Ледяные и свайно-ледяные железнодорожные переправы через реки и водохранилища как средство краткосрочного восстановления могут существовать только в условиях достаточно суровой зимы с устойчивыми отрицательными температурами воздуха, когда на водоемах и водотоках образуется прочный, толстый и устойчивый ледяной покров; зимой не наблюдается подвижек и перемещений льда и значительных изменений уровня воды.
Устройство зимних переправ для железнодорожного движения началось давно и получило у нас широкое распространение вследствие благоприятных климатических условий. Зимние железнодорожные переправы устраивались как в мирное, так и в военное время. Ледяные переправы функционировали через р. Волга у Свияжска (с 1892 по 1913 год), у Саратова (1895 г.), у Ярославля (1903 г.), через озеро Байкал (во время русско-японской войны в 1904 г.) через р. Северная Двина у Архангельска и р. Амур у Комсомольска-на-Амуре.
Как средство для восстановления железнодорожного движения, прерванного в результате разрушения железнодорожного моста, широкое распространение ледяные переправы получили в годы гражданской воины. Таковы, например, переправы через реки Волга у Сызрани, Кама у Перми, Иртыш у Омска и др. Применялись зимние переправы и во время Великой Отечественной войны (через р. Нева у Петропавловской крепости).
Опыт устройства таких переправ показывает, что они в определенных условиях являются вполне надежным средством краткосрочного восстановления железнодорожного движения.
Ледяная переправа состоит из подходов, соединяющих ее с железной дорогой, береговых станций и самой переправы. Последняя по конструкции разделяется на четыре характерные части: береговая, прибрежная, сопрягающая (рисунок 8.26) и речная.
Подходы проектируются по облегченным нормам с максимальными допустимыми уклонами и минимальными радиусами кривых. Выбор трассы подходов может диктоваться необходимостью максимального сокращения объема земляных работ.
Береговая часть представляет собой часть подхода (насыпь, выемку, эстакаду), заканчивающуюся с речной стороны устоем.
Часто насыпи на подходах заменяют рамными эстакадами, клетками, выемки образуют с помощью взрывных работ.
Прибрежная часть (переходной участок) располагается в зоне с уменьшенной грузоподъемностью ледяного покрова. Необходимость в ее устройстве вызывается прежде всего тем, что лед у берегов и на мелководье имеет меньшую прочность и толщину, чем в удалении от берега, а при эксплуатации переправы разрушается подледной волной, идущей подо льдом впереди поезда. Поэтому прибрежная часть сооружается в виде эстакад на сваях или ряжах, передающих нагрузку на дно водоема, и выдвигается в реку или озеро до места, где глубина воды подо льдом не менее 1 м при самом низком уровне воды и максимальной толщине льда.
Сопрягающая часть устраивается на льду. Она служит для соединения прибрежной и речной частей и компенсации изменений уровня воды в реке. В сопрягающей части применяются усиленные прогоны, которые вследствие повышенной жесткости распределяют давление от нагрузки при входе ее на лед на большей длине. Расстояние между поперечинами, поддерживающими прогоны, должно быть не менее 0,5 м.
Уклон пути на переходном участке (прибрежная и сопрягающая части) меняется в процессе работы переправы, что вызывается постепенным падением уровня воды в реке в течение зимы. Падение уровня за время работы ледяной переправы от наивысшего значения до наинизшего является обслуживаемой амплитудой уровней, которая, например, для р. Северная Двина составляет 1 м, для р. Обь - 1,7 м, для р. Амур - 3,5 м.
Обеспечение требуемого уклона достигается применением на сопрягающей части шпальных клеток переменной высоты и клиньев, забиваемых между ними и прогонами. При значительном изменении уровня ледяного покрова этой меры недостаточно и приходится выравнивать отметки за счет изменения уклона на эстакаде прибрежной части. Для этого либо срезают сваи (при понижении уровня), либо поднимают путь на эстакаде с помощью шпальных клеток, укладываемых на насадки свай. Работы производят при закрытом движении.
Рисунок 8.26 - Прибрежная и сопрягающая части ледяной переправы:
а - прибрежная часть на ряжах; б - прибрежная часть на сваях при горизонтальном пути; в - прибрежная часть при уклоне на прибрежной и сопрягающей частях; 1 - лед; 2 - насадка диаметром 28 см; 3 - прогоны;
4 - дополнительные (усиливающие) прогоны
Длину переходного участка l с изменяемым уклоном определяют по формуле
,
где ∆ - обслуживаемая амплитуда уровней;
h - превышение берегового пути над путем на льду в начальный момент работы переправы при расчетном уровне высокой воды;
i - принятый наибольший уклон пути переходного участка (десятичная дробь);
15 - примерная длина (в метрах) участка с постоянным уклоном i , сопрягающего пролетные строения переходного участка с участком на льду.
