Путевое хозяйство рельсового транспорта

Путевое хозяйство рельсового транспорта предназначено для эксплуатации рельсовых путей, проведения их ремонта и профилактического обслуживания. Для этого организуется служба пути, которая в зависимости от протяженности трамвайной сети может включать несколько дистанций пути и имеет в своем составе необходимую путейскую технику, средства комплексной механизации работ, мастерские для изготовления нестандартных элементов пути и т. п.

Рельсовый путь является важнейшим элементом рельсового транспорта, от состояния которого зависит безопасность и скорость его движения. В связи с высокими затратами методы его строительства и содержания оказывают существенное влияние на экономическую эффективность рельсового транспорта.

Особенности рельсового пути трамвая связаны с сочетанием различных типов дорожных покрытий, что обусловливает его более высокую конструктивную сложность по сравнению с путями железной дороги и метрополитена. Трамвайные маршруты проходят по городским улицам, что определяет большую долю криволинейных участков, в частности кривых малых радиусов, большие уклоны, частые торможения, повышенное загрязнение и т. п. В соответствии с СП 98.13 330.2012 трамвайные пути могут быть трех типов:

• 1) на обособленном полотне, отделенном от проезжей части или тротуаров разделительной полосой;
• 2) самостоятельном полотне вне населенных пунктов;
• 3) совмещенном полотне, допускающем движение трамваев одновременно с безрельсовым ГПТ.

Размещение трамвайных путей в пределах проезжей части автомобильных дорог общей сети не допускается.

В РФ при новом строительстве или реконструкции рельсовая колея трамваев, как и других видов рельсового транспорта, на прямых участках должна быть 1524 мм. Расстояние между осями смежных трамвайных путей должно обеспечивать минимальные зазоры безопасности: 600 мм между вагонами и 300 мм между вагоном и опорой контактной сети или между вагонами в начале и конце кривых участков пути.

На перегонах минимальные радиусы поворота для скоростного трамвая составляют 200 м, для обычного — 25 м. На разворотных кольцах, в узлах и на территории депо этот радиус можно уменьшать до 20 м.

Максимальные продольные уклоны прямолинейных участков пути трамвайных линий не должны превышать 60‰ (6 м подъема или спуска на 1 км пути) или 90‰ в стесненных условиях при принятии мер по обеспечению безопасности движения.

В зависимости от назначения рельсовые пути делятся на три группы:

• — пассажирские пути предназначены для маршрутного движения и включают стрелочные переводы, пересечения, тупиковые и запасные пути на промежуточных и конечных станциях;
• — деповские пути расположены на территории депо и предназначены для отстоя вагонов и их маневрирования для заезда в зоны технического обслуживания и ремонта, въезда и выезда с территории депо;
• — служебные (грузовые) пути предназначены только для движения служебных и грузовых вагонов.

В зависимости от принадлежности к той или иной группе путей предъявляются различные требования к их устройству и эксплуатации, причем наиболее высокие — к пассажирским путям, работающим в наиболее напряженном режиме и характеризующимся наиболее высокими требованиями к безопасности и скорости движения.

Рельсовый путь является сложным инженерным сооружением, которое включает следующие элементы:

• — верхнее строение — рельсы, специальные части (стрелочные переводы, крестовины, детали крепления и электросоединения;
• — нижнее строение (основание) — подрельсовые опоры в виде шпал или рамных конструкций и балласт в виде песка, щебня, гравия или бетонной плиты;
• — земляное полотно в виде продольного котлована на улицах городов или насыпей и выемок вне городской черты;
• — водоотводные сооружения для отвода сточных вод;
• — верхнее (дорожное) покрытие для обеспечения движения колесных транспортных средств (асфальтобетонное) или для декоративных (противопылевых) целей (булыжное, плиточное, травяное и т. п.).

Верхнее строение пути служит для восприятия давления колес подвижного состава и передачи его на нижнее строение, также для направления движения. Оно состоит из рельсов, скреплений, рельсовых опор (обычно шпал), противоугонных приспособлений, балластного слоя, стрелочных переводов, глухих пересечений, мостовых и переводных брусьев.

