Железнодорожный путь
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПУТЬ - комплекс инженерных сооружений и обустройств, образует дорогу с направляющей рельсовой колеей, предназначен для бесперебойного круглогодичного обращения подвижного состава; является одним из важнейших технических средств железных дорог. Ж.-д. путь состоит из нижнего и верхнего строений.
Общие сведения
К нижнему строению пути относятся земляное полотно с укрепительными, водоотводными, регуляционными и др. защитными сооружениями в полосе отвода, а также искусственные сооружения, возводимые на пересечениях ж. д. с различными препятствиями (мосты, водопропускные трубы, тоннели и др.).
Верхнее строение пути обычной конструкции состоит из рельсошпальной решетки, образованной рельсами, соединенными между собой стыковыми накладками, а со шпалами — промежуточными скреплениями, заглубленными в балластный слой, который вне искусственных сооружений опирается на основную площадку земляного полотна. К верхнему строению относят также устройства, обеспечивающие соединение и пересечение путей в одном уровне (стрелочные переводы, глухие пересечения и конструкции, создаваемые на их основе).
Ж.-д. путь оборудуется специальными путевыми и сигнальными знаками, указывающими километраж, уклоны, начало, конец и параметры кривых и др.
Ж.-д. путь работает в сложных природно-климатических условиях при постоянном воздействии динамических поездных нагрузок и имеет следующие функциональные назначения: направлять движение колес подвижного состава; обеспечивать пространственную устойчивость рельсовой колеи в вертикальной и горизонтальной плоскостях; воспринимать нагрузки и передавать их через верхнее строение и земляное полотно на земную поверхность; выравнивать земную поверхность, обеспечивая при этом необходимый план и профиль рельсовой колеи. От состояния ж.-д. пути зависят непрерывность и безопасность движения поездов, объемы перевозок, а также эффективность использования подвижного состава. Все элементы пути работают совместно и изменения в конструкции или работе одного из элементов вызывают изменения в работе пути в целом, во взаимодействии пути с подвижным составом, изменяют объем расходов по его содержанию и ремонту. Конструкция пути, сроки службы и расходы на его техническое обслуживание определяются объемом и условиями эксплуатационной работы ж. д. (грузонапряженность линии, масса и скорости обращающихся поездов, конструкции экипажей, нагрузки на оси, род тяги, характер перевозимых грузов и т. п.).
Прокладка пути
Для прокладки ж.-д. пути через водотоки, овраги и другие препятствия строятся ж.-д. мосты; при малом количестве воды — водопропускные трубы. В горных районах, обычно в зоне перевалов, ж.-д. путь прокладывается в тоннелях. Конструкция ж.-д. пути на мостах имеет некоторые особенности:
- при наличии железобетонного балластного корыта верхнее строение представляет собой обычную рельсошпальную решетку на балластном основании;
- на металлических мостах рельсы укладываются на деревянные мостовые брусья или железобетонные плиты, которые специальными болтами крепятся к продольным балкам.
Для предотвращения схода колес подвижного состава в пределах моста рядом с путевыми рельсами укладываются контррельсы и при наличии деревянных поперечин — противоугонные охранные брусья.
В тоннелях в основном применяется типовая конструкция верхнего строения пути на балластном основании, однако более рациональной является конструкция на бетонном основании (по типу Московского метрополитена) или с прикреплением рельсов через промежуточные амортизаторы к железобетонным плитам. Аналогичные конструкции пути широко применяются на скоростных наземных линиях в Японии и находят все большее распространение в других странах.
Ширина рельсовой колеи
Ширина рельсовой колеи - расстояние между рабочими кантами рельсов -зависит от соответствующих размеров колесных пар подвижного состава и колеблется в значительных пределах. Узкая колея (500; 750; 914; 1000 мм) применяется на линиях с грузонапряженностью до 10-15 млн т-км брутто на 1 км в год. Узкоколейные ж. д. обеспечивают скорости до 90-100 км/ч (в Японии при колее 1067 мм до 120 км/ч); они типичны для стран Африки, Юго-Восточной Азии, ряда стран Латинской Америки, в России распространены в основном на лесовозных трассах и промышленном транспорте. Нормальная и широкая колеи — 1435 мм (США, Канада, Мексика, страны Западной Европы, Китай, скоростные ж. д. Японии), 1520 мм (страны СНГ, Латвия, Литва, Эстония, Монголия, Финляндия), 1600 мм (отдельные дороги Австралии, Бразилия), 1665 мм (Испания), 1676 мм (Аргентина, отдельные дороги Индии) — применяются на линиях с грузонапряженностью 170—190 млн ткм брутто на 1 км в год, максимальная скорость достигает 350 км/ч. В крутых кривых (как правило, при радиусах менее 350—300 м) производится уширение колеи для обеспечения вписывания подвижного состава без заклинивания (на отечественных ж. д. установлена колея: на прямых и криволинейных участках с радиусом R не менее 350 м — 1520 мм, при радиусе 349—300 м — 1530 мм; 299 м и менее — 1535 мм). Ж.-д. путь широкой колеи прокладывается на высокоскоростных линиях прямыми и криволинейными участками с радиусом R = 3000-4000 м; на обычных магистральных ж. д. — криволинейными с i?>600 м; в горных условиях, как правило, с R = 250—300 м. Между круговой кривой и прямой устраивают переходные кривые, где радиус постепенно меняется от R круговой кривой до бесконечности.
