[02-2010] Путь на подходах к искусственным сооружениям и в тоннелях

[Admin]

Путь на подходах к искусственным сооружениям и в тоннелях

Р.И. Живин

На сети железных дорог Российской Федерации эксплуатируется около 83 тыс. искусственных сооружений, из них 37 % — мосты и путепроводы, 59 % — трубы и лотки. Кроме того, действуют 969 пешеходных мостов, 124 пешеходных и 136 железнодорожных тоннелей (рис. 1). Большинство искусственных сооружений прослужило более 100 лет. На сегодняшний день на железных дорогах находятся в эксплуатации 2081 мост постройки до 1925 г. и 1120 труб с недостаточной водопропускной способностью. Безусловно, они нуждаются в неотложном капитальном ремонте либо реконструкции с применением современных материалов и технологий.

Повышение осевых нагрузок и скоростей движения требует более серьезного подхода к решению задач, связанных с динамическим воздействием поездов на мосты, трубы, земляное полотно и тоннели. При этом капитальный ремонт и реконструкцию необходимо проводить в стесненных условиях и при максимальном сохранении пропускной способности.

Что же делается для того, чтобы решить накопившиеся проблемы? Рассмотрим некоторые конкретные технические и технологические разработки отечественных компаний и исследовательских организаций, реализуемые на сети российских железных дорог.

За последние годы комплекс мероприятий по капитальному ремонту и реконструкции земляного полотна позволил снизить протяженность участков с дефектами и деформациями на 557,5 км. При этом значительные объемы ремонтных мероприятий по усилению земляного полотна приходятся на участки, где предполагается введение скоростного движения. Только по технологии компании «Риттрансстрой» на направлении Санкт-Петербург — Москва усилено около 24 км земляного полотна.

В последнее время при капитальном ремонте и реконструкции пути существенное внимание уделяется внедрению новых материалов и технологий. Ежегодно более 1,5 тыс. км верхнего строения пути ремонтируют и реконструируют с применением геотекстиля, на пучинных участках укладывают более 40 тыс. м3 пенополистирола.

Для обеспечения планового усиления земляного полотна, проложенного в сложных инженерно-геологических условиях, на период до 2011 г. разработаны программы по проведению реконструкции инженерных сооружений, расположенных на деградирующих многолетнемерзлых грунтах, в скально-обвальных и карстоопасных зонах. Общий объем финансирования таких мероприятий составляет более 20 млрд руб.

В последнее время для наблюдения за состоянием железнодорожной инфраструктуры все чаще применяют георадиолокационные и дистанционные методы. Гак, в МИИТе разрабатывают технические решения по снижению деформативности подшпального основания на маршрутах обращения поездов повышенной массы и длины, в РГУПСе занимаются созданием технологии и программно-технического комплекса для скоростной диагностики состояния балластной призмы методом георадиолокации. Специалисты ЗАО «Аэрокосмический мониторинг и технологии» продолжают подготовку технологии и оборудования мониторинга опасных карстовых и оползневых участков с применением радиолокационной и космической интерферометрии.

Для анализа эффективности существующих дистанционных технологий, установления границ их применения, формулирования задач в ОАО «РЖД» создана рабочая группа с привлечением специалистов ОАО «НИНАС», ОАО «Росжелдорпроскт», ООО «Геокосмос» и Российской академии наук.

В конечном итоге появится возможность прогнозирования рисковых ситуаций на железнодорожном транспорте, связанных с надежностью земляного полотна, создания базы данных обследований, увязанных в единую систему с ГИС «РЖД», и условий для оперативного принятия решений по эксплуатации и ремонту железнодорожной инфраструктуры в режиме реального времени.

Применение современных аэрофотосъемочных и аэрогеофизических методов на дорогах ОАО «РЖД» позволит в ближайшем будущем уверенно предсказывать проявление опасных инженерно-геологических процессов, в сжатые сроки получать пространственные данные о местности и опасных объектах и в конечном счете оптимизировать эксплуатационную работу сети.

Для усиления надзора за состоянием земляного полотна и его обустройств утверждено Типовое положение об инженерно-геологической базе (ИГБ) дороги. Надо отметить, что до этого не существовало нормативного документа, определяющего численность структурных подразделений, занимающихся надзором и диагностикой состояния земляного полотна.

Отсутствие такого документа, регламентирующего права и обязанности сотрудников, приводило к тому, что опасные объекты земляного полотна, часто имеющие сетевое значение, оказывались без квалифицированного инженерного надзора.

Численность работников И ГБ и путеобследовательских станций по земляному полотну колебалась от 5 чел. на Красноярской дороге до 30 чел. на Северо-Кавказской.

