Лекция №2
Комплекс устройств и сооружений
Железнодорожноготранспорта.
Железнодорожный путь.
Искусственные сооружения
Понятие о комплексе устройств и сооружений
железнодорожного транспорта
Для осуществления перевозочного процесса ОАО «РЖД» располагает техническими средствами инфраструктуры, в которую входят:
• железнодорожный путь с необходимым путевым развитием в раздельных пунктах для приема, скрещения, обгона, расформирования, формирования и отправления поездов и выполнения других операций;
• сооружения для посадки, высадки и обслуживания пассажиров;
• устройства для хранения, погрузки и выгрузки грузов;
• устройства сигнализации, централизации и блокировки, информационные комплексы для обеспечения безопасности движения поездов И ускорения производственных процессов;
• сооружения для экипировки и ремонта локомотивов и вагонов;
• устройства электроснабжения, в том числе тяговые подстанции и контактная сеть на электрифицированных линиях;
• устройства водоснабжения;.
•устройства материально-технического снабжения.
Габариты на железных дорогах
Для безопасного движения поездов необходимо, чтобы локомотивы, вагоны и грузы на открытом подвижном составе могли свободно проходить мимо устройств и сооружений, расположенных вблизи пути, не задевая их, а также мимо следующего по соседним путям подвижного состава. Это требование обеспечивается габаритом приближения строений и габаритом подвижного состава.
Габаритом приближения строений называется предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, внутрь которого, помимо подвижного состава, не должны входить никакие части сооружений и устройств. Исключение составляют лишь устройства, предназначенные для непосредственного взаимодействия с подвижным составом (вагонные замедлители в рабочем состоянии, контактные провода с деталями крепления и др.).
Габаритом подвижного состава называется предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, в котором, не выходя наружу, должен помещаться как груженый, так и порожний подвижной состав, расположенный на прямом горизонтальном пути.
Габарит приближения строений С (рис.2.1) применяется при строительстве новых линий, постройке вторых путей, электрификации железных дорог и других видах реконструкции общей сети и подъездных путей (от станции их примыкания до территории предприятия).
Рис.2.1 Габарит приближения строений С:
УГР — уровень верха головки рельса; I — II —III — линия приближения всех вновь строящихся сооружений и устройств, расположенных на электрифицируемых путях в пределах искусственных сооружений (для перегонов и путей на станциях, где остановка подвижного состава исключена); Ia — IIa — IIIa — IVa — линия приближения всех вновь строящихся сооружений и устройств, расположенных на электрифицируемых путях (для остальных путей станций); — х — - линия приближения сооружений и устройств на путях, где электрификация исключена; линия приближения зданий, сооружений и устройств; в числителе — высота габарита для контактной подвески с несущим тросом, в знаменателе — без него.
Габаритные расстояния по высоте измеряют от уровня верха головки рельса, горизонтальные расстояния — от оси пути. Очертание I—II—III установлено для перегонов и путей на станциях (в пределах искусственных сооружений), на которых не предусматривается стоянка подвижного состава, очертание Ia — IIa — IIIa — IVa — для остальных путей станций. Ширина габарита приближения строений С составляет 4900 мм.
В габарите для перегонов на расстоянии от оси пути 1745 мм предусмотрен скос высотой 1070 мм от уровня верха головки рельса для перил на мостах, эстакадах и других искусственных сооружениях.
Расстояние от оси пути до линии приближения строений (вновь строящиеся здания, заборы, опоры контактной сети и линий связи) составляет 3100 мм.
Государственным стандартом установлен также габарит Сп, отличающийся от габарита С отдельными размерами (например высота для габарита Сп равна 5500 мм). Требованиям этого габарита должны удовлетворять сооружения и устройства депо, мастерских, грузовых районов, складов, портов, промышленных предприятий, а также между территориями этих предприятий, т. е. там, где скорости движения сравнительно невысоки.
