Железнодорожные коммуникации и их устройство
|
Характерные для глубоких карьеров высокие осевые нагрузки подвижного состава, большие уклоны, многочисленные кривые участки с малыми радиусами, значительные грузонапряженности железнодорожных путей являются главными факторами, определяющими конструкцию верхнего строения пути. Несоответствие прочности верхнего строения воздействующим нагрузкам приводит к быстрому выходу из строя отдельных его элементов; большие осевые нагрузки в сочетании с высокой грузонапряженностью способствуют интенсивному накоплению в пути остаточных деформаций; кривых малых радиусов происходит ускоренный боковой износ рельсов и самопроизвольное уширение колеи; на уклонах 60—80 ‰ появляются большие продольные силы, вызывающие угон пути. Успешное предупреждение перечисленных вредных последствий достигается правильным выбором конструкции железнодорожного пути. Тип рельса является важнейшей характеристикой верхнего строения пути. Он выбирается в зависимости от грузонапряженности пути и осевой нагрузки подвижного состава. Для постоянных путей при грузонапряженности до 40 млн. т*км/км брутто в год и осевых нагрузках 300—350 кН применяют рельсы Р65. Для путей с большей грузоподъемностью — рельсы Р75. Если грузонапряженность менее 25 млн. т*км/км и осевые нагрузки меньше 300 кН, то наряду с рельсами Р65 используют и рельсы Р50. Рельсы, как правило, имеют длину 12,5 и 25 м; на протяженных прямых участках возможно сооружение бесстыкового пути из сварных плетей длиной до 400—800 м. На кривых участках пути укладываются объемнозакаленные рельсы, которые изнашиваются в 1,5—2,0 раза медленнее обычных. Наиболее распространенными подрельсовыми основаниями являются деревянные и железобетонные шпалы. Для железнодорожных путей глубоких карьеров используют как железобетонные, так и деревянные шпалы, которые экономичнее железобетонных для участков с небольшой грузонапряженностью (менее 10 млн. т*км/км брутто в год) и сроком службы менее 10—15 лет. Деревянным шпалам присущи такие ценные качества, как упругость, диэлектричность, небольшая масса, простота установки с помощью шурупных и костыльных прикрепителей. Эти шпалы легко изготовить, их можно сравнительно легко заменить на другой тип; они обеспечивают достаточное сопротивление сдвигу в балласте. Главный недостаток деревянных шпал — малый срок службы — устраняется их пропиткой антисептиками, предохраняющими от загнивания. При правильном текущем обслуживании деревянные шпалы успешно эксплуатируются в глубоких карьерах на участках обращения подвижного состава с осевыми нагрузками 300—350 кН без интенсивного механического разрушения. В этом случае срок службы шпал определяется их способностью противостоять гниению. Непропитанные шпалы загнивают через три-четыре года, пропитанные хлористым цинком служат в карьерах пять-семь лет, а пропитанные креозотом — восемь-девять лет. Применяемые на деревянных шпалах промежуточные костыльные скрепления не вполне соответствуют условиям работы железнодорожного пути в глубоких карьерах. Основными преимуществами таких скреплений являются их простота и сравнительно небольшая масса. К недостаткам относятся неплотное прилегание к шпалам подкладок, что способствует их вибрации и повышенному механическому износу шпал, а также низкая сопротивляемость угону. Дополнительная установка противоугонов частично устраняет последний недостаток, но не вполне экономична (увеличивается расход материала, за противоугонами требуется постоянный уход). Промежуточные костыльные скрепления смешанного типа в комплекте с пружинами противоугонами рекомендуются только для путей с уклонами не более 40 %о, костыльные нераздельные скрепления не применяются. Для путей с уклонами 60—80 %о на деревянных шпалах применяют шурупные раздельные скрепления типа КД и им подобные по противоугонным характеристикам. Кроме того, шурупные скрепления значительно меньше разрушают древесину шпал подкладками. Менее жесткий путь на деревянных шпалах (по сравнению с железобетонными) при взаимодействии с ходовыми частями подвижного состава способствует смягчению динамических нагрузок, особенно в зоне рельсовых стыков, а следовательно, и удлинению сроков службы ходовых частей.   