Рисунок 8.27 - Переходные участки ледяной переправы:
а - стационарного типа: б - разборного типа; в - комбинированного типа;
1 - пролетное строение на подъемных опорах; 2 - участок с постоянным уклоном для сопряжения пролетных строений с путем на льду;
3 и 4 - уровень подошвы рельсов соответственно при расчетных уровнях высокой и низкой воды; 5 - лед
Прибрежная и сопрягающая части (переходной участок) в зависимости от местных условий могут устраиваться по трем схемам (рисунок 8.27): стационарного типа на свайных или ряжевых опорах; разборного типа из клеток, возводимых непосредственно на ледяном покрове; комбинированного типа.
Речная часть может быть устроена путем пришивки рельсов к лежням из бревен диаметром 22 - 26 см, длиной 6,5 м, непосредственно уложенным на лед (рисунок 8.28, тип I), или путем пришивки рельсов к обычным шпалам, уложенным на прогонах диаметром 27 - 32 см, опирающихся на лежни (тип II). Тип II обеспечивает лучшее распределение давления поездной нагрузки и перекрытие трещин во льду.
Для полного соприкасания со льдом лежни подбивают по всей длине мелкими кусками льда и снегом с последующей заливкой водой.
Все деревянные элементы скрепляют между собой скобами, штырями, корабельными гвоздями и частично болтами (для прогонов). Стыки прогонов устраивают в полдерева или в переплет.
Возможность пропуска подвижного состава по ледяной переправе определяется грузоподъемностью ледяного покрова, которая зависит не только от толщины льда, но и от его структуры и температуры, от формы, размеров и жесткости конструкции, распределяющей нагрузку, от продолжительности воздействия нагрузки.
Рисунок 8.28 - Конструкция железнодорожного пути на льду:
а - тип I; б - тип II; 1 - лед; 2 - шпала; 3 - прогон; 4 - лежень
Лед имеет кристаллическое строение и отличается резко выраженной анизотропностью, т. е, свойства его неоднородны в различных направлениях. Кроме того, они в значительной степени связаны с химическим составом воды, условиями ледостава и льдообразования, температурой воздуха и льда в день наблюдения и в течение нескольких предыдущих дней.
Временное сопротивление на изгиб прозрачного пресного льда при температуре воздуха от 0 до минус 20°С меняется в пределах 10 - 26 Н/см2, а мутного льда - в пределах 7 - 18 Н/см2.
Модуль упругости прозрачного льда при температуре ниже минус 20°С составляет в среднем 55 Н/см2.
Коэффициент линейного расширения (сжатия) льда при температуре от 0 до минус 20°С составляет 0,000055, что почти в 5 раз больше, чем у железа. Такой большой коэффициент линейного расширения является причиной образования температурных трещин в ледяном покрове, что усугубляется расчисткой льда от снега.
При неподвижной нагрузке на ледяном покрове его деформации носят пластический характер. При медленном движении нагрузки со скоростью 10 - 20 км/ч деформации остаются упругими, но при более быстром движении нагрузки развиваются колебания ледяного покрова, которые могут его разрушить. Поэтому скорость движения на речной части ледяной переправы должна находиться в пределах 10 - 20 км/ч. Стоянка подвижного состава на льду не допускается.
Железнодорожный подвижной состав по переправе передается одиночными вагонами или сцепами, поэтому ледяные переправы имеют весьма ограниченную пропускную способность (250 - 300 вагонов в сутки).
Минимальная толщина льда ледяной переправы определена опытным путем и составляет при движении:
одиночных порожних грузовых вагонов и платформ – 20 - 25 см;
одиночных груженых вагонов грузоподъемностью 20 т - 36 см;
грузоподъемностью 60 т - 60 см;
паровоза серии Ов - 130 см.
Зависимость между толщиной льда и массой перемещаемых грузов определяется по формуле
,
где h - толщина льда;
k 1 - коэффициент, зависящий от прозрачности льда (для прозрачного льда k 1 = 8, для мутного - k 1 =10);
k 2 - коэффициент, зависящий от характера нагрузки (для подвижной нагрузки k 2 = 1, для стационарной - k 2 = 1,5);
Q - масса груза.
