[04-2010] Выбор типа верхнего строения пути для метрополитенов

[Admin]

Выбор типа верхнего строения пути для метрополитенов

В.М. КРУГЛОВ, Н.Д. КРАВЧЕНКО, доктора техн. наук, Ю.Н. АКСЁНОВ, А.Ю. БОГАЧЁВ, кандидаты техн. наук

Многолетним опытом эксплуатации в тоннелях метрополитенов железнодорожного пути на деревянных шпалах как с щебеночным балластом, так и путевым бетонным слоем выявлен ряд существенных недостатков. Это прежде всего малый срок службы шпал, неремонтопригодность пути, повышенный уровень вибраций тоннельной обделки, что крайне негативно сказывается на ее прочностных показателях и на сооружениях, расположенных в непосредственной близости от трассы метрополитена, особенно мелкого заложения.

В соответствии с Постановлением Госстроя СССР в марте 1977 г. Министерству путей сообщения предписывалось в сжатые сроки разработать мероприятия по снижению вибраций тоннельной обделки от проходящих поездов метрополитенов в тоннелях мелкого заложения. Это в свою очередь поручили ВНИИЖТу.

По подготовленному ВНИИЖТом техническому заданию и при его непосредственном участии институт «Метрогипротранс» в 1980 г. завершил разработку проектной документации виброзащитного пути с рамным железобетонным подрельсовым основанием.

Полигонные испытания ВНИИЖТ проводил в условиях Экспериментального кольца при статических нагрузках на ось 60, 170, 230 и 250 кН и скорости движения испытательного поезда преимущественно 70 км/ч.

По результатам положительных полигонных испытаний Мосметрострой уложил три опытных участка на перегонах: «Нахимовский проспект» — «Севастопольская», «Царицыно» — «Орехово», «Пражская» — «Южная». Эти участки пути надежно эксплуатируются и в настоящее время. Однако дальнейшая укладка пути с рамным железобетонным подрельсовым основанием приостановлена из-за сложности выполнения строительных работ в стесненных условиях тоннеля. Кроме того, одиночная замена рамного подрельсового основания при ремонтах возможна только с разрезкой бесстыковых рельсовых плетей.

Для исключения перечисленных выше недостатков ВНИИЖТ создал и испытал в полигонных условиях Экспериментального кольца конструкцию виброзащитного пути с лежневым железобетонным подрельсовым основанием. Первые опытные участки для проведения эксплуатационных испытаний были устроены в тоннелях Киевского и Новосибирского метрополитенов. Проектная документация в соответствии с техническими заданиями ВНИИЖТа была подготволена институтами «Киевметропроект» и «Новосибметропроект». При этом опытный участок Киевского метрополитена имел кривые радиусом 500 м.

По результатам положительных эксплуатационных испытаний институт «Метрогипротранс» по техническому заданию ВНИИЖТа в 1992 — 1993 гг. разработал «Повторно применяемые проектные решения: опытная конструкция виброзащитного пути с лежневым железобетонным подрельсовым основанием в тоннелях метрополитена». В декабре 1993 г. этот проект утвердило руководство Московского метрополитена и метростроя с припиской: «Введены в действие с 1 января 1994 г.». Однако вскоре институт «Метрогипротранс» по предложению фирмы «АБВ» дополнительно подготовил проектную документацию пути с композитными шпалами-коротышами, замоноличенными в путевой бетонный слой, краткое описание которого приведено ниже.

В Киеве и Новосибирске после эксплуатационных испытаний полностью отказались от использования пути с деревянными шпалами в сочетании как со щебеночным балластным, так и путевым бетонным слоем. При этом в Киеве приняли две разновидности железобетонных подрельсовых оснований с рельсами Р50: на участках, где требуется виброзащита тоннельной обделки, уложили виброзащитное основание из лежней с амортизирующими подпежневыми прокладками; на остальных участках — шпалы-коротыши, замоноличенные в путевой бетонный слой, которые также были испытаны в полигонных условиях Экспериментального кольца.

В Новосибирске на всех вновь строящихся в тоннелях участках принята виброзащитная конструкция железнодорожного пути с лежневым железобетонным подрельсовым основанием с рельсами Р65 (см. № 7 нашего журнала за

2009 г.). Главные преимущества этого варианта пути по сравнению с типовыми:

исключается вырубка путевого бетонного слоя или замена потерявшего несущую способность балластного слоя — весьма трудоемкие и дорогостоящие работы, оказывающие негативное воздействие на состояние здоровья их исполнителей;

продление срока службы подрельсового основания не менее чем в 2 раза;

снижение трудовых затрат при текущем содержании в 2,5 — 3 раза, а при ремонтах пути с заменой подрельсового основания — не менее чем в 10 раз;

полная механизация очистки и промывки железнодорожного пути как у пассажирских платформ станций, так и на перегонах.

снижение уровня виброускорений тоннельной обделки более чем в 3 раза.

В основу разработки принята схема, приведенная на рис. 1. Как видно из рисунка путь не содержит поперечных связей между продольно ориентированными лежнями под каждой рельсовой нитью. Их стабильное положение обеспечивают продольные и боковые упоры. Лежни прижимаются к боковым упорам планками, они не содержат жестких связей и с путевым бетонным слоем. Вертикальная нагрузка передается на основание через подлежневые амортизирующие прокладки. Каждая прокладка состоит из двух клинообразных элементов, обеспечивающих возможность регулировки положения рельсов вместе с лежнями в вертикальном направлении в диапазоне ±10 мм. При необходимости лежни легко заменяются.