Положение об И ГБ призвано устранить имеющиеся перекосы и недостатки в вопросах содержания и надзора за земляным полотном, унифицировать требования к деятельности ИГБ.

Переходные участки пути с переменной жесткостью

В настоящее время на подходах к мостам и тоннелям, имеющим безбалластное основание, типовой является обычная конструкция верхнего строения пути. В этих зонах происходит повышенное накопление расстройств геометрии пути, увеличению объема операций по его текущему содержанию и снижению срока службы элементов его верхнего строения (рис. 2). Это связано с резким изменением жесткости пути при переходе с подходов на искусственное сооружение и наоборот. Введение скоростного и высокоскоростного движения на таких участках может вызвать повышенные ускорения экипажа в вертикальной плоскости, приводящие к увеличению динамического воздействия на путь. При подходе к искусственным сооружениям изза частых исправлений пути возможны ограничения скоростей движения.

Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что использование специальных переходных конструкций пути на подходах к искусственным сооружениям — мостам с бсзбалластным мостовым полотном (БМП) и тоннелям, имеющим плавное изменение жесткости, — уменьшает динамические воздействия подвижного состава на путь, расстройства элементов его верхнего строения и мостовых или тоннельных конструкций, снижает расходы на содержание пути.

Необходимость создания переходных участков с переменной жесткостью при сопряжении с безбалластными конструкциями пути на мостах и в тоннелях регламентирована СТНЦ-01 — 95 (Железные дороги колеи 1520 мм).

По индивидуальным проектам в опытном порядке на линии Санкт-Петербург — Москва реализованы два варианта конструкции пути на подходах к мостам с БМП — заменой верхней части грунта подходной насыпи железобетонными бездонными коробами, заполненными щебнем, и щебнем, послойно армированным геосетками (рис. 3).

Опыт сооружения и эксплуатации подобных конструкций показал, что переходной участок по первому варианту потребовал значительных подготовительных операций по устройству площадок для складирования коробов и сооружению подъездных дорог для подхода техники к месту работ, что не всегда выполнимо. Использование же конструкций с геосетками имеет преимущество в отношении технологичности процесса сооружения (рис. 4), и эти конструкции более экономичны. Наблюдения в ходе эксплуатации также показали, что в варианте с гсосстками рельсовая колея стабильнее.

Конструкция переходных участков с переменной жесткостью должна обеспечивать устойчивую работу пути в зоне примыкания к искусственному сооружению без ремонта в течение срока, не менее чем период между капитальными ремонтами пути. Такие конструкции предназначены для земляного полотна на прочном основании.

Области применения. Переходные участки с переменной жесткостью устраивают в следующих случаях:

на подходах к мостам и тоннелям с безбалластной конструкцией пути 1-го и 2-го классов, а также 3-го класса, где по показаниям путеизмерительного вагона отмечаются систематические расстройства рельсовой колеи;

на подходах к железобетонным мостам с балластным корытом и к тоннелям с балластной конструкцией пути, имеющим бетонное основание, если на них отмечаются систематические расстройства рельсовой колеи.

Такие участки не устраивают на подходах к тоннелям, если земляное полотно в предпортальной выемке сложено скальными грунтами.

Сооружение переходных участков с переменной жесткостью по срокам совмещают с усиленным капитальным (капитальным) ремонтом пути либо осуществляют при усилении и реконструкции искусственных сооружений.

Принципы проектирования и конструктивные решения. Основной принцип устройства участка переходного пути с переменной жесткостью — постепенное в направлении от земляного полотна к искусственному сооружению увеличение жесткости подшпалы юго основания с целыо уменьшения интенсивности накопления остаточных деформаций.

При применении геосеток (георешеток) повышение жесткости пути и снижение деформативности на подходе к искусственному сооружению происходит за счет увеличения в направлении сооружения толщины щебня, армированного геосетками, заменяющего верхний слой грунта земляного полотна.

Толщина слоя заменяемого грунта составляет 0 (в начале участка) — 1 м (у искусственного сооружения).

Для исключения боковых деформаций в щебне и восприятия растягивающих усилий его армируют слоями геосеток (георешеток) с шагом по толщине 20 см.

Для снижения жесткости подшпального основания и контактных напряжений на балласт на искусственном сооружении в местах перехода с земляного полотна (устои моста, портальные участки тоннеля) укладывают упругие прокладки по подошве шпалы либо упругие подбалластные маты на бетон сооружения, выполненные из резины или полиуретана. Срок службы упругих элементов не менее 30 лет.

Длину участка переходного пути с переменной жесткостью Lпж на подходе к искусственному сооружению определяют для каждого конкретного объекта исходя из фактической зоны повышенных расстройств пути. Для выделения этих зон используют данные путеизмерительных вагонов, результаты испытаний нагрузочными поездами. Минимальное значение Lпж в зависимости от скорости движения поездов принимают по данным табл. I.