Установлены габариты подвижного состава 1-Т и Т (рис.2.2), а также габариты 1-ВМ, 0-ВМ, 02-ВМ и 03-ВМ, области применения и размеры которых указаны в табл. 2.1.
Подвижной состав габарита 1-Т допускается к обращению по всем путям общей сети железных дорог, подъездным путям и путям промышленных предприятий, а подвижной состав габарита Т — по путям общей сети железных дорог, подъездным путям промышленных предприятий, сооружения и устройства на которых отвечают требованиям габаритов С (с очертанием верхней части для неэлектрифицированных линий) и Сп.
Габариты 1-ВМ, 0-ВМ, 02-ВМ и 03-ВМ установлены для подвижного состава, допускаемого к обращению по железным дорогам колеи как 1520 (1524), так и 1435 мм.
| Рис.2. 2 Совмещенные габариты приближения строений и подвижного состава Т — очертание габарита подвижного состава; С — очертание габарита приближения строений; УГР — уровень верха головки рельса | 
|
Таблица 2.1
| Габарит | Высота, мм | Ширина, мм | Область применения |
| 1-Т | Жел. дороги России,стран СНГ, Балтии, Монголии | ||
| Т | |||
| 1-ВМ | Жел. дороги России, стран СНГ и европейских стран | ||
| 0-ВМ | |||
| 02-ВМ | |||
| 03-ВМ | Жел. дороги России, Европы,Азии |
Расстояния между осями смежных путей определяются условиями обеспечения безопасности движения поездов и личной безопасности людей, находящихся на междупутьях (рис. 2.3). При этом учитываются соответствующие размеры габаритов подвижного состава и приближения строений. По ПТЭ расстояния, между осями путей на прямых участках должны быть:
На перегонах двухпутных линий, мм 4100
На трех- и четырехпутных линиях между осями
второго и третьего путей, мм 5000
На станциях между осями смежных путей, мм 4800
На путях второстепенных и грузовых районов, мм 4500
Расстояние между осями второго и третьего путей 5000 мм позволяет оставить в междупутье инвентарь и инструмент для ремонта пути при следовании поездов по этим путям.
Между осями путей, предназначенных для непосредственной перегрузки грузов из вагонов в вагон, может быть допущено расстояние 3600 мм.
Рис. 2.3 Расстояния между осями путей на прямых участках перегона
В кривых участках размеры междупутья, а также расстояние между осью пути и габаритом приближения строений, зависящие от радиуса кривой, скорости движения, месторасположения пути (перегон или станция) и других факторов, устанавливаются согласно нормам, приведенным в указаниях по применению габаритов приближения строений.
Железные дороги принимают к перевозке и негабаритные грузы, которые, будучи погружены на открытый подвижной состав, выходят за пределы габарита погрузки.
Габаритом погрузки называется предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, в котором, не выходя наружу, должен размещаться груз (с упаковкой и креплением) на открытом подвижном составе при нахождении его на прямом горизонтальном пути.
Негабаритные грузы могут быть перевезены при принятии специальных мер предосторожности. Для проверки габаритности грузов, погруженных на открытый подвижной состав, их пропускают через габаритные ворота, устанавливаемые в месте массовой погрузки. Габаритные ворота представляют собой раму, внутри которой по очертанию габарита погрузки шарнирно укреплены планки. Если открытый подвижной состав с грузом пройдет ворота, не касаясь планок, то габарит не нарушен. Изменение положения планки укажет на место, не соответствующее габариту.
В зависимости от высоты, на которой груз выходит за габарит погрузки, установлены зоны нижней, боковой и верхней негабаритности (рис.2.4). Кроме того, для более точного определения условий пропуска грузов при наличии верхней негабаритности на двухпутных линиях дополнительно введена зона совместной боковой и верхней негабаритности.
Порядок определения негабаритности грузов, приема их к перевозке и погрузке, отправления и следования поездов изложен в Инструкции по перевозке негабаритных и тяжеловесных грузов по железным дорогам колеи 1520 мм.
