Защита пути от снежных заносов на перегонах и станциях
I. Введение
| Ж |
елезнодорожный путь — сложный комплекс линейных и сосредоточенных инженерных сооружений и обустройств, расположенных в полосе отвода, образующих дорогу с направляющей рельсовой колеёй. Железнодорожный путь состоит из верхнего и нижнего строения пути. К верхнему строению относятся рельсы, шпалы, рельсовые скрепления, балластный слой (балластная призма). Рельсошпальная решётка состоит из двух рельсов, уложенных и прикреплённых к поперечным балкам — шпалам. Возможно крепление на специальные плиты, выполняющие ту же функцию, что и шпалы. Шпалы или плиты обычно укладываются на балластный слой, который может быть двухслойным или однослойным. Чаще используется двухслойная балластная призма, состоящая из основного слоя - щебня твердых пород, и расположенной под ним песчаной или песчано-гравийной подушки. Однослойная балластная призма может быть из щебня, песчано-гравийной смеси, отходов асбестового производства, песка, ракушечника, шлака. На мостах различаются балластная конструкция (на пролёте устраиваются специальные корыта для размещения балласта) и безбалластная — когда мостовые брусья или плиты крепятся непосредственно на мостовые конструкции. К нижнему строению относятся земляное полотно и искусственные сооружения (мосты, трубы, путепроводы и т. д.).
II. Общие сведения о железнодорожном пути. Разберем по порядку строение железнодорожного пути и основные факторы, влияющие на его надежность и безопасность. Земляное полотно. 
Земляное полотно представляет собою долговременное (расчетный срок службы 500 лет) сооружение из грунтов (песок, глина, скальные, торф, заторфованные, сапропели), на которых размещается верхнее строение пути и которые воспринимают статические нагрузки от верхнего строения пути и динамические нагрузки от подвижного состава. Земляное полотно предназначено также для выравнивания земной поверхности в пределах железнодорожной трассы и придания пути необходимого плана и профиля. Трассой железнодорожной линии называют ось железнодорожного пути на уровне бровок основания площадки земляного полотна; проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом линии, а проекция трассы на вертикальную плоскость трассы — продольным профилем. Элементами плана линии являются прямые, сопряженные с криволинейными участками через переходные кривые. Поперечным профилем (разрезом) земляного полотна называется поперечный разрез его вертикальной плоскостью, перпендикулярной оси земляного полотна. Этот профиль определяет ширину земляного полотна наверху, крутизну откосов, расположение водотводных устройств и др. Земляное полотно может располагаться в выемке или на насыпи (рис.1).
Применяются следующие типы конструкций земляного полотна: насыпи (рис.2, а), выемки (рис 2, б), нулевые места (рис. 2, в), полунасыпи (рис. 2, г), полувыемки (рис.2, д), полунасыпи — полувыемки (рис.2, е). В поперечном профиле земляного полотна различают основную площадку 1, собственно земляное полотно 2 и основание 3. На основную площадку земляного полотна укладывается верхнее строение пути; ее очертание должно исключать застой воды и обеспечивать возможность укладки верхнего строения пути без повреждения земляного полотна. На однопутных линиях основная площадка земляного полотна имеет форму трапеции со средним элементом шириною 2,3 м, поднятым над уровнем бровки земляного полотна на 0,15 м. На двухпутных линиях основная площадка имеет форму треугольника, вершина которого выше уровня бровки земляного полотна на 0,2 м. Части земляного полотна, не закрытые верхним строением пути, называются обочинами. Ширина земляного полотна поверху на прямых участках пути должна соответствовать верхнему строению пути и быть не менее 5,5 м на однопутных линиях и не менее 9,6 м на двухпутных линиях, а в скальных и дренирующих грунтах не менее 5,0 и 9,1 м соответственно на однопутных и двухпутных линиях. На кривых участках пути земляное полотно уширяется с внешней стороны кривой на 0,1—0,5 м в зависимости от величины радиуса кривой и категорий линий (I, II, III, IV, V). На двухпутных участках пути основная площадка земляного