Рельсы, соединенные между собой стыковыми скреплениями, а с рельсовыми опорами — промежуточными скреплениями, образуют вместе с этими опорами рельсошпальную (путевую) решетку. При этом рельсовые опоры заглубляют в балластный слой, который опирается на основную площадку земляного полотна.

Верхнее строение пути работает в сложных условиях: оно воспринимает вертикальные и боковые силы от подвижного состава, продольные силы тяги от ведущих колес локомотивов, силы торможения и сдвига пути, продольные сжимающие или растягивающие силы, вызываемые изменением температуры. Кроме того, верхнее строение пути подвергается воздействию дождя, снега, ветра, низких температур. Все элементы верхнего строения пути работают во взаимосвязи. Изменение или нарушение условий работы хотя бы одного из элементов может привести к расстройству всей конструкции.

В месте контакта колеса с рельсом напряжение достигает 900 МПа и более. В рельсах возникают напряжения изгиба, равные 184−240 МПа. Давление рельса на подкладку составляет 3,5−4 МПа. Подкладка имеет бо? льшую площадь опирания, чем подошва рельса, поэтому ее давление на шпалу составляет в среднем 2 МПа. Давление шпалы на балласт 0,15- 0,3 МПа. По мере углубления давление от шпалы распределяется на все бо? льшую площадь и на земляное полотно перелается почти равномерно, примерно 0,08 МПа.

Рельсы служат для восприятия давления от колес подвижного состава и передачи этого давления рельсовым опорам; для направления движения колес и создания поверхности с наименьшим сопротивлением их качению. На участках с автоблокировкой рельсы служат проводниками сигнального тока, а на участках с электрической тягой — проводниками обратного тягового тока.

Рельсы должны быть прочными, долговечными и надежными в эксплуатации. Требования к ним противоречивы. Они должны быть жесткими, чтобы хорошо сопротивляться изгибу, и одновременно достаточно гибкими, чтобы воспринимать жесткие улары. Материал для рельсов должен быть достаточно твердым, чтобы не было смятия, и достаточно вязким, чтобы избежать изломов рельсов от ударов. Поверхность катания рельсов должна быть гладкой, чтобы сопротивление движению колес было небольшим, и в то же время шероховатой — для обеспечения достаточной силы сцепления между рельсами и движущими колесами локомотивов.

В настоящее время повсеместно применяют широкоподошвенные рельсы. Они в связи с преобладанием вертикальных нагрузок имеют форму двутавра и состоят из трех основных частей: головки, шейки и подошвы (рис. 7.5). Головка рельса работает в особенно сложных условиях: кроме восприятия изгиба она работает также на смятие и истирание. Малая площадь контакта колес подвижного состава с поверхностью головки приводит к концентрации в ней больших напряжений. Поэтому в головке рельса сосредоточивают значительное количество металла, обеспечивают ей высокую сопротивляемость износу и большим контактным давлениям. Для обеспечения прочности и износостойкости применяют сложные технологии производства рельс из углеродистой мартеновской стали с низким содержанием примесей, использованием поверхностной закалки и т. п.

Рис. 7.5. Основные части рельса:

а — железнодорожные рельсы для путей без верхнего покрытия; б — желобчатые (трамвайные) рельсы для путей с верхним покрытием Для повышения срока службы рельсового пути одним из эффективных методов является использование более тяжелых рельсов, которые обеспечивают высокую стабильность пути и меньшие эксплуатационные расходы.

Для соединения рельс между собой применяются рельсовые скрепления различной конструкции. Однако механические стыки не могут обеспечить безударного прохождения подвижного состава, поэтому быстро выходят из строя. Наилучшим вариантом соединения рельс является термитная сварка — создание бесстыкового пути, который обеспечивает плавное движение вагонов и повышает срок службы путей.

Для соединения путей различного направления или пересечения пути используются специальные части — такие элементы верхнего строения пути, как стрелочные переводы и крестовины.