Рис. 2.4. Зоны негабаритности груза:
1 — верхняя; 2 — совместная боковая и верхняя; 3 — боковая; 4 — нижняя;
УГР — уровень верха головки рельса
Основные сведения о категориях железнодорожных линий,
трассе, плане и продольном профиле
Железные дороги колеи 1520 мм делятся на несколько категорий. От категории линии зависят наиболее важные параметры и технические условия ее проектирования, допустимая скорость движения пассажирских и грузовых поездов, мощность всех устройств линии.
Значения грузонапряженности железных дорог по категориям приведены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
| Категория железнодорожных линий | Назначение железных дорог | Грузонапряженность, млн т-км/км |
| Скоростные | Для движения пассажирских поездов со скоростью 160 -200 км/ч | |
| Особогрузонапряженные | Для большого объема грузовых перевозок | Свыше 50 |
| I | Магистральные линии | 30...50 |
| II | Тоже | 15...30 |
| III | » | 8...15 |
| IV | Линии общей сети | Не более 8 |
| Внутристанционные соединительные и подъездные пути | Не регламентирована |
Трасса - характеризует положение в пространстве продольной оси пути на уровне бровок земляного полотна. Проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом, а развертка трассы на вертикальную плоскость — продольным профилем линии.
Полоса земли вдоль трассы, отведенная для размещения железнодорожного пути и других устройств железной дороги, а также железнодорожных поселков и лесонасаждений, носит название полосы отвода. Границы полосы отвода определяются с учетом перспективы развития путей и обозначаются специальными указателями (межевыми знаками).
Процесс прокладки трассы в ходе проектирования называется трассированием линии. Идеальной была бы трасса, представляющая собой прямую в плане и пологий спуск в грузовом направлении — в профиле. Однако это не всегда возможно из-за необходимости подхода к населенным пунктам, обхода естественных препятствий (горы, озера, болота и т.п.), наличия неровностей земной поверхности и стремления удешевить строительство линии. Поэтому план железнодорожной линии проектируют в виде сочетания прямолинейных участков и кривых, а продольный профиль - в виде горизонтальных участков, называемых площадками, и наклонных, именуемых уклонами, как это видно из рис.2.5 и 2.6.
Рис.2.5. План железнодорожной линии
А, Б — начальный и конечный пункты линии
Рис.2.6 Элементы продольного профиля железнодорожной линии
Значение пути в работе железных дорог, его основные элементы
и требования к ним
Железнодорожный путь — это комплекс инженерных сооружений, предназначенный для пропуска по нему поездов с установленной скоростью. От состояния пути зависят непрерывность и безопасность движения поездов, а также эффективность использования технических средств железных дорог.
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-предупредительного ремонта. Структурными подразделениями путевого хозяйства являются дистанции пути, дистанции лесозащитных насаждений и путевые машинные станции.
Путевое хозяйство- одна из наиболее важных отраслей железнодорожного транспорта, от которой в значительной мере зависит выполнение перевозочного процесса. Удельный вес путевого хозяйства в системе железнодорожного транспорта весьма значителен: на его долю приходится более 50 % всех основных средств железных дорог и свыше 20 % общей численности работников.
Железнодорожный путь состоит из нижнего и верхнего строений.
Нижнее строение пути включает в себя земляное полотно (насыпи, выемки, полунасыпи, полувыемки, полунасыпи-полувыемки) и искусственные сооружения (мосты, тоннели, трубы, подпорные стены и др.).
К верхнему строению пути относятся балластный слой, шпалы, мостовые и переводные брусья, рельсы, рельсовые скрепления, противоугоны, стрелочные переводы, глухие пересечения.
