7.1.2 Подрельсовые опоры и балластный слой

Подрелъсовые опоры (подрельсовые основания) предназначены для:

• восприятия и передачи на балластный слой вертикальных, боко­вых и продольных усилий от рельсов;

• обеспечения стабильности стандартной ширины колеи, подуклон- ки рельсовых нитей и положения рельсовой колеи в плане и профиле;

23

• выполнения функций диэлектрика, т.е. обеспечивают электри­ческую изоляцию двух нитей рельсов друг от друга на участках с авто­блокировкой и централизацией стрелок и сигналов.

Подрельсовые опоры выполняются в виде шпал, переводных бру­сьев (на стрелочных переводах) и мостовых брусьев. На искусствен­ных сооружениях (мостах, тоннелях и т.д.) в качестве подрельсовых опор также используют блочные или монолитные железобетонные основания.

Шпалы — основной вид подрельсового основания. Материалом для шпал служат дерево и железобетон. В некоторых странах с тропичес­ким климатом (Индия, Индонезия и другие) получили распростране­ние металлические шпалы, так как деревянные шпалы, уложенные в путь, в этих странах очень быстро разрушаются термитами.

Наибольшее распространение на железных дорогах России получи­ли деревянные шпалы, которые уложены примерно на 70 % раз­вернутой железнодорожной сети. Их изготовляют из древесины хвой­ных пород деревьев — сосны (70 %), ели, пихты и лиственницы. К дос­тоинствам деревянных шпал относятся: сравнительно небольшая масса (70 кг), простота скрепления рельсов, упругость, простота изготовле­ния, высокие диэлектрические свойства, малая чувствительность к уда­рам и колебаниям температуры и высокая устойчивость в щебеночном балласте. Серьезным недостатком деревянных шпал является сравни­тельно небольшой срок службы. Средний срок службы шпал в сравни­тельно суровых климатических условиях России не превышает 15 лет. Изготовление деревянных шпал для отечественных железных дорог тре­бует большого объема дефицитной и дорогой строевой древесины. Так, чтобы изготовить деревянные шпалы для 1 км железнодорожного пути, нужно вырубить примерно 2 га строевого леса с деревьями диаметром не менее 26—28 см, т.е. возраста порядка 100 лет.

Деревянные шпалы подразделяются на три вида (рис.14.): обрез­ные, полуобрезные и необрезные, а также на три типа: I — для главных путей, II — для станционных и подъездных путей, III — для малодея­тельных путей промышленных предприятий. Типы шпал отличаются друг от друга размерами поперечного сечения. Длина деревянных шпал стандартная — 275±2 см.

24

Для особо грузонапряженных линий приме­няют также шпалы длиной 280 см.

Для продления срока службы и защиты от гниения деревянные шпа­лы перед установкой в путь пропитывают масляными антисептиками (креозотом или антраценом). Пропитка шпал производится на специ­альных шпалопропиточных заводах.

Рис.14.Формы и размеры поперечных сечений деревянных шпал: а – обрезых; б – полуобрезных; в – необрезных

Железобетонные шпалы на отечественных железных доро­гах применяют с 1959 г.

Рис.15.Железобетонная шпала типа Ш-1-1

25

В настоящее время промышленность серийно выпускает цельнобрусковые шпалы типа Ш-1-1 (рис.15.) для раздельного клеммно-болтового скрепления КБ, изготовленные из предвари» тельно напряженного железобетона. Шпалы типа Ш-1-1 имеют пере­менное (по длине) поперечное сечение с уменьшенной жесткостью в средней части. Железобетонные шпалы более долговечны (срок службы — 30—50 лет) и обеспечивают лучшую устойчивость пути по сравнению с деревянны­ми. Существенными недостатками шпал типа Ш-1-1 являются большая масса (каждая 265 кг), повышенная (в 2—3 раза) жесткость пути, слож­ная конструкция скрепления с рельсами, электропроводность, хруп­кость и повышенная чувствительность к ударам. Особо повышенная повреждаемость железобетонных шпал в эксплуатации наблюдается в зоне стыков, так как бетон плохо работает на ударную нагрузку. В этой связи применение железобетонных шпал признано эффективным на бесстыковом пути и на линиях с высокоскоростным движением пасса­жирских поездов. Так, например, железобетонные шпалы достаточно эффективно используются на скоростной железнодорожной линии Москва—Санкт-Петербург.