Для замены грунта применяют шебень твердых пород с размером фракций до 40 мм. Щебень укладывают послойно с уплотнением. Модуль деформации щебня Ещ в уплотненном состоянии должен быть не меньше 100 МПа. Грунт земляного полотна для возможности отвода воды вырезают с уклоном 0,04 в полевую сторону, а для предотвращения попадания в материал замены мелких частиц применяют нетканый материал.

На участках подходов, сложенных пучинистыми грунтами, когда граница промерзания входит в эти грунты в сечении с максимальной толщиной замены, под балластной призмой устраивают тепловую изоляцию в виде экструдированного пенополистирола. Толщину тепловой изоляции устанавливают теплотехническим расчетом.

Если земляное полотно представлено насыпью, воду с геотекстиля отводят в поперечный дренаж при помощи полимерной трубы, расположенной за шкафной стенкой устоя. При расположении подходного участка в выемке (подход к тоннелю) вода из низа слоя замены отводится в продольный трубчатый дренаж, который укладывают на отметках ниже геотекстиля. Ширина слоя замены грунта (геосток) иод один путь должна быть не менее 4 м.

Требования к геосеткам (георешеткам) представлены в табл. 2. Верхний слой георешетки заводят на жесткое основание искусственного сооружения (устой моста или портал тоннеля) не менее чем на 3 м, что обеспечивает плавность в месте сопряжения искусственного сооружения с земляным полотном.

При бесстыковом пути стыки рельсовых плетей располагают вне пределов участка переходного пути с переменной жесткостью, а при звеньевом стыки звеньев должны быть на расстоянии не ближе 10 м от сечения перехода с земляного полотна на искусственное сооружение.

Технические требования к полимерным материалам. Геосетки, георешетки, упругие подшпальные прокладки и упругие подбалластиые маты, применяемые в конструкции участков переходного пути с переменной жесткостью, должны удовлетворять необходимым требованиям по прочности и долговечности и пройти сертификационные испытания.

Для армирования щебня, заменяющего грунт, используют геосетки тканые, вязаные из синтетических волокон либо георешетки из отдельных полос пластмассы или полученные перфорированием ее листов (рис. 5).

Гсосетки (георешетки) изготовляют из полипропилена, полиэтилена или полиэфира. Они должны иметь в обоих направлениях одинаковую прочность (двухосные геосетки). Гсосетки (георешетки) не должны поддаваться воздействию кислот, щелочей и бактерий природного происхождения, должны выдерживать воздействие прямых солнечных лучей без снижения прочности в течение месяца (не менее).

Расчетную прочность геосетки (георешетки) на растяжение Rp (см. табл. 2) выбирают из условия восприятия максимальных горизонтальных растягивающих сил в уровне основной площадки с учетом их возможного снижения. Учитывают также ползучесть, старение и повреждения материала при сроке службы не менее 60 лет. R для выбранной марки материала определяют исходя из краткосрочного сопротивления разрыву (характеризует марку материала и устанавливается фирмой-производителем):

где kT — коэффициент ползучести в течение расчетного срока службы сооружения; Y0 Y1 и YpH — соответственно коэффициенты надежности изготовления, укладки и химической стойкости материала в зависимости от значения pH.

Коэффициенты ползучести и надежности устанавливают для каждой марки геосинтетика по результатам испытаний. Надо отмстить, что kT < 1 и уменьшается с увеличением срока службы сооружения, а коэффициенты Y(), Y1 и YpH больше или равны единице. При этом Y0 учитывает неоднородность характеристик изготовленного материала и погрешность их определения в ходе испытаний, Y1 — возможность повреждения материала в ходе его укладки (большие значения соответствуют более абразивному и крупному грунту вокруг синтетика), YpH — возможную агрессивность грунтовой среды.

Размер ячейки гсосетки (георешетки) подбирают равным удвоенному размеру средних частиц щебня замены (d50) исходя из заклинивания в геосинтетике двух частиц (см. табл. 2).

Упругие элементы — подшпальные прокладки и подбалластиые маты — изготовляют из резины или полиуретана. Толщину и модуль деформации этих элементов выбирают из условия обеспечения их сжатия от действующей поездной нагрузки на 0,5 — 1,0 мм. Толщина упругих прокладок не должна быть более 20 мм, а упругих подбалластных матов — 40 мм. Прочностные свойства упругих элементов определяются их способностью выдерживать пиковые напряжения без возникновения необратимых остаточных деформаций и повреждений.

Для повышения надежности и долговечности упругих элементов на их поверхность, контактирующую со щебнем, можно приклеивать защитный слой, например, из геотекстиля. Упругие прокладки приклеивают к нижней поверхности железобетонной шпалы.