Стрелочные переводы предназначаются для соединения двух путей разных направлений в одно (стрелки схождения) и для разветвления одного пути на два направления (стрелки разветвления). Стрелочные переводы для трамвайных путей по историческим причинам имеют разную конструкцию в разных городах, разные системы управления. Как правило, они более простые, чем стрелочные переводы для железнодорожных путей. На рис. 7.6 приведены основные типы трамвайных стрелочных переводов.

Рис. 7.6. Основные типы стрелочных переводов:

а — поворот с прямолинейного пути; б — поворот пути с ответвлением в ту же сторону; в — поворот пути в две разные стороны под различными углами (разветвление); г — симметричное разветвление пути; д — поворот с прямолинейного пути в разные стороны; е — двойной поворот с прямолинейного пути под разными углами в одну сторону.

Крестовины предназначены для пересечения путей без взаимного соединения. Конструкция крестовины позволяет реборде колеса пройти пересекаемый рельс без ударов в разрыве головки рельса.

Основное назначение подрельсовых опор заключается в восприятии вертикальных, продольных и поперечных нагрузок от рельс с сохранением постоянства ширины рельсовой колеи. Подрельсовыми опорами могут быть шпалы, блоки и плиты. Чаще всего для подрельсовых опор используют шпалы. Шпалы обычно изготавливаются из дерева и железобетона, реже из стали.

Деревянные шпалы имеют длину 2750 мм. Они должны удовлетворять требованиям ГОСТа 78−2004 «Шпалы деревянные для железных дорог широкой колеи. Технические условия». Для достижения длительного срока службы — не менее 15 лет они пропитываются в автоклавах каменноугольным маслом или антисептиками. Главными достоинствами деревянных шпал являются хорошая упругость, удобство крепления рельсов, простота изготовления и эксплуатации, хорошие диэлектрические свойства. При укладке шпал в путь на них ставят клеймо, на поверхности которого выбиты две цифры года укладки. Клеймо ставится на верхней постели шпаты на расстоянии 1,0 м от торца. Желобчатые рельсы, устанавливаемые на деревянные шпалы через каждые 2,0−2,5 м, должны скрепляться поперечными стальными стяжками.

Шпалы железобетонные изготавливаются из напряженного железобетона по ГОСТ Р 54 747−2011 «Шпалы железобетонные для железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия» и ГОСТу 21 174−75 «Шпалы железобетонные, предварительно напряженные, для трамвайных путей широкой колеи». Они должны иметь соответствующую маркировку. Широкое распространение железобетонных шпал обусловлено рядом преимуществ их перед деревянными: они позволяют сберечь ценную деловую древесину, не подвергаются гниению, выдерживают бо? льшие напряжения на сжатие, обладают бо? льшей устойчивостью против перемещений, что позволяет использовать их в бесстыковом пути, имеют большой срок службы (40−50 лет). К недостаткам железобетонных шпал следует отнести необходимость установки упругих прокладок под рельсы для уменьшения шума и вибраций из-за большой жесткости таких шпал, а также их значительную массу (более 250 кг).

По конструкции железобетонные шпалы бывают цельнобрусковые (рис. 7.7) и составные (рис. 7.8).

Рис. 7.7. Цельнобрусковая железобетонная шпала, мм.

Рис. 7.8. Составная железобетонная шпала:

1 — пружинный фиксатор болта; 2 — болт, 3 — фиксирующая пластина; 4 — подошва рельса; 5 — пластиковый дюбель; 6 — стяжка; 7 — рельс; 8 — железобетонная шпала; 9 — арматура Плотность укладки шпал (от 1440 до 2000 на 1 км пути) зависит от интенсивности и скорости движения подвижного состава по рельсовому пути, а также от осевых нагрузок.

Шпалы укладываются на балласт, который затем уплотняется, а в ряде случаев — для повышения долговечности и устойчивости пути — укладываются на монолитное железобетонное основание.

В ряде конструкций рельсы могут крепиться непосредственно на монолитное основание без шпал. Это решение используется в центральной части городов, где разрешается автомобильное движение по трамвайным путям или на совмещенных выделенных полосах для автобусного и трамвайного движения.

В некоторых вариантах конструкции подрельсового основания применяются сборные железобетонные элементы, но они менее надежны из-за потери устойчивости в процессе эксплуатации.