Одной из важных характеристик железнодорожного пути является расстояние между шпалами: чем меньше это расстояние, тем меньше деформация пути и сопротивление движению подвижного состава. По­рядок расположения шпал по длине пути называется эпюрой шпал. На российских дорогах применяют следующие эпюры: 1400, 1600, 1840 и 2000 шпал на 1 км. На главных путях железных дорог применяется эпюра шпал 1840 шт./км, т.е. укладывают по 46 шпал на каждое стан­дартное рельсовое звено (25 м). В кривых радиусом менее 1200 м при­меняют увеличенную эпюру по сравнению с прямыми участками пути. Например, если на прямом участке эпюра шпал — 1840 штук, то в кри­вой она составляет уже 2000 шпал на 1 км пути. Материал шпал на эпю­ру влияния не оказывает.

В рельсовом стыке шпалы укладывают на меньшем расстоянии, чем на остальной части пути. Так, например, при рельсах Р65 и Р75 рассто­яние между осями стыковых шпал равно 42,0 см (см. рис.11.). Расстоя­ние между осями остальных шпал рельсового звена одинаковое и со­ставляет 54,6 см при эпюре 1840 шт./км и 50,2 см при эпюре 2000 шт./км. В процессе эксплуатации происходит так называемый угон пути, в ре­зультате чего расстояние между осями шпал рельсового пути может из­мениться. Максимальное допустимое отклонение в расстояниях между осями соседних шпал не должно превышать 8 см.

Балластный слой укладывают в виде призмы на основную площадку земляного полотна. Назначение балластной призмы: гашение части энергии от проходящих поездов; поддержание постоян­ства положения и устойчивости рельсо-шпальной решетки в плане и профиле пути; распределение динамических нагрузок от локомотивов и вагонов на возможно большую площадь земляного полотна; отвод вод от верхнего

26

строения пути. Балластный слой также препятствует пере­увлажнению и пересыханию верхнего слоя грунта земляного полотна.

Материалами для балласта служат: щебень, гравий, гравийно-пес­чаная смесь, отходы асбестового производства и крупнозернистый пе­сок. В качестве балласта иногда также применяют ракушечник, метал­лические шлаки и другие местные материалы.

Щебеночный балласт, получаемый при дроблении природных проч­ных горных пород, является лучшим балластным материалом, так как в наиболее полной мере отвечает своему назначению. На этот балласт, как правило, укладывают главные и приемо-отправочные пути станций, по которым предусмотрен безостановочный пропуск поездов, а также часто стрелочные переводы и деповские пути.

Асбестовый балласт в основном применяют для балластировки глав­ных и приемо-отправочных путей станций на железнодорожных лини­ях, построенных в районах его месторождений (например, Урал), а так­же на участках с интенсивным загрязнением верхнего строения пути сыпучими грузами с проходящих поездов. Этот балласт представляет собой песчано-щебеночную смесь с добавлением отходов асбестового производства (концерн «Асбест» Баженовского месторождения).

Асбестовый балласт не является перспективным балластным мате­риалом для использования на главных путях магистралей. Он имеет не­удовлетворительную водопроницаемость [1], кроме того, его примене­ние представляет определенную опасность для здоровья людей. При этом практически невозможна его очистка для повторного применения; существуют серьезные проблемы с захоронением огромных объемов балласта, отслужившего свой срок.

Гравийный и гравийно-песчаный балласты получают из смеси, обра­зовавшейся в результате разрушения горных пород. Эти балласты явля­ются наименее подходящими балластными материалами, их применя­ют на малодеятельных линиях, станционных соединительных и подъезд­ных путях, а также используют в качестве подушки под щебеночный и асбестовый балласты.

Толщина балластного слоя из щебня под шпалой зависит от грузо­напряженности линии и материала шпал и составляет 25—35 см при деревянных и 30—40 см при железобетонных шпалах. Балластная при­зма выполняется с откосами полуторной крутизны (1:1,5). Ширина бал­ластной призмы на скоростных однопутных и особо грузонапряженных линиях, а также на железных дорогах I и II категорий принимается рав­ной 3,85 м.

В процессе эксплуатации балласт загрязняется и засоряется части­цами, попадающими с поездов и надуваемыми ветром. Поэтому для бал­ласта устанавливают сроки службы, по истечении которых производят его очистку или частичную замену.