Технологические схемы устройства участков. Участки переходного пути с переменной жесткостью устраивают в самостоятельные технологические «окна», продолжительность которых зависит от объемов работ и принятой технологии. Наиболее целесообразно одновременно в одно «окно» устраивать такие участки на подходах к искусственному сооружению с двух сторон. На двухпутных линиях это можно выполнять одновременно под два пути в одно «окно» либо по каждому пути в отдельные «окна».

Участки переходного пути с переменной жесткостью проектируют в зависимости от имеющейся путевой и строительной техники с учетом максимальной механизации процессов и повышения производительности основных операций в «окно».

Все работы, связанные с устройством таких участков подразделяются на подготовительные, основные и отделочные. При этом необходимо соблюдать требования Правил технической эксплуатации железных дорог. Инструкции по сигнализации на железных дорогах РФ, Инструкции по обеспечению безопасности движения поездов при производстве путевых работ, Инструкции по текущему содержанию железнодорожного пути, Правил техники безопасности и производственной санитарии при ремонте и содержании пути и сооружений. Технических условий на работы по ремонту и планово-предупредительной выправке пути.

Рассмотрим устройство переходного пути с переменной жесткостью на двухпутном участке, расположенном на насыпи, с закрытием перегона по обоим путям (1-го или 2-го класса). Длина переходного участка 25 м. Верхнее строение до ремонта представляло собой длинномерные рельсовые плети по 800 м из рельсов типа Р65, скрепление типа КБ, шпалы железобетонные, балласт щебеночный. Пролетное строение металлического моста с плитами БМП. В плане путь расположен на прямом участке. Конструкция верхнего строения пути не меняется.

Геосинтетики у устоя укладывают в пять слоев с постепенным сведением каждого слоя «на нет». При этом грунт насыпи в каждом сечении срезают на расчетную глубину, обеспечивающую плавное повышение модуля упругости пути от устоя к обычному пути.

Геосетки (георешетки) используют такие же, как и для армирующих прослоек при усилении основной площадки земляного полотна. Толщина единичного слоя щебня между георешетками (геосетками) для создания требуемого уплотнения и гарантированного предотвращения боковых деформаций принимается равной 20 см. Длина участка с одинаковым числом слоев геосинтетика 5 м. Ширина геосеток (георешеток) под один путь 4 м (стандартная ширина рулона).

Для отвода воды от грунтов земляного полотна у шкафной стенки укладывают дренаж из труб. Поверхность вновь формируемой основной площадки земляного полотна имеет поперечный уклон 0,04.

До проведения основных работ старогодные рельсовые плети заменяют на инвентарные рельсы. Стыки рельсовых плетей бесстыкового пути выносят на типовую конструкцию пути на земляном полотне вне участка с переменной жесткостью.

На подготовительном этапе осуществляют следующее:

снятие путевых знаков, удаление за габарит рабочих органов машин препятствий, которые могут вызвать остановку или повреждение путевой техники;

уборку с обочины лишнего балласта и срезку се до проектных отметок;

устройство площадок с полевой стороны одного из путей для временного размещения щебня, разметку участка работ и закрепление на реперах или опорах контактной сети проектных отметок, подготовку полимерных материалов, доставку землеройной техники;

складирование щебня на отсыпанной площадке;

разрезку в отдельные технологические «окна» плетей на звенья с устройством стыков.

Резка плетей на звенья начинается от искусственного сооружения. Первый стык должен располагаться в пределах последнего звена. Общая длина звеньевого пути 50 м.

Основные работы в «окно» выполняют двумя машинизированными комплексами, состоящими из путеукладочного крана УК-25/9-18, выправочной машины ВПР-02, динамического стабилизатора ДСГ1-С4, быстроходного планировщика балласта ПБ, хопперов-дозаторов. Старый балласт и грунт срезают при помощи экскаватора «обратная лопата» ЭО-4321, двух бульдозеров на базе трактора Т-170 и фронтального автопогрузчика.

На станции примыкания формируют шесть рабочих поездов — два крана УК-25/9-18 с платформами и локомотивами в голове, два состава из хопперов-дозаторов с локомотивом и в сцепе машины ВПР-02, стабилизатор ДСП и планировщик балласта ПБ.

После закрытия перегона путеукладочные краны следуют к фронту работ, шесть монтеров пути и машинист разболчивают стыки, оставляя на рельсах накладки, сболченные на один болт. Краны УК-25/9-18 демонтируют по два звена решетки по каждому пути подхода к искусственному сооружению, формируют их в пакеты и перемещают на платформы, где их закрепляют. Операции выполняют II монтеров пути и пять машинистов по обоим путям с одной стороны моста.