Постройка ледяных переправ начинается часто при толщине льда, недостаточной для пропуска железнодорожных нагрузок. Поэтому для определения срока открытия движения бывает необходимо знать, когда толщина льда достигнет нужных размеров, т. е. составить прогноз нарастания толщины льда.
Для определения скорости нарастания льда в естественных условиях под снежным покровом можно пользоваться следующими формулами:
для рек с медленным течением:
;
для рек с быстрым течением:
,
где h - толщина образовавшегося за расчетный период льда;
Σt - сумма отрицательных среднесуточных температур воздуха за расчетный период.
Интенсивность нарастания толщины льда, расчищенного от снежного покрова, на 20 - 40% больше, чем при наличии естественного снежного покрова.
Искусственное намораживание льда допускается лишь в первой половине зимы. Толщина намороженного слоя не должна превышать 0,5 начальной толщины прозрачного льда. При достижении такой толщины намороженного льда начинается подтаивание основного льда снизу и вместо усиления происходит ослабление ледяного покрова.
Место переправы выбирают так, чтобы на ее трассе отсутствовали полыньи, выходы грунтовых вод. Трасса речной части переправы не должна пересекать островов, отмелей. При наличии полыньи трассу ледяной переправы располагают не ближе 50 м от ее границы (границей полыньи принято считать то место, где толщина льда составляет 50% толщины естественного льда на переправе). Желательно, чтобы длина пути на льду была минимальной, и путь не имел кривых.
При устройстве нескольких путей на льду расстояние между их осями должно быть не менее 100 м и не менее 120 δ, где δ - наибольшая расчетная толщина льда.
Поскольку подвижной состав передается не поездами, а лишь отдельными вагонами и сцепами, то для переформирования поездов перед переправой и после нее на обоих берегах устраивают станции с количеством путей на каждой не менее трех. Станции предпочтительно располагать на площадках или уклонах не более 2,5‰ и по возможности ближе к урезу воды для сокращения маневров.
Передача вагонов может осуществляться путем использования сил инерции подвижного состава (горочная передача) или тягой мотовозов, автомобилей, тракторов, а также канатной тягой с лебедками (при ширине зеркала льда не более 200 м).
При тяговых расчетах приближенно принимается, что сопротивление движению вагона на горизонтальном участке составляет 500 - 750 Н. На подъеме i добавочное сопротивление равно Q ∙ i , где Q - вес вагона.
Постройку переправы (пути на льду) можно начинать при толщине ледяного покрова не менее 20 см, при которой допускается расчистка снега бульдозерами.
В пределах полосы шириной не менее 20 м в каждую сторону от оси пути должна быть произведена очистка льда от снега уступами (рисунок 8.29) во избежание появления сквозных продольных трещин у края расчищенной полосы, могущих возникнуть вследствие изменения температурного режима ледового покрова. Элементы проезжей части и верхнего строения пути развозят на автомобилях и раскладывают с помощью автомобильных кранов.
Рисунок 8.29 - Схема расчистки льда от снега у ледяной железнодорожной переправы
Для сокращения сроков постройки переправы большое значение имеет создание широкого фронта работ с равномерным распределением рабочей силы по длине переправы.
В процессе строительства и эксплуатации систематически измеряют уровень воды и толщину льда, скалывают лед у опор эстакады расчищают снег, рихтуют путь, подбивают и подмораживают лежни, отставшие ото льда. Производят и другие работы, связанные с поддержанием переправы в полной исправности.
Перед сдачей в эксплуатацию проводят испытание ледяной переправы имеющее целью проверку опытным путем допускаемой грузоподъемности ледяного покрова. Для этого по переправе пропускают пробную нагрузку, которая вначале составляет 50% нагрузки, установленной проектом, и которая постепенно увеличивается до 100%.
При эксплуатации переправы особенно тщательно должны вестись наблюдения за образованием трещин у проезжей части и в пределах всей расчищенной от снега полосы. При появлении поперечных трещин под верхним строением пути, особенно мокрых (с выступающей водой), их перекрывают прогонами и замораживают, для чего их заполняют ледяной крошкой и заливают водой.
Продольные неширокие (до 7 см) сухие трещины не представляют опасности для движения. При появлении сквозных продольных трещин длиной более 3 м, заполненных водой, необходимо уменьшить массу передаваемых единиц или даже временно прекратить движение по переправе.
