электропроводность и необходимость применения недолговечных изолирующих деталей; хрупкость и чувствительность к ударам; низкая работоспособность в зоне рельсовых стыков (выход в 3—5 раз выше, чем в средней части рельсов); большая масса B65 кг), затрудняющая смену дефектных шпал и требующая мощного кранового оборудования для укладки звеньев.
Железобетонные шпалы имеют переменное (по длине шпалы) поперечное сечение с относительно малой жесткостью в средней части по сравнению с подрельсовыми участками. Это позволяет уменьшить изгибающие моменты в междурельсовой зоне шпал. Для снижения давлений на балласт ширина подошвы шпал увеличена у торцов и уменьшена в средней части. Железобетонные шпалы изготовляют из тяжелого бетона класса по прочности на сжатие М500. Марка бетона по морозостойкости должна быть не ниже МР3 200. Для бетона применяют щебень (из природного камня или гравия) фракции 5-20 мм. В качестве арматуры используется стальная проволока периодического профиля диаметром 3 мм. Номинальное число проволок в шпале 44, каждая из которых натягивается с усилием 8,1 кН. Такие шпалы наиболее эффективны в сочетании с бесстыковыми рельсовыми плетями (звеньевой путь с железобетонными шпалами - конструкция, неоправданная технически и экономически), а также на линиях со скоростным движением пассажирских поездов благодаря высокой стабильности и равноупругости такого пути.