Далее землеройный комплекс, состоящий из экскаватора ЭО-4321, фронтального погрузчика и двух бульдозеров, осуществляет срезку балласта и грунта насыпи, его сдвижку на откос и планировку основания под покрытие. Экскаватор разрабатывает грунт между крыльями устоя, бульдозеры — по всему фронту участка (около 25 — 30 м) с одной стороны моста. Выполнение землеройных операций контролируют нивелировкой.

На подготовленное основание в соответствии с проектом вручную четыре монтера пути укладывают геотекстиль (пенополистирол) и подбалластные маты, два монтера пути у задней стенки устоя монтируют поперечный дренаж из полимерной трубы для отвода воды.

По уложенному геосинтстику фронтальный погрузчик из места временного складирования развозит щебень для первого прослоя, который методом подвижки разравнивает бульдозер. При этом фронтальный погрузчик и бульдозер двигаются по спланированному щебню толщиной 20 см. Движение техники на гусеничном ходу непосредственно по геосинтегику не допускается.

На сформированный первый слой щебня два монтера пути укладывают нижний самый короткий слой геосетки (георешетки). По нему фронтальный погрузчик развозит щебень для следующего слоя. Аналогично располагают все остальные геосетки (георешетки) и формируют на них щебеночные слои.

Укладку кранами УК-25/9-18 снятой ранее рельсошпальной решетки на подходе к мосту по двум путям осуществляют пять машинистов и 16 монтеров пути, из них четыре монтера устанавливают нормальные стыковые зазоры.

После прохода путеукладчика шесть монтеров пути и один машинист устанавливают накладки и стыковые болты. Затем два машиниста и два монтера пути выгружают щебень из хопперов-дозаторов для подъемки пути на первый слой балласта по первому и второму пути. Подъемку, выправку пути в плане и профиле выполняют машиной ВПР-02. Уплотнение и стабилизацию балласта осуществляют стабилизатором ДСП, обслуживаемым двумя машинистами. Далее стабилизатор и машина ВПР-02 возвращаются к началу участка, где выгружают щебень из хопперов-дозаторов для подъемки пути на второй слой балласта.

После вторичной подъемки, выправки пути в плане и профиле машиной ВПР-02, уплотнения и стабилизации второго слоя балласта стабилизатором ДСП выполняют оправку призмы й формирование ее плеча шириной не менее 25 см планировщиком балласта ПБ.

Перед открытием перегона проверяют состояние пути на всем участке, путь приводят в состояние, обеспечивающее безопасный пропуск одного — двух поездов со скоростью 25 км/ч и последующих с установленной скоростью.

Отделочные работы после обкатки пути поездами включают в себя выправку пути с постановкой его на проектные отметки машиной ВПР-02, в комплексе с которой задействованы стабилизатор и планировщик балласта. Машина СЗП-600 с составом убирает и вывозит с откосов вырезанный балласт и грунт.

Технология устройства переходного пути с переменной жесткостью па двухпутном участке с закрытием перегона по одному пути такая же, как и в случае закрытия перегона по обоим путям. Разница заключается лишь в продолжительности «окна», которая во втором варианте составляет 10 ч для одного пути.

Другие конструкции переходных участков

Специальные переходные конструкции верхнего строения пути на подходах к ИССО. На участке сопряжения одну часть рельсов укладывают на шпалах, а другую — на железобетонных плитах. Уменьшение деформаций в балластной призме достигается за счет уменьшения давления рельсошпальной решетки на балластный слой сближением шпал и увеличением площади опирания железобетонных плит на балласт. Расстояние между шпалами и ширину каждой плиты подбирают таким образом, чтобы жесткость пути, расположенного на подходе к искусственному сооружению, увеличивалась, достигая значений, характерных для искусственных сооружений. В пределах каждой ступени расстояние между шпалами и ширина плит постоянны. Поэтому каждая ступень имеет определенную жесткость, а участок сопряжения, расположенный между искусственным сооружением и подходом, вместо одного большого уступа жесткости дробится на восемь мелких.

Недостаток конструкции — сохранение малых уступов, приводящих к скачкообразным изменениям жесткости пути. При движении поездов уступы становятся источниками ударов, передающихся от колес поездов на рельсошпальную решетку и балластный слой, который расползается, накапливая остаточные деформации, со временем приводящие к тому, что плотность прилегания шпал к балластному слою уменьшается, и между подошвами шпал и балластным слоем возникают зазоры. Последние, в свою очередь, усиливают воздействие поездов на путь и увеличивают скорости накопления деформаций. В результате нарушается устойчивость балластного слоя и, как следствие, искривляется рельсошпальная решетка.

Таким образом, необходимо создать конструкцию верхнего строения пути, имеющую повышенную устойчивость балластного слоя и обеспечивающую плавное изменение жесткости в зоне, прилегающей к искусственному сооружению.