полотна в кривых еще уширяется за счет увеличения ширины междупутья. На станциях основную площадку земляного полотна делают значительно шире в зависимости от развития станции, условий работы на ней, необходимости установки в междупутьях различных устройств (опор связи и контактной сети, стрелочных постов и др.). Поверхность основной площадки земляного полотна имеет односторонний или двухсторонний уклон для стока воды. Высота насыпи или глубина выемки обычно бывают от 1—2 до 20—30 м. При необходимости иметь большие рабочие отметки продольного профиля пути насыпи заменяются виадуками, а выемки — тоннелями. Земляное полотно сооружается по типовым или индивидуальным проектам. Первые для участков с простым инженерно-геологическими условиями и топографическими условиями без обоснования предварительными инженерными расчетами; вторые — для устройства земляного полотна в сложных природных условиях с проведением детальных инженерно-геологических изысканий и определением физико-механических и прочностных свойств грунтов для земляного полотна. Индивидуальные проекты, в частности, составляются при возведении насыпей выше 12 м и выемок глубже 12 м; при возведении насыпей высотою меньше 12 м, расположенных на крутых неустойчивых косогорах, на болотах, в районах вечной мерзлоты, в подтапливаемых или подверженных размыву местах трассы железнодорожного пути. Конструкция земляного полотна в зоне основной площадки для всех видов глинистых грунтов, кроме супеси, усиливается защитным слоем из дренирующего грунта в комбинации с геотекстилем или без него. Это необходимо для предотвращения мерзлотного пучения грунтов и образования деформаций основной площадки земляного полотна. На устойчивость земляного полотна большое влияние оказывают атмосферные и грунтовые воды, так как грунт во влажном состоянии имеет меньшее сопротивление сдвигу, чем в сухом, и несущая способность его уменьшается. Кроме того, насыщение земляного полотна водой может привести к деформации основной площадки, выплескам, образованию балластных корыт (углубления на основной площадке под шпалами), пучин (местные поднятия грунта при замерзании воды в балластном слое и в теле земляного полотна), оползней (смещение земляных масс основания и откосов земляного полотна). Дня отведения атмосферной воды от пути вдоль насыпи прокладываются водоотводные 
канавы трапецеидального поперечного сечения с шириной по дну не менее 0,6 м. Такие же канавы предусматриваются вдоль бровки откоса выемки пути с ее нагорной стороны (нагорные канавы) для предотвращения поступления воды в выемку с прилегающей местности и разрушения ее откосов. Отвод воды с основной площадки земляного полотна и откосов выемки производится по кюветам трапецеидального поперечного сечения глубиною 0,6 м и шириною по дну 0,4 м. При пилообразном профиле земляного полотна по пониженным местам прокладываются продольные лотки или канавы. Участки железных дорог, пролегающие по подножию горных склонов, могут подвергаться разрушениям селевыми потоками (грязекаменный поток), борьба с которыми ведется путем осушения и укрепления почвы горных склонов, устройства каменных стен, задерживающих потоки. Иногда сооружаются специальные галереи (селеспуски). Для отвода от земляного полотна грунтовых вод применяют различные устройства: вертикальные, горизонтальные и комбинированные открытые дренажи (канавы, лотки); закрытые дренажи (траншеи, штольни). Простейшими видами горизонтального открытого дренажа является дренажная канава и лотки (Рис.3)(железобетонные, бетонные, каменные, деревянные). Из закрытых дренажей наибольшее распространение получили подкюветные дренажи (рис.4) для понижения уровня грунтовых вод под основной площадкой земляного полотна галереи (рис. 5) и штольни (при глубине траншеи более10 м). Откосы земляного полотна укрепляют посевом трав, одерновкой, мощением камнем, покрытием фашинами. Для защиты откосов от разрушения волнами, льдинами и от выдувания грунта ветром (степи, пустыни) их укрепляют кустарниками с мощной корневой системой. Для защиты от сильных ударов льда применяют габионы (проволочные ящики с камнем), связанные между собою проволокой.