Наиболее опасным является наличие на переправе пересекающихся сквозных трещин, которые разбивают ледяной покров на небольшие по площади участки малой грузоподъемности.
Темп сооружения речной части переправы может составлять 70 - 150 м и более в сутки.
Для обслуживания переправы требуется в зависимости от ее длины до 300 человек.
Свайно-ледяная переправа отличается от ледяной тем, что вертикальная нагрузка у нее передается не на лед, а на грунт; таким образом, она представляет собой балочный мост упрощенной конструкции с пролетами, как правило, около 2 м. Сваи забивают в грунт на глубину не менее 2 м через проделанные во льду лунки. При грунте, не допускающем забивки свай, последние могут быть заменены стойками, опертыми на дно реки. Ледяной покров служит связью между сваями и повышает устойчивость опор и поперечную жесткость всего сооружения.
При высоте надо льдом до 1,5 м конструкция эстакады выполняется по типу, приведенному на рисунок 8.30, а, а при больших высотах так, как показано на рисунок 8.30, б.
Устойчивость эстакаде придает плотное соприкасание свай со льдом, что обеспечивается клиньями, забитыми с четырех сторон каждой сваи. В высокой эстакаде боковые подкосы опираются через клинья на продольные лежни на льду. Возможна конструкция с применением подкосных свай (рисунок 8.30, в).
Сооружение свайно-ледяной переправы состоит из постройки подходов, работ на льду, постройки эксплуатационных сооружений.
Подходы к переправе сооружают по облегченным техническим условиям, таким же, как и для низководных мостов на обходах.
Работы на льду состоят из расчистки льда от снега, устройства лунок, забивки свай и устройства эстакады.
Эксплуатационные сооружения на свайно-ледяной переправе такие же, как и на больших мостах. Так как поезда по ней пропускаются без переформирования, устройства береговых станций не требуется.
Работы по сооружению свайно-ледяной переправы следует вести развернутым фронтом по параллельному графику, как и при постройке ледяной переправы.
При эксплуатации переправы необходим надзор за ее состоянием и выполнение работ по предупреждению и устранению неисправностей и обеспечение бесперебойного и безопасного движения поездов, что находится в прямой зависимости от состояния реки и ледяного покрова.
Большую опасность для свайно-ледяной переправы представляет повышение уровня льда, которое может вызвать выдергивание из грунта свай, смерзшихся с ледяным покровом. При подъеме уровня воды в течение суток более чем на 10 см необходимо закрыть движение, расклинить все подкосы и сколоть лед у свай. По прекращении подъема воды подкосы подклинивают, лунки вокруг свай заполняют льдом и замораживают. Однако существенный подъем воды наблюдается обычно только при весеннем таянии снега, когда работа переправы уже должна подходить к концу.
При спаде воды лед зависает на сваях, нагружает их и вдавливает в грунт. Расклинивание свай в лунках облегчает соскальзывание льда со свай при его опускании. Эти явления не влекут, как правило, опасных последствий, но требуют постоянной выправки пути.
Самую большую опасность представляет горизонтальная подвижка льда вследствие подъема воды или ветра. Наблюдения за этим явлением должны быть систематическими и весьма тщательными. Для обнаружения горизонтальных подвижек льда на расстоянии 8 - 10 м от эстакады вмораживают в лед вешки через 50 м одну от другой, вынося створ на берег. Наблюдения за створом вех производят через каждые 4 ч в светлое время суток. При небольших подвижках льда для предохранения эстакады от его навала лед у свай скалывают и увеличивают размеры лунок.
При обнаружении подвижек льда движение на переправе закрывают.
Необходимы также надзор за размывом русла и осадкой свай и принятие мер против последствий этих явлений. За состоянием русла реки наблюдают, и не менее двух раз в сутки в пределах главного русла около каждой пятой опоры производят замеры с помощью мерного шеста с делениями.
Скорость поездов на переправе не должна превышать 15 км/ч.
Рисунок 8.30 – Свайно-ледяная переправа:
а – опоры низкой эстакады; б – опоры высокой эстакады с опиранием боковых подкосов в продольные лежни на льду; в – эстакада с подкосными сваями; 1 – клин; 2 - лёд
Обслуживающая команда переправы назначается в количестве 10 - 15 человек. Для крупных ремонтных работ потребность в рабочей силе определяется характером и объемом этих работ.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 1553.