Для реализации поставленной задачи упругую прокладку располагают в толще балластного слоя вдоль пути наклонно, причем верхнюю се часть стыкуют с зоной сопряжения искусственного сооружения и верхней поверхностью балластного слоя, а нижнюю — с основанием балластного слоя. Благодаря упругой прокладке в последнем ограничивается подвижность щебня, что приводит к образованию связной прослойки.

Сопротивляемость развитию деформаций в любом грунтовом массиве зависит от глубины расположения в нем армирующей прокладки. Поэтому для получения требуемой жесткости достаточно изменить глубину расположения прокладки в балластном слое. Наклонно расположенная прокладка позволяет в каждом сечении переходной длины обеспечить определенную жесткость. При плавном изменении расположения прокладки жесткость также плавно изменяется от минимума (путь без прокладки в балласте) до максимума (путь на искусственном сооружении). Таким образом ликвидируется уступ жесткости. В итоге зазоры между подошвами шпал и балластом не образуются, и не развиваются опасные деформации балластного слоя, приводящие к нарушению геометрии рельсовой колеи.

Длина переходного участка при скорости движения поездов ло 140 км/ч составляет 50 м, а при 140 — 200 км/ч — 100 м. Для равномерного распределения поездных нагрузок в толще балластного слоя ширина упругой прокладки должна быть соизмерима с шириной балластной призмы. Упругая прокладка в разрезе пути продольной вертикальной плоскостью может иметь вид прямой линии постоянного уклона, либо кривой переменного (параболы), что обеспечивает наиболее равномерное изменение жесткости по длине переходного участка. Прокладку выполняют из прочного эластичного и шероховатого материала, например, геотекстиля.

Выбор варианта расположения прокладки в балластном слое переходного участка зависит от класса железнодорожной линии и технических возможностей строительного подразделения.

Метод цементации. Для обеспечения устойчивости грунтов земляного полотна на сопряжениях с искусственными сооружениями при невозможности тщательного уплотнения грунта можно применять метод повышения прочности и морозостойкости недоуплотненных грунтов обработкой их цементом (битумом). При определенном количестве цемента (битума) недоуплотненные грунты приобретают прочность, которую имеет не обработанный добавками, но уплотненный до требуемой плотности грунт.

Технология возведения участков насыпей, примыкающих к искусственным сооружениям, и конусов мостов (путепроводов) из цементогрунтов почти такая же, как и при работах с привозными дренирующими грунтами. Разница заключается в том, что исключается процесс уплотнения укрепляемого грунта, а вместо него смешивают грунт с цементом (битумом). Дополнительного уплотнения цементогрунта после отсыпки и планировки, как правило, не требуется.

Для того чтобы смешать грунт с цементом, применяют смесители Д-370, Д-709 или бетономешалки с принудительным перемешиванием С-543, устанавливая их в карьере или месте производства работ и снабжая дополнительным оборудованием для подачи и дозирования вяжущего и предварительного размельчения связного грунта.

При разработке технологической схемы и плана проведения операций по устройству сопряжений и конусов из цементогрунтов необходимо учитывать сроки схватывания цементогрунтовой смеси, наличие машин и их производительность. Особое внимание следует обращать на устройство конусов. Отсыпать конусы и часть насыпей, прилегающих к искусственным сооружениям, следует послойно. Откосы конусов и насыпи планируют в каждом слое. Поверхность откосов отделывают площадочным вибратором.

При возведении земляного полотна на сопряжениях с искусственными сооружениями и конусов мостов (путепроводов) из цементогрунтов организуют постоянный лабораторный контроль правильности дозирования материалов в смеситель согласно рекомендуемому составу, влажности грунта перед подачей в смеситель, влажности готовой смеси при выходе из смесителя и на месте работ (должна быть равной оптимальной влажности грунта, установленной в приборе для стандартного уплотнения), правильности ухода за уложенной смесью и плотности грунта земляного полотна, уложенного ниже цементогрунтового массива.

Наряду с рассмотренными, существуют и другие конструкции переходных участков:

укладка в основание земляного полотна перед искусственным сооружением мешков из нетканого материала с грунтом. Принимая во внимание, что современные технологии позволяют создавать полимерные синтетические нетканые материалы с разрывной нагрузкой более 400 кгс/см2, данная конструкция значительно уменьшает осадку грунта земляного полотна в зоне переходного участка;

укладка специальных амортизирующих резиновых матов на участках переменной жесткости подрельсового основания, а также на устоях мостов. Маты воспринимают динамический удар от колес подвижного состава при переходе с упругого мостового основания на балласт и значительно гасят его за счет амортизации;

применение бетона переменной толщины на подходах к мосту. В основание земляного полотна послойно укладывают бетонные блоки переменной толщины с уменьшением ее от устоя в сторону земляного полотна.

