Железнодорожный путь, инженерные сооружения

 

Железнодорожный путь – комплекс инженерных сооружений и устройств, образующих дорогу с направляющей рельсовой колеей для движения подвижного состава. Железнодорожный путь состоит из верхнего строения пути (рельсовая колея), земляного полотна с укрепительными устройствами и сооружениями, а также искусственных сооружений (выемки, насыпи, мосты, тоннели), оборудуется специальными путевыми и сигнальными знаками.

Важнейший параметр рельсовой колеи ее ширина (измеряется по внутренним граням головок рельсов). Ширина колеи явилась результатом исторического процесса развития колейных дорог. Сначала она была приспособлена к ширине колеи деревянных конных дорог, по которым двигались уличные экипажи. Первая железная дорога Стоктон – Дарлингтон имела ширину колеи 1372 мм, там пассажирские вагоны следовали за конной тягой. При конструировании нового типа паровоза для удобного размещения парового цилиндра Стефенсон расширил колею, и на магистрали Ливерпуль – Манчестер он применил ширину колеи 1435 мм. Такая колея получила название "стефенсоновской" и широко распространилась в Европе и США, так как паровозы Стефенсона, строившиеся на его заводе, покупали многие страны. Это была не единственная колея. Железные дороги в Англии, Германии, США имели ширину колеи 1600, 1676, 1880, даже 2135 мм.

По мере развития железнодорожного строительства встал вопрос о создании единой сети железных дорог стран, затем и континентов. Вопрос о ширине колеи решался на государственном уровне. В Англии в 1846 г. специальная парламентская комиссия приняла ширину колеи 1435 мм, т.к. уже более 80% железных дорог страны имели "стефенсоновскую" колею. В США решением Конгресса (1886 г.), была выбрана единая ширина колеи 1435 мм. На Европейском континенте в результате межгосударственных соглашений основной стала "стефенсоновская” колея. В целом 75% железных дорог в мире имеют «стефенсоновскую» или как ее называют «нормальную широкую» железнодорожную колею.

Железные дороги шириной колеи более 1435 мм называют ширококолейными. Таких дорог в мире –более 11%, в т. ч. и в России. Первая железная дорога С.-Петербург – Царское Село была построена с шириной колеи 1829 мм. Магистраль С.-Петербург – Москва имела ширину колеи 1524 мм, которая была общегосударственной на сети российских железных дорог; с 70-х годов XX века ширина колеи СССР стала 1520 мм.

Железные дороги с колеей менее 1435 мм называют узкоколейными. Всего в мире 14% с узкой колеей. Такие дороги строятся в Африке, на юго-востоке Азии, в Латинской Америке, в нашей стране – в основном на путях промышленного транспорта.

Верхнее строение пути рельсы, рельсовые скрепления, соединяющие рельсы между собой и основанием, шпалы, балластный слой. Все эти элементы инженерного сооружения взаимосвязаны: изменения в условиях работы одного из них отражаются на остальных элементах.

Рельсы (англ. rails, множеств. число от rail–рельс, от латинского regula–прямая палка, брусок, планка) являются наиболее ответственным элементом верхнего строения пути. Первые металлические рельсы были изготовлены в Великобритании в 1767 г. В России чугунные рельсы были применены в 1788 г. для рудничных и заводских путей на пушечном заводе в Петрозаводске. Со второй половины XIX века начали распространяться катаные стальные рельсы (в России, изготавливались на Путиловском заводе в Петербурге).

При строительстве первых железных дорог применялся различный профиль рельсов: грибовидный, рыбообразный, английский двухголовый, корытообразный и др. Распространение получили две конструкции рельсов – двухголовый и широкоподошвенный. Русские инженеры выбрали широкоподошвенный рельс, на линии С.-Петербург – Москва были уложены такие рельсы, изготовленные на Людиновском заводе. Впоследствии этот профиль рельса распространился по всем железным дорогам мира.

При строительстве железных дорог шло увеличение массы рельса: с 20 – 24 до 75–77 кг/м. Рельсы соединяются со шпалами промежуточными скреплениями с помощью костылей или шурупов. В США, Канаде, СНГ и других странах это – костыльное соединение. В Западной Европе – шурупное прикрепление рельса к шпале. Новым во 2-й половине ХХ века явился переход к промежуточным скреплениям пружинного типа.

Шпалы (от голланд. spalk – подпорка) мало изменили свою форму, с начала строительства железных дорог были деревянными. На большинстве первых железных дорог укладывали непропитанные шпалы (срок службы – 8-12 лет). В России при строительстве дороги С.-Петербург – Москва шпалы пропитывали под давлением. В настоящее время на всех дорогах мира в путь укладываются деревянные шпалы, пропитанные антисептиком, что повышает срок их службы в 2 раза. За рубежом применяются шпалы из деревьев твердых пород (дуб, бук), на отечественных железных дорогах – шпалы из древесины хвойных пород (в основном сосна). С 1950-х гг. в Европе и Азии широкое применение получили железобетонные шпалы, срок их службы достигает 50 – 60 лет.

