 |
|
Шпалы; материал, типы и размеры
Шпа́лы (нидерл. spalk — подпорка) — опоры для рельсов в виде брусьев. В железнодорожном пути обычно укладываются на балластный слой верхнего строения пути и обеспечивают неизменность взаимного расположения рельсовых нитей, воспринимают давление непосредственно от рельсов или от промежуточных скреплений и передают его на подшпальное основание (обычно — балластный слой, в метрополитене — бетонное основание).[1]
При прокладке железной дороги Ливерпуль — Манчестер (англ. Liverpool and Manchester Railway) использовались каменные плиты служившие основанием для укладки рельсов. Позже появились деревянные шпалы, (причём именно дерево длительное время являлось наиболее распространённым материалом для шпал)[2], а затем и другие типы шпал.
Деревянные шпалы
Бывшие в использовании деревянные шпалы
Порода древесины для шпал может быть разная (например, красный клён или эвкалипт), в некоторых странах предпочитают дуб[3], а в некоторых, в силу экономических причин, древесину хвойных пород, преимущественно сосну, хотя такие шпалы более подвержены износу[3]. Для предотвращения гниения шпалы пропитывают антисептиками, чаще всего креозотом.
Деревянные шпалы обладают многими достоинствами: упругость, лёгкость обработки, высокие диэлектрические свойства, хорошее сцепление с щебёночным балластом, малая чувствительность к колебаниям температуры[2]. Важнейшим свойством является возможность уширения рельсовой колеи в кривых радиусом менее 350 м[2].
Срок службы деревянных шпал (в зависимости от типа древесины, внешних условий и интенсивности эксплуатации) составляет от 7 до 40 лет. Деревянные шпалы в России изготавливают преимущественно из сосны, а также из ели, пихты, кедра[2], хотя ранее проводились эксперименты по изготовлению шпал из дуба, лиственницы. Основная проблема деревянных шпал — тенденция их загнивания в местах крепления к ним рельсов, и проблема с дальнейшей их утилизацией.
Деревянные шпалы изготавливаются по ГОСТ 78-2004.
Шпалы из дерева подразделяются на три вида:
обрезные (отёсанные со всех 4 сторон)
полуобрезные (отёсанные только с 3 сторон)
необрезные (отёсанные только сверху и снизу)
Ранее для тёски шпал применялся топор-дексель (тесло).
Пропитка деревянных шпал
Пропитка шпал осуществляется каменноугольными маслами, креозотом, либо антисептиками ЖТК для пропитки железнодорожных шпал. В настоящее время в России пропитка осуществляется методом «вакуум-давление-вакуум», этот метод нормирован ГОСТ.
Для пропитки шпал производители используют комплекс оборудования: автоклавы, сушильные камеры, котлы-парообразователи и пр.
Пропитка древесины методом «вакуум-давление-вакуум» обеспечивает наиболее глубокое проникновение защитного средства и применяется для пропитки древесины, эксплуатируемых в тяжёлых условиях: шпал, опор ЛЭП связи, свай, мостов и др. Древесина должна быть сухой или подсушенной непосредственно перед пропиткой в том же автоклаве.
Железобетонные шпалы
С 1970-х в СССР приобрели популярность шпалы из напряжённого железобетона, особенно удачным их использование оказалось на бесстыковом пути.
Железобетонные шпалы представляют собой железобетонные балки переменного сечения. На таких балках имеются площадки для установки рельсов, а также отверстия под болты рельсошпального скрепления (при забивании в отверстия деревянных пробок используются также костыльные и шурупные соединения). Железобетонные шпалы изготавливаются с предварительным натяжением арматуры. Технология изготовления железобетонных шпал следующая: в специальную форму помещаются струны арматуры, которым сообщаются растягивающие усилия. Затем под действием вибратора форма заполняется бетоном. Когда бетон затвердевает, напряжения со струн снимаются и форма разбирается. Такой способ изготовления шпал придаёт им упругости и предохраняет шпалу от раскола под подвижным составом.
Достоинства железобетонных шпал: практически неограниченный срок службы вследствие высокой механической прочности и неподверженности гниению, что обуславливает возможность повторного использования шпал, а также использования на грузонапряжённых участках пути. Недостатки: недостаточная жёсткость, большая стоимость и вес, возможность усталостного разрушения бетона.