Искусственные сооружения
Искусственные сооружения возводятся на пересечениях железных дорог с реками, ущельями, другими дорогами, с обвалоопасными или лавиноопасными участками. К ним относят мосты, виадуки, эстакады, путепроводы, водопропускные трубы, фильтрующие насыпи, лотки, дюкеры, тоннели, подпорные стенки, противообвальные галереи, дамбы, барражи, трансбордеры. Мосты устраиваются при пересечении железных дорог с реками, каналами, ручьями, ущельями, оврагами. Они бывают каменные, металлические, бетонные, железобетонные и деревянные. Мост (рис. 9.6) состоит из опор и пролетных строений балочной, арочной или висячей конструкции. Они могут быть разводными или подвешенными для пропуска судов на крупных реках. Береговые опоры моста называются устоями, а промежуточные — быками. Нижняя часть устоев, находящихся в земле называется фундаментом, а верхняя часть, на которую устанавливаются пролетные строения, — исходной частью. Конец насыпи вокруг устоев моста называется конусами и обычно тщательно укрепляется от размыва. Мосты бывают также одно-, двух-, трех- и многопролетными (по числу промежуточных опор). Расстояние в свету между противоположными устоями однопролетного моста называется отверстием моста. В многопролетных мостах отверстием моста является сумма расстояний между отдельными опорами. Пролетное строение моста состоит из главных ферм, связей между ними, проезжей части и мостового полотна, включающего в себя рельсы, шпалы, балласт, деревянные или металлические поперечины, охранные и противоугонные устройства, боковые тротуары, настил, перила, системы водоотвода, обогрева, освещения. Путь на пролетных строениях укладывается на щебеночном балласте, на деревянных поперечинах или металлических поперечниках (особо крупные металлические мосты), на железобетонных плитах. При расположении проезжей части моста на уровне верхнего пояса фермы мост называется с «ездой поверху» (рис. 6, а); при расположении на уровне нижнего пояса — «с ездой понизу» (рис. 6, б). Мост с ездой посередине показан на рис. 6, в,
Все железнодорожные мосты подразделяются на классы в зависимости от их грузоподъемности, под которой понимается наибольшая нагрузка, которую может выдержать мост при условии обеспечения безопасности движения поездов.
Для прокладки железнодорожного пути в горной местности строятся тоннели (рис.7) вместо возведения дорогостоящих высоких насыпей или очень глубоких выемок. Тоннели, представляющие собой горизонтальное или наклонное подземное сооружение, строят под один, а иногда под два пути. По значимости они, как и мосты, — наиболее ответственные и дорогие искусственные сооружения в путевом хозяйстве, а по условиям эксплуатации — сложнее мостов. В плане тоннель может располагаться на прямой и на кривой, в ряде случаев строят петлевые и спиральные тоннели. Продольный профиль тоннелей может быть одно- и двухскатным (с уклоном в обе стороны от середины тоннеля). По условиям водоотвода расположение тоннеля на горизонтальных участках не допускается. При большой длине и расположении тоннеля на кривых требуется снижение уклона пути.
Около половины всех искусственных сооружений составляют трубы (рис.8) диаметром от 2 до 6 м, в насыпях при проходе через них малых водотоков, действующих периодически. Наряду с одоноочковыми трубами применяются двух- и трехочковые трубы, а в отдельных случаях — и четырехочковые. Трубы применяют также при прокладке местных дорог через насыпь. Трубы бывают бетонные, железобетонные, каменные и металлические.
