Механизация работ по оздоровлению балластного слоя
Железная дорога Burlington Northern Santa Fe (BNSF) пересекает практически все географические и климатические зоны североамериканского континента и характеризуется высокой грузонапряженностью основных линий. Это обусловливает специфические требования к несущей способности, стабильности, дренажным свойствам, методам содержания и ремонта пути, что в первую очередь касается балластного слоя и земляного полотна.
Учитывая рост объема перевозок на основных линиях и специфику перевозимых грузов (преимущественно угля), BNSF в конце 70-х годов приступила к усилению железнодорожных мостов. В середине 80-х годов началась укладка железобетонных шпал на участках с большим числом кривых и крутыми уклонами, а позже и на других. Объем укладки железобетонных шпал достиг 750 тыс. шт./год, и такие темпы сохранялись до начала 90-х годов. В настоящее время дорога продолжает замену деревянных шпал на железобетонные с темпом 150 тыс. - 200 тыс. шт./год и намерена в ближайшем будущем уложить железобетонные шпалы на всем протяжении грузонапряженных углевозных линий.
Наибольший эффект из всех реализованных мер по совершенствованию системы содержания и ремонта пути получен от внедрения интенсивной программы оздоровления балластного слоя, в соответствии с которой разработана и внедрена эффективная технология подрезки и очистки балласта.
Обычно считается, что загрязнение балласта происходит "снизу", т. е. в результате проникновения частиц грунта из земляного полотна. Однако в характерных для BNSF условиях эксплуатации балласт загрязняется "сверху". Линии дороги на основном протяжении проходят в сельскохозяйственных районах, где пахотные земли находятся в непосредственной близости к полосе отвода. В результате характерных для этих районов сильных ветров и обильных снегопадов происходит засорение балласта землей в сочетании со снежными отложениями, и при таянии снега земля с водой проникает в балластный слой. Присутствующая в этой смеси глина при смачивании становится липкой и обволакивает фракции щебня. Дренажные свойства щебня ввиду заиливания существенно ухудшаются, и балласт перестает пропускать воду.
Производительность первых щебнеочистительных машин, передвигавшихся с помощью локомотива, не превышала 3,2 км/сут. Стоимость очистки, балластировки и выправки пути этими машинами в 1968 г. составляла около 5700 дол./км. У современных самоходных щебнеочистительных машин производительность достигает 7,2 км/сут. При такой производительности и среднем расходе балласта 80 т/км стоимость очистки, балластировки и выправки пути на деревянных шпалах в настоящее время не превышает 5300 дол./км. В случае пути на железобетонных шпалах при расходе балласта, равном 160 т/км, стоимость этих работ несколько выше.
Внедрение путевой техники
Еще до слияния с SF железная дорога BN в конце 70-х годов внедряла в широких масштабах механизированную подрезку балласта и применяла тогда машины типа 24F фирмы Kershaw, которые имели производительность 85 м/ч. Работы обходились дорого как из-за низкой производительности, так и из-за потери почти целого дня на подготовку машины и полигона к работе. Для обработки участка длиной 16 км требовалось 45 - 50 дней, что приводило к выдаче большого числа предупреждений об ограничении скорости движения поездов и осложнениям в организации перевозок. Позже дорога стала использовать машины Kershaw 500U, а с 1984 г. перешла на машины типа RM-76 фирмы Plasser. Производительность этих машин в 2,5 раза выше, чем у машин Kershaw, и достигает 230 м/ч. С внедрением новой путевой техники объем механизированной подрезки балласта возрос до 483 км/год, т. е. увеличился на 160 км/год. Однако даже с использованием машин RМ-76 технологический процесс оставался несовершенным. Так, нельзя было отличить хороший балласт от плохого. Кроме того, с внедрением железобетонных шпал потребовались более мощные и производительные машины.
В 1987 г. BN взяла в аренду машину Plasser RM-80, которую ставили позади машины Р-811, укладывавшей путевые звенья с железобетонными шпалами. Это позволило устраивать под рельсо-шпальной решеткой слой балласта толщиной 25 см. В 1988 г. дорога арендовала вторую машину RM-80, которую также использовали в комплекте с другой машиной Р-811. С помощью этого комплекса в путь уложили в общей сложности 750 тыс. железобетонных шпал. Но даже располагая двумя машинами RM-80, дорога, чтобы обеспечить требуемый объем работ, по-прежнему продолжала эксплуатировать четыре собственные машины RM-76, а также две скоростные балластоочистительные машины, которые использовались преимущественно на линиях с небольшой грузонапряженностью для сохранения удовлетворительных дренажных свойств пути и отдаления срока путевых работ большего объема.
К концу 1996 г. на объединенной BNSF было уложено более 5 млн. железобетонных шпал на пути общей протяженностью свыше 3060 км. Обеспечение должной чистоты балласта и хороших дренажных свойств приобрело еще большее значение. В настоящее время очистку балласта на грузонапряженных линиях после укладки железобетонных шпал проводят с периодичностью 3 - 4 года, что соответствует пропуску грузопотока примерно 145 млн. т. При этом балластная призма поддерживается в хорошем состоянии, благодаря чему подрезку балласта можно выполнять с периодичностью 10 - 12 лет. На грузонапряженных линиях в ряде случаев между очистками балласта необходимы дополнительные балластировка и выправка пути, так как вследствие сильного уплотнения балласта и его загрязнения на глубину до 5 см от подошвы в шпалах могут возникать трещины из-за высоких напряжений изгиба в средней части.