Земляное полотно
Ширина земляного полотна, поверху на прямых участках пути должна соответствовать верхнему строению пути. На существующих линиях до их реконструкции допускается ширина земляного полотна не менее: на однопутных линиях - 5,5 м, двухпутных - 9,6 м, а в скальных и дренирующих грунтах не менее: на однопутных линиях - 5,0 м, двухпутных - 9,1 м. Минимальная ширина обочины земляного полотна поверху должна быть 0,4 м с каждой стороны пути (Рис.3.8,а,б).
а
На кривых участках радиусом менее 2000 м земляное полотно уширяется по установленным нормам.
Для вновь строящихся железнодорожных линий и вторых путей ширина земляного полотна поверху должна соответствовать требованиям Строительных норм и правил.
Бровка земляного полотна в местах разлива вод должна быть не менее чем на 0,5 м выше максимальной высоты наката волны при сильных ветрах.
3.9. Номинальный размер ширины колеи между внутренними гранями головок рельсов на прямых участках пути и на кривых радиусом 350 м и более - 1520 мм. Ширина колеи на более крутых кривых должна быть: при радиусе от 349 до 300 м - 1530 мм
в т.ч. на железобетонных шпалах - 1520 мм
при радиусе 299 м и менее - 1535 мм
На участках железнодорожных линий и путях, где комплексная замена рельсошпальной решетки не производилось, допускается на прямых и кривых участках пути радиусом более 650 м номинальный размер ширины колеи - 1524 мм. При этом, на более крутых кривых ширина колеи принимается: при радиусе от 650 до 450 м - 1530 мм
при радиусе от 449 до 350 м - 1535 мм
при радиусе от 349 м и менее - 1540 мм
Величины отклонений от номинальных размеров ширины колеи, не требующие устранения, на прямых и кривых участках пути не должны превышать по сужению - 4 мм, по уширению + 8 мм, а на участках, где установлены скорости движения 50 км/ч и менее - по сужению - 4 мм, по уширению + 10 мм.
Порядок устранения отклонений, превышающих указанные значения, устанавливаются МПС России.
Ширина колеи менее 1512 мм и более 1548 мм не допускается.
Порядок эксплуатации бесстыкового пути на железобетонных шпалах, уложенных до 1996 г., устанавливается МПС России.
3.10. Верх головок рельсов обеих нитей пути на прямых участках пути содержать одну рельсовую нить на 6 мм выше другой в соответствии с нормами, установленными соответствующей инструкцией МПС.
Возвышение наружной нити на кривых участках пути в зависимости от радиуса кривой и скоростей движения по ней устанавливается приказом начальника железной дороги в соответствии с инструкцией МПС.
Примечание: Возвышение наружной нити рельсовой колеи на кривых участках пути производится для уменьшеньшения негативного последствия действующих сил (Рис.3.10) на подвижной состав с целью повышения его устойчивости и плавности хода.
Рис.3.10. Схема действующих сил в кривой:
1 - сила веса; 2 - центробежная сила; 3 - составляющая сила веса; 4 - рамные силы, действующие на колесную пару; 5 - боковое воздействие рельса на колесо (и наоборот); 6, 7 - силы трения между колесом и рельсом.
Возвышение наружной рельсовой нити не должно превышать 150 мм. В необходимых случаях на кривых участках главного пути максимальное возвышение наружной рельсовой нити может допускаться с разрешения МПС и более 150 мм.
Величины допускаемых отклонений в уровне расположения рельсовых нитей от установленных норм на прямых и кривых участках пути устанавливаются МПС.
3.11. Перечень особо крупных и ответственных искусственных сооружений и порядок надзора за ними, а также порядок надзора за деформирующимися или находящимися в сложных инженерно-геологических условиях участками земляного полотна устанавливаются начальником железной дороги.
Мосты и тоннели по перечню, утвержденному начальником железной дороги, ограждаются контрольно-габаритными устройствами, оборудуются оповестительной сигнализацией и заградительными светофорами.
Искусственные сооружения должны быть снабжены противопожарными средствами по установленным МПС нормам и в необходимых случаях иметь приспособления для осмотра.
Все мосты классифицируются по грузоподъемности на основании действующих расчетных норм и соответствующих инструкций МПС.
3.12. Для контроля за состоянием пути и сооружений на дорогах должны применяться путеизмерительные вагоны и тележки, вагоны-дефектоскопы, дефектоскопные тележки, лаборатории по дефектоскопии, мостовые, тоннельные, путевые обследовательские, габарито - обследовательские, испытательные, ремонтно-обследовательско-водолазные станции.
Периодичность проверки главных путей путеизмерительными вагонами устанавливается начальником железной дороги, но не менее двух раз в месяц по маршруту следования пассажирских поездов со скоростями более 60 км/ч.