На рис. 2 приведено поперечное сечение пути с замоноличенными в путевой бетонный слой композитными шпалами-коротышами в тоннеле, проектная документация которого разработана в первой половине 1990-х гг. По данным ОАО «Метрогипротранс», за указанный период при устройстве такого пути в тоннелях Московского метрополитена было использовано 170 тыс. шпал-коротышей. В эксплуатационных условиях не выявлено ни единого случая отказа композитных шпал-коротышей. Однако целостность подрельсового основания не соответствует требованиям безопасности движения поездов из-за массового отслоения композитных шпал-коротышей от путевого бетонного слоя. Для примера приводятся данные службы пути метрополитена. За 10 мес эксплуатации на сданных в 2008 г. участках пути было зафиксировано 390 мест отслоения шпал-коротышей. Ранее в аналогичных случаях на других участках производили перебетонировку с соответствующей дополнительной вырубкой путевого бетонного слоя. Однако такой способ устранения дефектов не дает положительных результатов на продолжительный срок эксплуатации. Инициаторами внедрения данного технического решения предложено приклеивать отслоившиеся шпалы-коротыши к путевому бетонному слою. По данным службы пути, стоимость приклейки одной шпалы-коротыша обходится в 1300 руб.

Кроме того, МИИТ провел технико-экономическое сравнение использования виброзащитного пути с лежневым железобетонным подрельсовым основанием и пути с композитными шпалами-коротышами, замоноличенными в путевой бетонный слой (обычный и виброзащитный варианты). При этом использовались данные стоимостных показателей 2007 г., приведенные в табл. 1. В качестве промежуточного рельсового скрепления для пути с лежневым подрельсовым основанием принято бесподкладочное безрезьбовое анкерное скрепление АРС. Протяженность пути с этим вариантом скрепления и железобетонными шпалами на отечественных магистральных железных дорогах по состоянию на 1 сентября 2009 г. превысила 4000 км. Общий вид такого пути приведен на рис. 5.

Данные о подрельсовых основаниях, согласно утвержденным Госстроем России в 2003 г. СНИП 32-02-2003 «Метрополитены», приведены в табл. 2.

Стоимости деталей (подрельсовых оснований в комплекте с промежуточными рельсовыми скреплениями, амортизирующими в вертикальном направлении подлежневыми прокладками) пути без учета ходовых и контактного рельсов, отнесенные к 1 км однопутного участка, на основании сведений табл. 1 и 2 приведены в табл. 3.

При оценке стоимостных показателей в расчет не принимались отдельные детали подрельсовых оснований. К ним относятся детали скрепления в композитных шпалах-коротышах (невиброзащитный вариант). В пути с лежневым основанием — резиновые амортизирующие боковые и торцевые (контактирующие с лежнями) прокладки. Подразумевается, что их отсутствие в сравниваемых вариантах пути компенсирует стоимостные показатели названных деталей.

Следует также заметить, что путь с композитными шпалами-коротышами, замоноличенными в путевой бетонный слой, внешне похож на вариант пути со шпаламикоротышами, внедряемыми в тоннелях Киевского метрополитена. Принципиальная разница в том, что там для изготовления шпал-коротышей используют железобетон, а не композит, применяемый фирмой «АБВ». Отслоение железобетонных шпал-коротышей от путевого бетонного слоя за 18-летний срок эксплуатации практически не наблюдается.

Применительно к отечественным метрополитенам на данном этапе конкурирующими вариантами виброзащитного пути являются: путь с лежневым железобетонным подрельсовым основанием и путь с замоноличенными в путевой бетонный слой композитными шпалами-коротышами в сочетании со скреплением марки ВГС5-65.

Декларируемое фирмой «АБВ» снижение на 30 дБ уровня вибрации по сравнению с аналогичным показателем пути с деревянными шпалами при прочих равных условиях чрезмерно завышено и практикой не подтверждено.

Технико-экономические показатели виброзащитного пути с лежневым железобетонным подрельсовым основанием в сочетании с безрезьбовым бесподкладочным скреплением АРС отличаются от аналогичных показателей пути с замоноличенными в путевой бетонный слой композитными шпалами-коротышами, а также в сочетании с виброзащитным рельсовым скреплением марки ВГС5-65 фирмы «АБВ», следующим:

исключением необходимости вырубки путевого бетонного слоя при замене подрельсового основания;

снижением стоимости конструктивных элементов (см. табл. 3) против обычного пути со шпалами-коротышами в прямых и кривых с R > 1200 м — в 1,24 раза, а в кривых с R < 1200 м — в 1,36 раза; против виброзащитного пути в кривых с R > 1200 м

— в 3,47 раза, а в кривых с R < 1200 м — в 3,80 раза;

исключением необходимости как минимум один раз в год смазывать резьбовые соединения из-за отсутствия таковых в скреплении АРС;

повышением стабильности положения лежневого подрельсового основания и его срока службы не менее 60 лет;

возможностью компенсации бокового износа головки рельсов в пределах допустимых действующими нормативами величин за счет смещения лежней (вместе с рельсовыми плетями) в сторону оси пути;

возможностью приведения в соответствие с действующими нормативами плавности отводов уширения или сужения рельсовой колеи и положения рельсовых нитей по вертикали с помощью регулируемых амортизирующих прокладок, размещаемых в зонах боковых упоров лежней со стороны тоннельных обделок и в подлежневых зонах.

По результатам сопоставления стоимостных, технологических и экологических показателей конструкция виброзащитного пути с лежневым железобетонным подрельсовым основанием в сочетании с бесподкладочным безрезьбовым анкерным рельсовым скреплением АРС превосходит как обычный, так и виброзащитный варианты пути с композитными шпалами-коротышами, замоноличенными в путевой бетонный слой.

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Путь и путевое хозяйство".

Перенес: Admin