Максимально разрешенные уклоны ж.-д. пути определяются категорией линии и рельефом местности, где она проложена; обычно их крутизна не превышает 8-12 %о, в горных условиях — 20-25 %о. На высокоскоростных линиях для уменьшения количества кривых на трассе могут применяться уклоны до 35 %о (например, линия Париж — Юго-Вос-ток), которые преодолеваются за счет инерции быстро идущего поезда.
Тип верхнего строения пути в значительной мере определяется мощностью укладываемых рельсов и зависит от грузонапряженности линии, осевых нагрузок, скоростей движения поездов. На главных путях ж. д. России эксплуатируются рельсы типов Р65 (87,7 % протяженности путей),Р75 (2,5 %), Р50 (ок. 8 %), Р43 и легче (ок. 2 %). В настоящее время при строительстве новых и реконструкции старых ж. д. укладываются в основном рельсы Рб5. Тип рельса определяется линейной плотностью (массой рельса длиной 1 м), значение которой округленно проставляется после буквы «Р».
На высокоскоростных ж.-д. магистралях мира применяют рельсы с линейной плотностью 60-61 кг/м, в России — 65 кг/м; на узкоколейных ж. д. — с линейной плотностью 25-45 кг/м, на отдельных магистральных линиях — до 50 кг/м. Более мощные рельсы обычно укладывают на железобетонные шпалы, широко используются деревянные шпалы, в некоторых странах — металлические. Эпюра шпал (число шпал на 1 км) — 1440—2200 шт/км (на отечественных ж. д.- 1840—2000 шт/км). Балластом на магистральных линиях обычно служит щебень фракции 25-60 мм, на менее деятельных линиях — гравий, доменные шлаки, песок.
На криволинейных участках для выравнивания давления на обе рельсовые нити, равномерного износа наружного и внутреннего рельсов, а также погашения центробежного ускорения, отрицательно влияющего на комфортность езды пассажиров, предусматривается возвышение наружного рельса по отношению к внутреннему. Размер возвышения зависит от скорости движения поездов и радиуса кривой и обычно не превышает 180 мм (в России — 150 мм).
Конструкция верхнего строения пути может быть звеньевой с рельсами длиной обычно до 60 м (на отечественных ж. д.- 25 м) и бесстыковой, уложенной сварными плетями длиной 1500—2500 м (до размеров блок-участков). Рельсы звеньевого пути при колебаниях температуры изменяют свою длину за счет стыковых зазоров, размеры которых не должны превышать 22-24 мм (наибольший конструктивный зазор). В бесстыковом пути подвижными являются лишь концевые участки протяженностью до 55-65 м. Средняя часть сварной плети не перемещается, и изменение температуры на 1 °С в ней вызывает увеличение или уменьшение напряжений в рельсах примерно на 2,5 МПа. Бесстыковой путь — прогрессивная конструкция, обеспечивающая более плавное движение поезда, уменьшающая расходы на текущее содержание пути и подвижного состава, снижающая основное удельное сопротивление движению. Зоны рационального применения звеньевого и бесстыкового пути определяются экономическими расчетами. На высокоскоростных линиях бесстыковой путь укладывается на железобетонные шпалы.
Требования
Верхнее строение пути размещается, как правило, на земляном полотне, основными сооружениями которого являются насыпи и выемки. К земляному полотну предъявляются следующие основные требования:
- оно должно быть прочным, устойчивым, надежным и долговечным;
- все поверхности земляного полотна, устройства в полосе отвода должны быть спланированы и защищены так, чтобы атмосферная вода нигде не застаивалась и был бы обеспечен максимальный ее отток в сторону или специальные водоотводные сооружения, а текущая вода не размывала бы откосы и основание;
- конструкция земляного полотна должна обеспечивать минимальные расходы на ее сооружение и эксплуатацию при максимально возможной механизации производства работ.
Кроме того, земляное полотно должно быть взаимосвязанным с притрассовой автодорогой, ремонтнопригодным и обеспечивать длительную эксплуатацию при пропуске современных и перспективных типов подвижного состава при максимальных скоростях движения поездов и расчетной грузонапряженности.