Важным элементом конструкции железнодорожного пути является стрелочный перевод, позволяющий подвижному составу перемещаться с одного пути на другой при пересечении и соединении путей. На многих линиях за рубежом и на первых русских дорогах укладывали стрелочные переводы с подвижными рельсами. С сер. XIX века появились остряковые стрелки с двумя подвижными остряками – прототипы современных стрелок. Совершенствование стрелки проходило в направлении улучшения конструкции остряков, их прикрепления в корне, изготовления их из высококачественной стали, применения методов термообработки.

Инженерные сооружения на железных дорогах . В условиях сложного рельефа местности через водные преграды строятся мосты и другие искусственные сооружения мостового типа. Они обеспечивают надземное расположение пути в месте пересечения ими глубоких понижений земной поверхности и других препятствий. При пересечении железнодорожных путей с другой дорогой строят путепроводы и эстакады, над оврагами и ущельями – виадуки. Основными элементами железнодорожных мостов являются: пролетные строения с мостовым полотном под железнодорожный путь, мостовые опоры, опорные части моста.

На первой в мире Стоктон-Дарлингтонской железной дороге (1825 г.) наряду с другими искусственными сооружениями был возведен железнодорожный мост. В начальный период в основном строились деревянные мосты, в элементах которых применялись мостовые фермы Тауна. В 1835 г. американский инженер В. Гау предложил решетчатые фермы, в которые вместо деревянных стоек были включены металлические тяжи. Мостовые фермы Гау были использованы при строительстве моста в США в 1840 г., затем в других странах, в том числе в России. При строительстве мостов на магистрали Петербург–Москва российский инженер Д.И. Журавский использовал деревянные фермы Гау, усовершенствовав их (ферма Гау-Журавского), создал теорию расчета мостов. При прокладке Петербург-Московской железной дороги были построены 184 моста, 19 путепроводов. Все крупные мосты через реки Волхов, Мсту, Волгу, Тверцу были спроектированы и построены Д.И. Журавским.

С середины XIX века в странах Европы, в том числе России, больших масштабов достигло строительство каменных мостов. Они отличались оригинальными инженерными решениями и изящным архитектурным исполнением, например арочный каменный мост на Владикавказской железной дороге в России.

В конце ХIХ – начале XX веков наибольшее распространение получили бетонные, железобетонные, стальные мосты. На Транссибирской магистрали было построено более 3000 металлических мостов (из них 63 больших). К ряду уникальных относят мост через Обь (длиной 820 метров – 1897 г., проект Н.А. Белелюбского), мост через Енисей у Красноярска (длиной 934 метров – 1899 г., проект Л.Д. Проскурякова. Уникальным стал мост через Амур в Хабаровске (1916 г.), построенный по проекту Л.Д. Проскурякова – 18 сквозных пролетных строений длиной по 127 м, с 240-метровой эстакадой по проекту Г.П. Передерия (общая длина 2568 м).

В XX веке достижениями в отечественном мостостроении стали 2-х ярусный металлический мост Днепрогэса через Днепр у Запорожья (1932 г.). Железобетонный мост через Оку в г. Горьком (Нижнем Новгороде) – 1961 г., перекрывает русло реки 4-мя пролетами по 150 м. В 1974 – 89 гг. на Байкало-Амурской магистрали было построено более 370 больших и средних мостов, из них более 200 мостов в районах вечной мерзлоты.

 С 1950-х гг. строятся совмещенные мосты – под железнодорожное и автомобильное движение. Крупнейшим в мире является мостовой переход между 5-ю островами в Японии, построенный в 1988 г., длиной около 10 км. В состав перехода входят висячие мосты с максимальным пролетом 1100 м, винтовые мосты с пролетом 420 м и несколько эстакад. Все сооружения имеют два яруса: верхний – под 4 полосы автотранспорта, нижний – под 2 железнодорожных пути.

Железнодорожные тоннели по расположению на трассе различают: горные, равнинные, подводные. Составной частью тоннелестроения является метростроение.

Первый горный железнодорожный тоннель был построен в Англии в 1826–30 гг. на линии Ливерпуль – Манчестер (длина 1190 м). Открытие в 1860–70-е гг. взрывчатых веществ дало толчок строительству горных ж.-д. тоннелей значительной протяженности. Наибольшую длину имеют сооруженные в конце ХIХ – нач. XX веков однопутные ж.-д. тоннели в Альпах Симплонский (19700 м), Сен-Гатардский (14984 м), Мон-Сенисский (12850 м), а также Большой Аппенинский (18510 м). К числу крупнейших ж.-д. тоннелей в США относится 2-хпутный Моффатский тоннель (9920 м).