Усиление верхнею строения ну ги на переходных участках но предложению Ленской дистанции пути Восточно-Сибирской дороги

На участках пути с деревянными шпалами и костыльным скреплением ДО, где не проводили усиление основной площадки земляного полотна на подходах к искусственным сооружениям, предлагается заменять промежуточное костыльное скрепление на раздельное шурупное КБ. Это позволит повысить уровень безопасности и надежности пути, избежать просадок в этой зоне летом и напрессовки снега зимой, уменьшить потребность в планово-предупредитсльной выправке.

До внедрения предложения было необходимо выполнять следующие операции: перешивку пути; укладку карточек; очистку концов шпал от снега; снятие пучинных карточек; выправку пути ЭШП; регулировку рельсовой колеи в плане; смену шпал; оправку балластной призмы; подвозку шпал на расстояние до 100 м.

С учетом всех тарифов, промеров пути, стоимости материалов расходы на трех участках (609 км — 2-й путь, 619 км — 1-й и 2-й пути) составляли 68623,87 руб.

Затраты на смену скрепления ДО на КД и выправку пути ЭШП составили всего лишь 26912,28 руб.

Таким образом, экономический эффект от внедрения предложения Ленской дистанции пути получился 41711,59 руб.

Конструкции верхнего строения пути в тоннелях

Тоннель — наиболее сложное и дорогостоящее искусственное сооружение. Стесненность габарита, плохая вентиляция и увлажненность большинства их них создают серьезные трудности при ликвидации чрезвычайных ситуаций и восстановлении движения. Поэтому предъявляются повышенные требования к выбору конструкций пути, их прочности, устойчивости, долговечности, а также к снижению трудоемкости содержания и ремонта пути. Конструкция последнего должна позволять выполнять его механизированный ремонт, осматривать и содержать рельсы, шпалы, скрепления, а также ремонтировать водоотводные сооружения и убирать загрязнители.

Основные элементы верхнего строения пути. В тоннелях верхнее строение пути может быть как на балласте, так и на безбалластном основании. В качестве типовой применяют путевую решетку с деревянными или железобетонными шпалами на щебеночном балласте (рис. 6).

В двухпутных тоннелях укладывают охранные приспособления мостового типа, ограничивающие боковые смешения подвижного состава, сошедшего с рельсов.

В тоннелях длиной более 100 м, а также на подходах к ним укладывают термоупрочценные рельсы Р65 категорий качества В или Т1, в остальных — те же рельсы, что и на перегонах. Проблема ликвидации рельсовых стыков в тоннелях стоит значительно острее, чем на открытых участках.

В тоннелях необходимо специально смягчать уклоны пути из-за снижения сцепления колес с рельсами и повышенного воздушного сопротивления движению. Стыки — источники повышенных колебаний экипажей, ускорений их элементов и добавочных сил инерции, воздействующих на путь и обделку тоннелей.

Таким образом, бесстыковой путь наиболее полно отвечает необходимым требованиям. Температура рельсов там практически совпадает с температурой воздуха, особенно в тоннелях длиной 300 — 400 м и более. Зимой температура рельсов в длинных тоннелях на 5 — 7 °С выше, чем на подходах. Температура воздуха зимой в коротких тоннелях (до 300 м) практически не отличается от наземной из-за их продуваемости.

Бесстыковой путь в тоннелях устраивают так же, как и за их пределами. Но при расположении плетей полностью внутри тоннеля длиной более 300 м расчетную амплитуду температур рельсов принимают на 20 °С ниже, чем вне его.

В коротких тоннелях, если у порталов нет изолирующих стыков, заградительной сигнализации и автоблокировки, целесообразно устраивать плети возможно большей длины, чтобы тоннель находился в средней части плети, а концы ее были надежно закреплены на подходах к тоннелю.

В тоннелях длиной 300 — 900 м концы рельсовых плетей разметают внутри на расстоянии 10 — 15 м от портала, соединяя их уравнительным пролетом с бесстыковым или звеньевым путем за пределами тоннеля. Если длина тоннеля более 950 м, рекомендуется укладывать плети длиной на 20 — 30 м короче длины тоннеля, даже при наличии внутри тоннеля изолирующих стыков.

В тоннелях с верхним строением пути на балласте применяют деревянные шпалы I типа, антисептированные, с эпюрой 2000 шт/км. Деревянные шпалы предпочтительнее железобетонных при балластном основании, и их применение обеспечивает следующие преимущества:

повышается упругость пути;

уменьшаются вибрации щебня под шпалами, измельчение его частиц;

облегчается одиночная замена дефектных шпал; уменьшается строительная высота конструкции пути.