Железнодорожный путь функционирует при различных погодных условиях, воспринимая большие нагрузки от проходящих поездов. При этом согласно ПТЭ все элементы железнодорожного пути (земляное полотно, верхнее строение и искусственные сооружения) по прочности, устойчивости и техническому состоянию должны обеспечивать безопасное и плавное движение пассажирских и грузовых поездов со скоростями, установленными на данном участке.
Для выполнения указанных требований проводятся работы по усилению несущей способности и надежности всех элементов пути: применяются термически упрочненные рельсы тяжелых типов, новые конструкции рельсовых скреплений, бесстыковой путь, железобетонные шпалы, новые конструкции стрелочных переводов и др.
Размещение и техническое оснащение дистанций пути, путевых машинных станций и других предприятий путевого хозяйства должны обеспечивать проведение необходимых работ по ремонту железнодорожного пути, сооружений и устройств для предотвращения срыва графика движения поездов.
Земляное полотно и его поперечные профили. Водоотводные устройства
Земляное полотно представляет собой комплекс грунтовых сооружений, получаемых в результате обработки поверхности земли и предназначенных для укладки верхнего строения пути, обеспечения устойчивости пути и защиты его от воздействия атмосферных и грунтовых вод. Непосредственно на поверхность земли путь не укладывают из-за наличия неровностей.
Земляное полотно должно быть прочным, устойчивым и долговечным, требующим минимальных расходов на его устройство, содержание и ремонт и обеспечивающим возможность механизации работ. Выполнение указанных требований достигается правильным выбором грунтов для насыпей и их тщательным уплотнением, приданием земляному полотну очертаний, способствующих надежному отводу воды, укреплением откосов насыпей и выемок.
Разрез, перпендикулярный продольной оси пути, называется поперечным профилем земляного полотна. В зависимости от формы поперечного профиля земляное полотно может представлять собой насыпь, выемку, полунасыпь, полувыемку или полунасыпь-полувыемку. Различают типовые и индивидуальные поперечные профили земляного полотна. Типовые профили, в свою очередь, подразделяют на нормальные и специальные. Нормальные профили применяют при сооружении земляного полотна на надежном основании из обычных грунтов. Специальные профили используют в специфических условиях: при наличии вечной мерзлоты, подвижных песков, лессов, скальных грунтов, болот и т. п.
Индивидуальные профили создают в сложных топографических, гидрологических, геологических и климатических условиях и при высоте откосов более 12 м, обосновывая все размеры конкретными расчетами.
Типовой нормальный профиль насыпи приведен на рис.2.7.
Верхняя часть, на которую укладывают балласт, шпалы и рельсы, называется основной площадкой. На однопутных линиях основная площадка имеет форму трапеции с шириной верхней части 2,3 м и высотой 0,15 м, а на двухпутных — форму равнобедренного треугольника высотой 0,2 м.
Такое очертание основной площадки способствует стоку воды, проникающей через балластный слой во время дождя и таяния снега.
Рис. 2.7 Типовой нормальный профиль насыпи (размеры в м)
1 — водоотводная канава; 2 — берма; 3 — основная площадка; 4 — бровка земляного полотна; 5 — откос; 6 — резерв; 7 — подошва насыпи; h — расстояние от бровки земляного полотна до подошвы насыпи; l — длина горизонтальной проекции откоса насыпи; 1: п — крутизна откоса насыпи
Отвод поверхностных вод от насыпей, сооружаемых из привозного грунта, осуществляется с помощью продольных водоотводных канав шириной (по дну) и глубиной не менее 0,6 м, которые при поперечном уклоне местности до 0,04 сооружаются с обеих сторон, а при большем уклоне -только с нагорной стороны.
Если насыпь возводится из местного грунта, находящегося рядом с ней, то для отвода воды от полотна используются образующиеся при этом спланированные углубления, называемые резервами. Дну резервов и водоотводных канав придают продольный уклон не менее 0,002.
Полоса земли от подошвы откоса до водоотводной канавы или резерва называется бермой. Со стороны будущего второго пути на однопутных линиях ширина бермы составляет не менее 7,1 м, ас противоположной стороны — не менее 3 м. Для обеспечения отвода воды от насыпи берма имеет уклон 0,02...0,04.