Комплексная механизация
Первоначальная попытка в 1986 г. соединить вместе несколько путевых машин для балластировки и выправки пути была неудачной из-за невозможности обработки участков пути в зонах переездов и подъемки стрелочных переводов имеющимися средствами. Только в 1996 г. BNSF удалось создать высокопроизводительный комплекс из нескольких путевых машин для балластировки и выправки пути с железобетонными шпалами на грузонапряженных линиях. В настоящее время на дороге работают два таких комплекса с численностью персонала по 20 чел. Указанные затруднения с переездами и стрелочными переводами устранены.
В состав комплекса, получившего название Super Surfacing Gang, входят три машины Plasser 09-16, одна Jackson 6700, одна Jackson 3300 для подбивки стрелочных переводов, два дозатора балласта Kershaw 46 и один Kershaw 26, два разравнивателя балласта Kershaw со спаренными щетками и два стабилизатора пути Plasser. Расчетная производительность комплекса составляет 8 км/сут даже при наличии на участке стрелочных переводов. Вследствие интенсивного движения грузовых поездов, особенно углевозных, продолжительность выделяемых окон, как правило, не превышает 3 ч.
Дальнейшее повышение производительности
В конце 1995 г. BNSF приобрела путеремонтный машинный комплекс Plasser RM-802 производительностью 610 м/ч. Он был разработан в соответствии с техническими требованиями дороги, основными из которых были удвоение производительности в целях улучшения использования окон и исключение из технологического процесса выгрузки свежего балласта из сопровождающих вагонов с тем, чтобы эту операцию выполнять заранее, например за несколько месяцев. После проведения ремонтных работ положение пути в плане и профиле должно быть как можно ближе к проектному. Еще одним требованием дороги являлось возобновление движения поездов сразу по завершении работ с тем, чтобы для первого поезда устанавливалась скорость 40 км/ч, всех последующих - графиковая. Комплекс удовлетворяет этим требованиям.
Общая длина комплекса RM-802 составляет 183 м. Он включает машину для перегрузки балласта, четыре вагона MFS-40, оснащенных конвейерами, вагон-электростанцию, машину для подрезки балласта, машину для прогрохотки щебня с двумя вибрационными грохотами и вагон-мастерскую с инструментарием. В процессе движения производятся подборка заранее выгруженного свежего балласта, уборка грязного балласта подрезной машиной, затем его прогрохотка и очистка, смешивание свежего и очищенного старого балласта, укладка смеси на основную площадку земляного полотна, а также выгрузка отходов в сторону от пути. Все эти операции выполняются без остановки как непрерывный технологический процесс. То, что путь практически возвращается в проектное положение, упрощает подбивку и выправку. Подбивочная машина следует непосредственно за подрезной, в то время как ранее она следовала за рабочим поездом, производившим выгрузку балласта.
Применение управляемого с помощью ЭВМ комплекса RМ-802 позволило BNSF сократить потребность в свежем балласте по сравнению с типовыми балластоочистительными машинами. Так как RМ-802 очищает и повторно использует балласт, для ремонта пути на железобетонных шпалах требуется 475 - 530 т нового балласта на 1 км пути, в то время как по ранее используемой технологии 880 - 990 т/км.
Экономия затрат на оздоровление балластного слоя за счет эффективной работы комплекса оценивается в 9300 - 10 000 дол./км пути. Это достигнуто за счет повышения производительности, нормированной укладки балласта под шпалы, предварительной выгрузки балласта и приведения пути в исходное состояние сразу по завершении работ.
С использованием имеющегося парка тяжелых путевых машин BNSF в 1996 г. оздоровила балластный слой в общей сложности на 579 км пути.
В настоящее время на железных дорогах Австрии находится в эксплуатации созданный фирмой Plasser новый путеремонтный машинный комплекс АНМ-800. Он снимает отработанный балластный слой и очищает балласт в щебнедробилке. Очищенный раздробленный щебень смешивается со свежим балластным материалом, и эта смесь укладывается поверх фильтрующего синтетического покрытия слоем толщиной до 45 см с последующим уплотнением с помощью вибрационного уплотнителя до 30 см.
С помощью такого комплекса можно оздоравливать большое число "больных" мест балласта и земляного полотна при достаточно умеренных затратах. Однако на данный момент фронт работ для комплекса АНМ-800 на BNSF не превышает 24 - 32 км/год, а этого недостаточно, чтобы применение комплекса было экономически оправданным. Наиболее разумным решением могло бы стать заключение договора с несколькими североамериканскими железными дорогами первого класса на совместное использование этого высокопроизводительного комплекса.
D. Cantrell. Railway Track & Structures, 1997, N 8, p. 71 - 72, 74, 76, 78.