При костыльном скреплении рельсы и подкладки в тоннелях и на подходах к ним прикрепляют на каждом конце шпалы полным количеством костылей. При раздельном промежуточном скреплении для железобетонных (КБ) и деревянных (КД) шпал рельсы прикрепляют так же, как и на подходах.

В тоннеле щебень укладывают без песчаной подушки из твердых горных пород толщиной под шпалой не менее 25 см, морозостойкий, с начальной загрязненностью не более 1 %. В тех случаях, когда габарит тоннеля не позволяет иметь указанную толщину балластного слоя, допускается уменьшать ее до 20 см и в виде исключения до 15 см. Мягкие породы шебня из известкового камня применять нельзя из-за быстрого его измельчения и потери дренирующих свойств. Использование асбестового балласта, практически водонепроницаемого, чревато опасностью размыва в случае переполнения водоотводов и выхода воды на путь.

Водоотводные устройства крайне важны для обеспечения нормальной эксплуатации тоннелей. При балластном основании пути лотки из сборных железобетонных коробчатых элементов с отверстиями в боковых стенках располагают под балластом и закрывают крышками. Вода в лотки стекает по сливной плите или бетонной подготовке с поперечным уклоном 2 — 3 %о. Устанавливают также смотровые колодцы с отстойниками через каждые 25 — 50 м.

Безбалластнмй путь. В конструкциях безбалластного пути самый слабый элемент — балласт — заменяют равномерно распределяющей нагрузку несущей плитой из бетона или асфальта, на которую упруго укладывают рельсы.

Как показали длительные испытания, основное преимущество безбалластного пути — значительное сокращение объема работ при текущем содержании. Качество пути, достигнутое при его строительстве, остается неизменным при увеличении эксплуатационных нагрузок. Благодаря этому улучшается динамика пути и обеспечивается устойчивая плавность хода. Для безбалластного пути установлен увеличенный диапазон допусков на возвышение и недостаток возвышения наружного рельса в кривых. Это значит, что при трассировке высокоскоростных линий возможно проектирование кривых радиусом 3000 м, что позволяет прокладывать железнодорожные линии параллельно существующим автомагистралям. При этом значительно снижается ущерб, наносимый окружающей среде, в том числе в отношении уровня излучаемого шума. В случае взаимного наложения шума от двух источников суммарный уровень может не более чем на 3 дБ превышать пиковое значение, зафиксированное отдельно на автостраде или железнодорожной магистрали. Безбалластные конструкции исключают выброс пути. Безбалластный путь отличают также низкие затраты на текущее содержание, возможность сооружать тоннели меньшей высоты, высокая надежность и отсутствие борьбы с растительностью. Недостатки заключаются в высоких капитальных затратах и расходах на модернизацию или корректировку, а также в необходимости укладки шумопоглощающих покрытий.

Для обеспечения плавности хода на подходах к тоннелям также требуется устройство переходных участков, конструкции которых аналогичны конструкциям на подходах к мостам.

Выводы

Основная площадка земляного полотна — важный элемент пути, определяющий стабильность геометрии рельсовой колеи. Вместе с тем сложные условия работы грунтов основной площадки приводят к широкому распространению дефектов и деформаций этого элемента, вызывающих повышенные затраты на содержание пути. Проблема обеспечения стабильности основной площадки становится особенно острой на линиях, где предусматривается введение скоростного движения либо повышение осевых или погонных нагрузок.

Анализ результатов наблюдений за опытными участками с разделительными и морозозащитными слоями из геосинтетических материалов, выполненный на линии Санкт-Петербург — Москва после ее усиления под скоростное движение пассажирских поездов, показал, что в целом на всех участках достигнуто значительное улучшение состояния пути и обеспечена необходимая стабильность положения рельсовой колеи. Для этих условий разработано и внедряется стандартное решение переходного участка с применением геосеток, которое предусматривает замену грунта насыпи на щебень, укладываемый с послойным уплотнением между слоями геосеток. Из всех представленных данное решение более экономично в части затрат на монтаж и содержание. Однако, надо сказать, что на сегодняшний день это не может обеспечить необходимую плавность хода при скоростях 200 км/ч и более. Поэтому в перспективе на участках с высокоскоростным движением потребуется плановая замена мостов с безбалластным мостовым полотном на корытные с ездой по балласту либо на трубы различных сечений.

Для повышения уровня безопасности, снижения эксплуатационных затрат на текущее содержание и повышения плавности хода в тоннелях необходимо повсеместно и планомерно переходить на безбалластный путь. До проведения реконструкции или капитального ремонта пути в целях повышения уровня безопасности предлагается усилить верхнее строение пути на подходах к искусственным сооружениям скреплением КД-65.

[СЦБот]

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

Перенес: Admin