Типовой поперечный профиль выемки приведен на рис.2.8. Основная площадка выемки имеет такие же размеры, как у насыпи. С каждой стороны основной площадки земляного полотна в выемках создают продольные канавы для отвода воды, называемые кюветами. Они характеризуются следующими минимальными значениями параметров: глубина 0,6 м, ширина (по дну) 0,4 м и продольный уклон дна 0,002.
. 
Рис.2.8 Типовой поперечный профиль выемки (размеры в м):
1 — нагорная канава; 2 — кавальер; 3 — забанкетная канава; 4 — банкет;
5 — кювет; 6 — бровка откоса; b0 — ширина обреза; bоп — ширина основной площадки земляного полотна
В пределах станций поверхностные воды отводят с помощью поперечных и продольных водоотводов, которые в местах работы людей выполняют закрытыми.
На крупных станциях для продольного отвода воды прокладывают коллекторы и канализационные трубы, а в районах с интенсивными осадками, кроме того, устраивают ливневую канализацию. Для перехвата и отвода грунтовых вод от земляного полотна или понижения их уровня предусматривают специальные дренажные устройства открытого типа в виде дренажных канав либо лотков или закрытого типа в виде подкюветных дренажей, дренажных галерей или штолен.
Подкюветный дренаж (рис.2.9) представляет собой траншею, заполненную дренирующим материалом (крупнозернистый песок, гравий, щебень), в нижней части которой обычно укладывают дренажную трубу с отверстиями для поступления в нее воды. Для защиты от попадания поверхностной воды в дренажную траншею верхнюю часть дренажа заполняют утрамбованной глиной, которую отделяют от дренирующего заполнителя (во избежание смешивания с ним) двумя слоями дерна.
Рис. 2.9 Подкюветный дренаж:
1 — одиночное мощение; 2 — утрамбованный глинистый грунт; 3 — два слоя
дерна; 4 — крупнозернистый песок; 5 — щебень или гравий; 6 — щебень или
галька; 7 — дренажная труба; 8 — деревянная доска
Для предохранения земляного полотна от размывания водой и выдувания ветром его откосы и бермы укрепляют. Наиболее простым способом укрепления незатапливаемых откосов земляного полотна является посев многолетних трав с густой, стелющейся корневой системой. При небольшом периодическом затоплении применяют дернование откосов (сплошное или в клетку), для чего предварительно срезанные куски дерна закрепляют на них деревянными спицами.
Тип укрепления земляного полотна выбирают исходя из особенностей грунтов, степени затопляемости, скорости течения воды, наличия дешевых местных материалов и возможности механизации работ.
Искусственные сооружения,их виды и назначение
Искусственные сооружения обеспечивают возможность пересечения железной дорогой водных преград, других железнодорожных линий, автодорог, глубоких ущелий, горных хребтов, застроенных городских территорий, а также безопасный переход людей через пути и устойчивость земляного полотна в сложных геологических и гидрологических условиях.
К искусственным сооружениям относятся мосты, трубы, тоннели, подпорные стены, регуляционные сооружения, галереи, селе-спуски и др. При пересечении железной дорогой рек, каналов, ручьев и оврагов создают мосты (рис. 2. 10). или трубы (рис.2.11).
Мост состоит из пролетных строений, являющихся основанием для пути, и опор, поддерживающих пролетные строения и передающих давление на грунт.
Рис. 2.10 Мост через р. Амур на БАМе
Рис. 2.11 Труба
Береговые опоры моста называют устоями, а промежуточные — быками. Мост разделяется опорами на пролеты.
Пролетное строение включает в себя главные фермы, соединяющие их конструкции, проезжую часть и мостовое полотно. В фермах различают верхний и нижний пояса, к одному из которых прикрепляют поперечные балки, а к ним — продольные балки, образующие проезжую часть.