Совершенствовалась техника строительства тоннелей. В 1818 г. при строительстве тоннеля под р. Темзой был применен проходческий щит, положивший начало способу щитовой проходки тоннелей в сложных геологических условиях. С 1886 г. начали использовать сжатый воздух для проходки в неустойчивых водонасыщенных грунтах. Для строительства подводных тоннелей был разработан способ опускных секций– первый такой тоннель был построен в США в 1910 г. Одновременно в горных породах нашли применение механизированные проходческие щиты и тоннелепроходческие машины.

В России первые ж.-д. тоннели – Ковенский (1278 м) и Виленский (427 м) были построены в 1859–62 гг. на Петербург-Варшавской железной дороге. Затем были сооружены ж.-д. тоннели в горных районах Крыма, Урала, Кавказа, Сибири, Дальнего Востока. Большое число тоннелей построено при прокладке Транссибирской магистрали в Восточных Саянах, вдоль берега Байкала. На Кругобайкальской железной дороге было построено 39 2-х путных тоннелей длиной 7300 м. В 1890 г завершили строительство самого крупного в России 2-хпутного Сурамского тоннеля (3998 м) на Кавказе.

В ХХ веке в 40-е – 50-е годы были построены тоннели на Армавир-Туапсинской, Черноморской железных дорогах, на линии Абакан – Тайшет (5 тоннелей общей длиной 8640 м). На БАМе было сооружено 9 ж.-д. тоннелей, в т. ч. 2 наиболее протяженных – Северо-Муйский (15,3 км) и Байкальский (6,7 км). В СССР были построены лучшие как по архитектурно-техническим, так и эксплуатационным качествам метрополитены.

Существенного размаха получило строительство подводных тоннелей. В 1988 г. был сооружен самый длинный в мире тоннель Сейкан между островами Хонсю и Хоккайдо под проливом Цугару в Японии – общая длина 54,84 км, из них 23 км проложены непосредственно под проливом. В 1994 г. было открыто движение в «Евротоннеле» под проливом Ла-Манш в Европе – около 50 км.

Механизация путевых работ

Для сооружения верхнего строения пути при строительстве и реконструкции железных дорог, а также для выполнения всех работ при их текущем содержании и ремонте применяются путевые машины.

Первые путевые машины начали использоваться в XVIII в., в России – при строительстве и обслуживании первых рудничных рельсовых дорог. Развитие механизации путевых работ началось с организации снегоборьбы и контроля за состоянием рельсовой колеи. В 1834 г. на Нижнетагильской чугунной дороге Е. и М. Черепановы впервые механизировали очистку пути от снега, использовав плуг с конной тягой. С конца 1840-х гг. на железной дороге Петербург – Москва для этого использовали паровоз, оборудованный плугом. В 1879 г. был построен первый таранный снегоочиститель для борьбы с глубокими заносами. В 1880 г. на Закаспийской железной дороге были механизированы путеукладочные работы. В 1887 г. русский инженер И.Н. Ливчак создал вагон-путеизмеритель с механической записью состояния пути. В 1930-е гг. на отечественных дорогах были созданы первые балластеры, путевые струги, снегоуборочные машины, путеукладчики на железнодорожном ходу. В 1940–1950-е гг. был спроектирован ряд новых машин: путеукладчик на тракторном ходу, электробалластер, хоппер-дозатор, щебнеочистительная машина. Большинство путевых машин могут использоваться как при строительстве новых железных дорог, так и во время их ремонта и текущего содержания.

Различают автономные путевые машины, имеющие энергетическую базу, к которой подключаются все двигатели машины (путеукладчик, дрезина, шпалоподбивочная машина и др.), и неавтономные путевые машины, у которых электрическая энергия или энергия сжатого воздуха поступает к рабочим органам машины от локомотива (роторный снегоочиститель, щебнеочистительная машина, путевой струг и др.). Большинство путевых машин имеют железнодорожный ход, внедрен также комбинированный пневмоколесный ход, когда машина снабжена роликами, которые поднимаются при движении по автомобильной дороге и опускаются при перемещении машины по рельсам.

Для обеспечения строительных и ремонтных участков материалами и инструментами, доставки рабочих к месту работ служат транспортные и погрузо-разгрузочные средства: саморазгружающиеся и специализированные вагоны, дрезины, хоппер-дозаторы.

 

Дата: 2019-02-19, просмотров: 20.