Транспортные системы

Всё об автомобильном, ЖД и авиатранспорте в России

Железнодорожный транспорт

 

Путь и путевое хозяйство

 

Железнодорожный  путь (рисунок 2.10) – это  комплекс  инженерных   сооружений, предназначенный для пропуска по нему поездов с  установленной  скоростью.

К путевому хозяйству железнодорожного транспорта относятся  собственно  путь со всеми его сооружениями и устройствами, а также  комплекс  производственных подразделений и хозяйственных  предприятий,  предназначенных для обеспечения бесперебойной работы железнодорожного пути и проведения его планово-предупредительных ремонтов.

Удельный вес путевого хозяйства в системе железнодорожного транспорта характеризуется тем, что на его долю приходится более 50 %  всех  основных средств железных дорог и свыше 20 % общей численности  работников.

Рисунок 2.10  – Железнодорожный путь

 

 clip_image020 

Железнодорожный путь состоит из земляного полотна строго определенных размеров в виде насыпи или выемки, на верхнюю поверхность которого помещается балластная призма из щебня, гравия или песка. На нее по определенной эпюре укладываются железобетонные, деревянные или металлические шпалы, затем к ним с помощью особых скреплений прикрепляются стальные рельсы. При проектировании и строительстве железнодорожный путь стремятся сделать прямым и горизонтальным, а при невозможности этого – без крутых уклонов в профиле и закруглений в плане. Чем круче уклон пути и чем меньше радиусы кривых, тем больше сопротивление движению.

В разных странах мира железные  доро-

ги имеют разную ширину колеи. Железные

дороги  СНГ и Финляндии имеют ширину колеи, исчисляемую между внутренними гранями головок рельсов, равную 1520 мм. На острове Сахалин ширина колеи в основном составляет 1067 мм. Европейские страны (за исключением Испании и Португалии), а также Канада и США имеют колею 1435 мм. В большинстве стран Южной Америки,  в Индии, Испании и Португалии ширина колеи равна 1600, 1667 и 1676 мм. Некоторые страны имеют более узкую колею (до 750 мм). В Японии основная колея -–1067 мм, новые скоростные магистрали – 1435 мм.

Железнодорожный путь состоит из нижнего и верхнего строений.

Н и ж н е е   с т р о е н и е  п у т и   включает земляное полотно (насыпь, выемка, полунасыпь, полувыемка) и искусственные сооружения (мосты, тоннели, трубы, подпорные стены и др.).

К  в е р х н е м у   с т р о е н и ю  пути  относятся  балластный  слой,  шпалы, рельсы, крепления, противоугоны, стрелочные  переводы,  мостовые  и переводные брусья. Мощность верхнего строения пути характеризуется типом рельсов, качеством балласта и толщиной балластного слоя, типом шпал и их количеством на 1 км.

Земляным полотном называется сооружение, служащее основанием для верхнего строения пути. Оно представляет собой комплекс грунтовых сооружений, получаемых в результате обработки земной поверхности и предназначенных для укладки верхнего строения, обеспечения устойчивости пути и защиты его от воздействия атмосферных и грунтовых вод.

И с к у с с т в е н н ы е   с о о р у ж е н и я  устраиваются при пересечении железнодорожными линиями рек, каналов, дорог и других препятствий. К ним относятся мосты, путепроводы, виадуки, эстакады, тоннели, галереи, трубы и другие сооружения.

Мост (рисунок 2.11) – искусственное сооружение, устраиваемое над водным пространством. Мост состоит из пролетных строений, являющихся основанием для пути, и опор, поддерживающих пролетные строения. Береговые опоры моста называются устоями, промежуточные – быками. Опорами мост разделяется на пролеты.

Мосты бывают:

·   clip_image022по числу пролетов – одно-, двух-, трехпролетные и т. д.;

 

Рисунок 2.11 – Мосты с ездой: а – поверху; б – понизу; в – посередине

·    по конструкции пролетного строения – с ездой понизу, с ездой поверху, с ездой посередине;

·    по числу главных путей – одно-, двух- и многопутные;

·    по материалу – каменные, металлические, железобетонные, деревянные;

·    по длине – малые – до 25 м, средние – от 25 до 100 м, большие – от 100 до 500 м и внеклассные – более 500 м.

Около 70 % мостов – металлические, срок их службы составляет 80 и более лет.

Путепроводы строят в местах пересечения железных и автомобильных дорог  или двух железнодорожных линий (рисунок 2.12).

clip_image024Виадуки сооружают вместо высокой обычной насыпи при пересечении железной   дорогой   глубоких   оврагов,  ущелий

(рисунок 2.13).

  Рисунок 2.12 – Путепровод

 

 Эстакады устраивают взамен больших насыпей в городах, где они меньше стесняют улицы и не препятствуют проезду и проходу под ними, а также на подходах к большим мостам через реки с широкими поймами разлива воды (рисунок 2.14).

clip_image026Тоннели служат для прокладки пути под землей (рисунок 2.15). По месту расположения они бывают горные, подводные и городские (метрополитены).

Галереи строят в горах в местах возможных обвалов (рисунок 2.16).

Трубы устраивают при пересечении железной дорогой небольших водотоков или суходолов (рисунок 2.17).

Т р а с с а        ж е л е з н о д о р о ж н о й   

л и н и и   характеризует  положение  в  пространстве продольной оси пути на уровне бровок земляного полотна.

