ПОЛИМЕРНАЯ БАЛЛАСТНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ УЧАСТКОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ В ЗОНЕ ПРИМЫКАНИЯ К ИСКУССТВЕННЫМ СООРУЖЕНИЯМ

Полезная модель относится к верхнему строению железнодорожного пути, а именно к конструкции балластного слоя высокоскоростных участков переменной жесткости на подходах к искусственным сооружениям.
Из уровня техники известна конструкция балластной призмы, включающая уплотненную подушку и уложенный на нее щебеночный слой, верхняя часть которого выполнена путем заливки полимерным связующим на основе латекса (SU 633978, A1; US 3788883 A, SU 887723 А), а также балластные призмы железнодорожного пути, плечи и откосы которых включают щебеночный слой, верхняя часть которого выполнена омоноличенной полимерным связующим на основе битума (US 4267085 А; ЕР 1025312 В1).
Недостатком данных конструкций балластной призмы является недостаточные эксплуатационные свойства для организации высокоскоростного движения на данных участках, поскольку поверхностный слой обладает низкой удерживающей способностью щебня, в результате чего появляются разрушения верхнего строения пути и ходовой части железнодорожных составов.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является известная конструкция балластной призмы железнодорожного пути, которая включает щебеночный слой, верхняя часть которого выполнена путем пропитки полимерным связующим на основе полиуретана (RU 100777 U1 прототип).
Однако указанное известное решение имеет следующие технологические недостатки, проявляющиеся в уменьшении адгезии связующего к щебню, и снижает, тем самым, защитные свойства омоноличенной части щебеночного слоя в условиях присутствия на поверхности щебня влаги.
Известное решение также не позволяет обеспечить требуемые технологические и эксплуатационные характеристики для организации высокоскоростного движения в зоне примыкания железнодорожного пути к искусственному сооружению, поскольку известная конструкция балластной призмы не обеспечивает гашение вредного вибрационное воздействие от подвижного состава на данных участках, которое существенно возрастает при организации скоростного движения на данных участках, что уменьшает надежность и долговечность железнодорожного пути в зоне его примыкания к искусственному сооружению. Жесткость железнодорожного пути на подходе, уложенном на земляное полотно, значительно ниже, чем на искусственном сооружении [1], что обуславливает возникновения вибродинамического удара при заезде и съезде с искусственного сооружения. Данное динамическое воздействие приводит к накоплению расстройств пути и необратимым деформациям в зоне примыкания железнодорожного пути к искусственному сооружению. В связи с этим, переходные участки (переменной жесткости) обеспечивает не только плавность сопряжения, но и сводит до минимума деформации в зоны примыкания железнодорожного пути к искусственному сооружению. Для плавности сопряжения требуется специальное усиление переходных участков, что не обеспечивается известными решениями, поскольку реализуется равномерное поверхностное закрепление балластного слоя, не учитывающее неравномерную вибродинамическую нагрузку от подвижных транспортных средств при организации высокоскоростного движения.
Проблема переходных участков оказалась настолько значительной, что в настоящее время во многих странах ее пытаются решать самыми разнообразными способами [2]. Необходимость создания специальных переходных участков с переменной жесткостью при сопряжении с безбалластными конструкциями пути на железных дорогах ОАО «РЖД» регламентирована СТН Ц-01-95 [3]. Для переходных конструкций верхнего строения пути на сегодняшний день существует целый ряд технических решений как типовых, так и индивидуальных. Однако опыт устройства и эксплуатации подобных конструкций, показал всю сложность и дороговизну их сооружения.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является повышение надежности и долговечности железнодорожного пути, путем снижения деформаций пути от влияния вибродинамического воздействия от проходящих поездов и создания зоны повышенной стабильности на подходах к искусственным сооружениям.