На пересечении железной дороги с глубокими оврагами, лощинами, горными ущельями строятся виадуки (рис10). Виадуки делают многопролетными на высоких опорах, часто на уклонах и криволинейных участках пути вдоль склона горы. Виадуки бывают арочные, балочные и рамные, изготавливаются из камня, бетона, железобетона и металла. Вместо высоких насыпей строятся также мосты-эстакады и акведуки (рис. 9), т.е. мосты с лотками под водоток (оросительный канал, водопровод). Для пропуска малых водотоков, например оросительных каналов, под путем в неглубоких выемках делают дюкеры (рис. 11) с колодцами по его концам. На крутых косогорах, а также у берегов рек и морей строятся подпорные стенки из камня, бетона, железобетона. Они могут быть монолитными или сборными (из свай, стоек, плит).
В местах пересечения рек для предохранения земляного полотна и искусственных сооружений от размывов устраиваются дамбы и траверсы. Дамбы отводят поток воды от насыпи, предохраняют от подмыва береговые устои и обеспечивают более спокойный проход высоких вод через отверстие моста. Траверсы сооружаются с обеих сторон насыпи для предотвращения течения воды вдоль насыпи
Верхнее строение пути
Верхнее строение пути предназначено для восприятия вертикальных и горизонтальных нагрузок от колес подвижного состава и передачи их на нижнее строение пути, а также для направления движения колес по рельсовой колее. Оно состоит из рельсов, шпал, балластного слоя, скреплений, противоугонов, стрелочных переводов, глухих пересечений, мостовых и переводных брусьев. Верхнее строение пути должно обеспечивать безопасное движение поездов с установленными максимальными скоростями движения; его элементы должны быть прочными и устойчивыми в работе и обладать большим сроком, быть простыми и экономичными в изготовлении, ремонте и эксплуатации. Рельсы со шпалами и скреплениями образуют рельсошпальную решетку с шириной колеи 1520 мм участков пути на прямых и кривых с радиусами выше 350 м (расстояние между внутренними гранями головок рельсов). На кривых с радиусами от 349 до 300 м ширина колеи равна 1530 мм, а при радиусах от 299 м и менее — 1535 м.
Рельсы
Рельсы предназначены для направления колес подвижного состава, восприятия упругой переработки и передачи нагрузок от колес на подрельсовое основание. На участках с электрической тягой и автоблокировкой рельсы, кроме того, должны выполнять функцию проводника электрического тока. Тип рельсов определяется массой рельса длиной 1 м. На главных путях железных дорог России уложены рельсы типов Р50, Р65 и Р43. В настоящее время укладываются в основном рельсы Р65 (рис.12). Рельс состоит из головки, шейки и подошвы. Основные характеристики типов рельсов приведены в табл. 1.
Поверхность качения головки рельса для центральности передачи нагрузки от колеса имеет выпуклое криволинейное очертание. Стандартная длина рельсов на сети железных дорог России равна 25 м, а для укладки на внутренних нитях кривых изготавливаются укороченные рельсы длиной 24, 92 и 24,84 м. Для уменьшения числа стыков рельсы свариваются в плети длиной 800 м и более. Для обеспечения большей износостойкости и долговечности рельсы изготавливаются из мартеновской высокоуглеродистой стали с термической обработкой по всей длине путем объемной закалки в масле с последующим отпуском в печи. Срок службы таких рельсов в 1,3—1,5 раза выше, чем незакаленных рельсов. В настоящее время созданы рельсы низкотемпературной надежности Р65, объемно-закаленные I группы из ванадий-ниобий-боросодержащей электростали с использованием для легирования стали азотированных ферросплавов. Такие рельсы предназначены для железных дорог Сибири и Дальнего Востока, где температура воздуха зимой может достигать - 45 - 50 °С. В настоящее время российские рельсы являются одними из лучших в мире. Однако рельсы, выпускаемые в Японии, Франции, Швеции и Канаде, имеют более низкий уровень собственных напряжений и большую чистоту рельсовой стали, а также прямолинейность. Поэтому сейчас Россия начала закупать такие рельсы за рубежом для укладки их на высокоскоростных участках железных дорог.