Рисунок 2.14 – Эстакада

 

Рисунок 2.15 – Тоннель

 

 clip_image028 

П л а н        ж е л е з н о д о р о ж н о г о   п у т и   (линии) – это проекция трассы на горизонтальную плоскость, состоит из прямых и кривых участков (рисунок 2.18). Кривые малого радиуса (500 м и менее) вызывают

снижение скорости   движения,   повышенный   боковой износ рельсов  и  колес  подвижного  состава, удлинение линии, повышают сопротивление  движению и ухудшают видимость машинистам. Для обеспечения плавного вписывания подвижного состава в круговые кривые они сопрягаются с прямыми участками пути с помощью переходных кривых, радиус которых постепенно уменьшается от  ¥  до радиуса круговой кривой R.

П р о д о л ь н ы й   п р о ф и л ь  п у т и – это развертка трассы на вертикальную плоскость  (рисунок  2.19).   Состоит из горизонтальных и наклонных участков.

clip_image030Уклон пути – подъем и спуск. Крутизна наклона элементов профиля характеризуется их уклоном, которым называется отношение разности высот точек по концам элемента к горизонтальному расстоянию между ними. Уклон пути обозначается числом тысячных долей со знаком о/оо. В зависимости от направления движения поезда каждый наклонный элемент профиля (уклон) будет или подъемом, или  спуском.

  Рисунок 2.16 – Противообвальная               галерея

 

  Горизонтальные элементы профиля называются площадками.

clip_image032Руководящий уклон – наибольший подъем на участке, по величине которого устанавливается масса поезда.

Продольный профиль характеризуется крутизной уклонов элементов и их длиной.

 Рисунок 2.17 – Труба

 

 Крутизна (i) измеряется в тысячных долях и получается как частное от деления разности отметок конечных точек элемента профиля (Н) на его длину (L), т. е.  i = Н /L (рисунок 2.20).

 

  

Основным методом определения рационального решения при проектировании железных дорог является разработка нескольких  конкурентоспособных вариантов и выбор наилучшего из них  в  результате  технико-экономических сравнений.

В простейшем случае сравнение только двух вариантов с одноэтапными капиталовложениями может производиться по сроку окупаемости:

 

                                           Ток = (К2 – К1 ) / (Э1 – Э2 ),                                    (2.1)

 

где К1 и К2  – капиталовложения по первому и второму вариантам; Э1 и Э2 – эксплуатационные расходы по первому и второму вариантам.

Разрез, перпендикулярный  продольной  оси  пути,  называется   п о п е р е ч н ы м   п р о ф и л е м   з е м л я н о г о   п о л о т н а. Различают типовые и индивидуальные поперечные профили земляного полотна. Типовые профили в свою очередь делятся на нормальные и специальные. Нормальные профили применяются при сооружении земляного полотна на надежном основании из обычных грунтов. Специальные профили используются в специфических условиях: вечная мерзлота, подвижные пески, скальные грунты, болота и т. п.  Индивидуальные профили применяются в сложных топографических, геологических и климатических условиях и при высоте откосов более 12 м. При этом все размеры обосновываются конкретными расчетами. Отвод поверхностных вод от насыпей, возводимых из привозного грунта, осуществляется продольными водоотводными канавами шириной по дну и глубиной не менее 0,6 м, которые при поперечном уклоне местности до 0,04 устраиваются с обеих сторон, а при большем уклоне – только с нагорной (верхней) стороны.

Если насыпь возводится из местного грунта, взятого рядом с насыпью, то для отвода воды от полотна используются образовавшиеся при этом спланированные углубления, называемые резервами. Дну резервов и водоотводных канав придают продольный уклон не менее 2 о/оо. Полоса земли от подошвы откоса до водоотводной канавы или резерва называется бермой. Со стороны будущего второго пути на однопутных линиях ширина бермы должна быть не менее  7,1 м,  а  с  противоположной  стороны – не  менее 3,0 м. Для отвода воды от насыпи берма имеет уклон, равный 0,02–0,04. Поперечный профиль насыпи приведен на рисунке 2.21.

 

 

 

 Вынутый при сооружении выемки грунт, не используемый для сооружения насыпи в другом месте, укладывается за откосом выемки с нагорной стороны в правильные призмы, называемые кавальерами. Для перехвата и отвода притекающих к выемке поверхностных вод за кавальерами строятся нагорные канавы, а на полосе между кавальером и бровкой откоса выемки отсыпается банкет с поперечным уклоном 0,02–0,04 в сторону от откоса для отвода воды в забанкетную канаву. В неустойчивых грунтах, а также в стесненных условиях вместо водоотводных канав и кюветов устраиваются лотки (железобетонные, бетонные, каменные или деревянные).

На однопутных линиях основная площадка земляного полотна имеет форму трапеции шириной поверху 2,3 м и высотой 0,15 м (рисунок 2.23, а), а на двухпутных линиях – форму  равнобедренного  треугольника  высотой 0,2 м  (рисунок 2.23, б). В скальных и дренирующих грунтах основная площадка земляного полотна горизонтальна.

Согласно ПТЭ ширина земляного полотна на существующих линиях должна быть не менее 5,5 м на однопутных линиях и 9,6 м – на двухпутных, а в скальных и дренирующих грунтах – не менее 5,0 м  на  однопутных  и 9,1 м  – на двухпутных линиях. Линия пересечения основной площадки с откосами называется  бровкой земляного полотна, а откоса с основанием – подошвой откоса.

Горизонтальная проекция линии откоса (l) называется его заложением, а отношение высоты откоса (h) к заложению, которое обозначается 1 : n, – крутизной откоса. Наибольшее распространение получили откосы крутизной 1:1,5, называемые полуторными.