Указанный технический результат достигается тем, что железнодорожный путь в зоне его примыкания к искусственному сооружению разбивается на участки с пропиткой балластного слоя полимерным связующим материалом на основе полиуретана с различным расходом на погонный метр пути с его последующим отверждением и образованием пространственной структуры различной жесткости пути. Получаемая таким образом конструкция балластной призмы на подходе к искусственному сооружению содержит переходной участок с плавно меняющейся жесткостью пути (фигура), обеспечивающий снижение вибродинамической нагрузки и подавление низкочастотных составляющих спектра колебаний железнодорожного пути при воздействии подвижного состава. Кроме того, использование связующего на основе полиуретана позволяет осуществить заполнение всех пустот в омоноличенной части щебеночного слоя плеч и откосов балластной призмы, что предотвращает аэродинамический подъем щебня воздушным потоком при организации высокоскоростного движения.
Безопасность движения поездов существенным образом зависит от конструкции переходных участков железнодорожного пути, расположенных между балластной конструкцией и искусственными сооружениями. Опыт эксплуатации железнодорожных путей, которые проложены по искусственным сооружениям и на подходе к ним, показывает, что под воздействием поездной нагрузки искусственные сооружения не деформируются. Жесткость конструкции искусственного сооружения независимо от вида его фундамента значительно превышает жесткость примыкающего к нему участка железнодорожного пути. Поэтому вертикальные перемещения шпалы на искусственном сооружении, как правило, отсутствуют, в связи с чем, и наблюдается повышенное накопление расстройств геометрии пути в зоне примыкания балластного пути к искусственному сооружению. Организация скоростного и высокоскоростного движения на таких участках, может привести к увеличению динамического воздействия на путь и разрушающим последствиям.
Осуществление полезной модели.
Глубина проникновения связующего материала в балластный слой железнодорожного пути зависит от ряда факторов, таких как: расход материала, фракционный состав и загрязнение балласта, а также вязкости связующего во время проведения работ, поэтому работы по закреплению балластного слоя на выбранном участке железнодорожного пути на подходах к искусственным сооружениям выполняются в сухой период времени, при температуре окружающего воздуха более 20°С и относительной влажности воздуха, не превышающей 50%, что обеспечивает постоянство свойств связующего материала. В этом случае глубина проникновения связующего материала зависит в основном от его расхода. Участок железнодорожного пути, представленный на фигуре, разбивается на фрагменты, работы на которых выполняются с различным расходом связующего материала на погонный метр пути (п.м.п.). В таб. 1 приведен рекомендуемый расход связующего, приходящийся на каждый фрагмент пути. В границах искусственного сооружения закрепление балластного материала железнодорожного пути не производится.
Проведенные авторами исследование с использованием двухкомпонентной полиуретановой системой «ДПС-РТ-КС-001» показали, что скрепление между собой вяжущим материалом частицы щебня создает упругую единую систему с повышенным в 2-2,5 раза модуля упругости балластной призмы. Исследование динамического воздействия подвижного состава на железнодорожный путь выполнялось вибросейсмическим методом. Анализ показал, что омоноличивание балластной призмы железнодорожного пути приводит к уменьшению средневзвешенной амплитуды виброскоростей и подавлению низкочастотных колебаний.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, представленном на фигуре, данное изображение иллюстрирует распределение связующего материала по глубине проникновения.
Предлагаемая конструкция позволяет обеспечить плавность сопряжения жесткости пути и сводит к минимуму деформации, возникающие на подходах к искусственным сооружениям, а также позволяет гасить вредное низкочастотное выбродинамическое воздействие подвижных единиц.
Источник информации
1. Замуховский, А.В., Меренченко, К.В. Экспериментальное обследование участков переменной жесткости. Мир транспорта 2013, 3, с. 74-82.
2. Отчетные материалы ОСЖД. Новые конструкции переходных участков с насыпи на мост. Р 760/4. 1-е издание. Варшава. 2005 г, 12 с.
3. СТН Ц-01-95.Строительно-технические нормы Министерства путей сообщения РФ. Железные дороги колеи 1520 мм. МПС Российской Федерации, 1995, Москва.