Если проезжая часть располагается на уровне верхнего пояса, мост называют с ездой поверху, если на уровне нижнего — с ездой понизу; кроме того, может быть конструкция моста с ездой посередине (рис. 2.12).
Разновидностями мостов являются путепроводы, виадуки и эстакады.
Путепроводы (рис. 2.13) строят в местах пересечения железных и автомобильных дорог или двух железнодорожных линий. Они обеспечивают независимый и безопасный пропуск транспорта благодаря пересечению дорог на разных уровнях.
Виадуки (рис.2.14) сооружают вместо обычной высокой насыпи при пересечении железной дорогой глубоких долин, оврагов и ущелий.
Эстакады (рис. 2.15) создают вместо больших насыпей в городах, где они меньше стесняют улицы и обеспечивают проезд и проход под ними, а также возводят на подходах к большим мостам через реки с широкими поймами при разливе воды.
Рис. 2.12. Мост с ездой по верху (a), понизу(б) и посредине(в)
Рис.2. 13. Путепровод
Рис.2.14 Виадук
Рис. 2.15 Эстакада
Трубы применяют при пересечении железной дорогой небольших водотоков или суходолов. По виду материала различают каменные, металлические, бетонные и железобетонные трубы. Весьма распространены сборные железобетонные трубы из отдельных звеньев длиной 1...6 м, разделенных деформационными швами (рис. 2.16). Затраты на сооружение и содержание труб невелики.Для уменьшения сопротивления потоку воды и предотвращения размывания насыпи на входах и выходах труб создают оголовки, расширяющиеся в направлении от трубы.Существуют и безоголовочные гофрированные металлические трубы. Они дешевле железобетонных, намного легче их и не имеют фундамента, что позволяет значительно сократить сроки строительства. Их укладывают на подушку из песка, гравия или щебня. С увеличением высоты насыпи возрастает длина трубы и ее стоимость.
Рис. 2.16. Продольный разрез трубы:
1 — входной оголовок; 2 — гидроизоляция; 3 — выходной оголовок;
4 — мощение; 5 — рисберма; 6 — фундамент; 7 — деформационный шов;
8 — звенья трубы
При пересечении горных хребтов вместо глубоких выемок сооружают тоннели (рис. 2.17). Их создают и для безопасного перехода людей через железнодорожные пути на станциях и остановочных пунктах пригородных поездов.
Тоннель представляет собой искусственное сооружение для прокладки пути под землей. Транспортные тоннели по их месторасположению разделяют на горные, подводные и городские.
Рис. 2.17 Тоннель
Пространство, образовавшеся после удаления породы при сооружении тоннеля, называется тоннельной выработкой, а конструкция, служащая для ее закрепления, — обделкой. В слабых грунтах во избежание обвала в тоннелях несущую обделку обычно выполняют из железобетона или бетона, а в тяжелых гидрогеологических условиях — из металла.
В скальных породах в зависимости от их прочности разрешается применять вместо несущей обделки облицовочную или сооружать тоннель без обделки и облицовки.
Для обеспечения устойчивости откосов земляного полотна на крутых косогорах, берегах рек и морей служат подпорные стены (рис. 2.18), а при подходах к большим мостам для защиты их опор от подмыва при паводках и повреждения льдом — регуляционные сооружения (рис. 2.19), состоящие из водонаправляющих грушевидных и шпоровидных дамб и траверс, откосы которых со стороны реки укрепляют каменным мощением или бетонными плитами.
Рис.2. 18. Подпорная стена
Рис. 2.19. Регуляционные сооружения:
1 — грушевидная дамба; 2 — траверсы; 3 — шпоровидная дамба;
4 — голова дамбы
В горах, в местах возможных обвалов, сооружают специальные галереи (рис.2.20), а в местах возможного схода грязекаменных (селевых) потоков — селеспуски.
Рис. 2.20 Противообвальная галерея