Конструкция узла скрепления на железобетонных шпалах затрудняет, а порой и не позволяет эксплуатацию пути с железобетонными шпалами на кривых участках. Гораздо экономичнее укладка деревянных шпал на кривых радиусами менее 300—350 м; конструкция шпалы и скрепления позволяет установить любую ширину колеи. Число деревянных шпал на 1 км пути обычно равно 1840; на кривых радиусами 300 м и менее оно увеличивается до 2000—2240. В глубоких карьерах возможно применение шпал I, II и III типа, но предпочтение следует отдать шпалам I типа, использование которых не только уменьшает расход балластного материала (требуется меньшая его толщина, чем при шпалах II и III типа), но и повышает поперечную и продольную устойчивость пути; при недостаточной устойчивости шпал возможен угон не только рельсов по шпалам, но и всей рельсо-шпальной решетки по балласту. Толщина балластного слоя для шпального основания зависит от грузонапряженности пути, а также несущей способности грунтов земляного полотна. При скальных породах толщина балласта 20—25 см является достаточной для пути любой грузонапряженности. На слабых мягких породах толщина балласта увеличивается до 35—45 см. Лучшими балластными материалами являются щебень и сортированный гравий. Песок и ракушечные отложения следует употреблять преимущественно в качестве суббалласта (подстилающего слоя), создание которого приводит к экономии щебня. При выборе типа балласта учитывается наличие местных ресурсов балластных материалов. Использование железобетонных шпал на глубоких карьерах целесообразно, в первую очередь, на участках бесстыкового пути, а также главных станционных и соединительных путях звеньевого типа со сроком службы 15 лет и более и расчетной грузонапряженностью 10 млн. т*км/км брутто в год и более. При осевых нагрузках подвижного состава до 250 кН (скорость движения до 40 км/ч) и осевых нагрузках до 300 кН (скорость движения до 25 км/ч) применяют шпалы С56-2 или С-56-2М (с клиновидной средней частью), которые имеют преимущество перед первыми, так как клиновидная опора в середине снижает растягивающие напряжения в бетоне и повышает трещиностойкость шпалы. Если осевые нагрузки или скорости движения превышают указанные, то должны применяться шпалы специальной конструкции, имеющие более высокие прочностные показатели.  В Свердловском горном институте разработаны три новых вида шпал (рис. 22), которые предназначены для постоянных железнодорожных путей карьеров и рассчитаны на обращение подвижного состава с осевыми нагрузками до 400 кН при скоростях движения до 50 км/ч (табл. 27). Подрельсовые основания из железобетона выполняют в виде рам и плит, образующих непрерывные опоры. Наиболее перспективным является плитное основание, укладываемое на гравийную или щебеночную подушку и уплотненную площадку земляного полотна с улучшенными при необходимости характеристиками грунта путем обогащения цементами, синтетическими смолами и другими связующими. Важным преимуществом пути на плитном основании является то, что интенсивность засорения балласта в 1,5—2 раза меньше по сравнению со шпальным основанием. Заметно снижаются не-равноупругость по длине пути и давление на основание, которое защищено также от прямого попадания влаги. Ежегодные расходы на текущее содержание такого пути примерно в два раза меньше, чем пути с железобетонными шпалами. Дополнительные капитальные затраты окупаются через 5—6 лет. В настоящее время для карьеров разработаны железобетонные подрельсовые плиты ПЖДК-72 (рис. 23), предназначенные для подвижного состава с осевыми нагрузками до 400 кН и скоростями движения до 65 км/ч.  Плита представляет собой конструкцию из предварительно напряженного железобетона, имеет два продольных подрельсовых лотка с поперечным уклоном 1:20. В каждом лотке имеется восемь пар отверстий для раздельных скреплений типа КБ-65. Масса плиты 4,46 т. Масса каждой из шпал практически одинакова (около 250 кг), форма и размеры соответствуют шпалам С56-2. Геометрические размеры плит позволяют укладывать их на прямых и кривых участках пути с радиусами 300 м и более. На Михайловском железорудном карьере применена новая конструкция железнодорожного пути (предложение НИИКМА) (рис. 24), состоящего из рельсов, скреплений и железобетонных продольных лежней длиной 2,25 м с поперечным сечением в форме спаренных трапеций, укладываемых клиновидным основанием в балласт (рис. 25). Конструкция имеет высокую жесткость и, как следствие, сниженные в 2—3 раза вибрационные нагрузки на балласт, что позволяет рекомендовать ее для применения при мягких породах земляного полотна (табл. 28).   |
