СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
METHOD TO REINFORCE RAILWAY TRACK

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано при реконструкции и ремонтах железнодорожного пути для условий тяжеловесного движения поездов с подвижным составом нового поколения, имеющего в 1,5-2,0 раза большую вместимость массы грузов и в 1,5-2,0 раза большую осевую и погонную нагрузку на железнодорожное полотно, а также для условий развития скоростного (до 250 км/ч) и высокоскоростного (до 350 км/ч) движения поездов. В этих условиях необходима высокая прочность подбалластного основания для высоких нагрузок и большая упругость подбалластного основания и балластного слоя для снижения величины упругих осадок рельсового пути.
Известны способы усиления железнодорожного пути [1] с использованием синтетических материалов: геотекстиля, георешеток, которые укладываются под балластной призмой в уровне основной площадки, выполняют функции разделительного слоя, который предотвращает возможность поступления мелких частиц из нижних слоев загрязненного балласта и грунтов земляного полотна в верхние чистые слои балласта.
Недостатками такого способа усиления железнодорожного пути является то, что слой геотекстиля является недостаточно прочным для армирования подбалластного основания под высокие поездные нагрузки, является пористым, пропускает воду атмосферных осадков в подстилающие глинистые грунты подбалластной зоны, что снижает их прочностное состояние, модуль деформации и не способствует уменьшению и регулированию упругих осадок рельсового пути.
Наиболее близким по своей технической сущности является выбранный в качестве прототипа способ усиления железнодорожного пути для скоростного движения поездов при его реконструкции посредством вырезки и очистки щебня на глубину не менее 40 см с укладкой геотекстиля на ширину 4,5 м с уклоном 0,04 в полевую сторону, на которой сверху размещается щебень [2].
Недостатками такого способа являются: во-первых, то, что не создается достаточно упрочненного слоя в подбалластном основании, необходимого для верхнего строения пути при высоких поездных нагрузках; во-вторых, не исключается фильтрация воды атмосферных осадков в подстилающие слои, избыточное увлажнение подстилающих глинистых грунтов, снижающее их прочностные характеристики и стабильность; в-третьих, не обеспечивается необходимая упругость грунтовой среды (по модулю деформации) для регулирования величины упругих осадок рельсового пути; в-четвертых, не обеспечивается необходимое уплотнение балластного материала (до безосадочного состояния); омоноличивание балластной призмы и стабильность пути.
Изобретением решается задача устранения отмеченных недостатков, а именно: создание достаточно прочного основания для верхнего строения пути, сплошного гидроизолирующего покрытия, предотвращающего избыточное увлажнение водами атмосферных осадков грунтовой среды и повышающего модуль деформации и упругость подбалластной зоны, уплотнение балластных материалов, омоноличивание балластной призмы и повышение прочности пути, что обеспечивает восприятие высоких нагрузок тяжеловесных поездов и регулирование величины упругих осадок железнодорожного пути при скоростном движении поездов.
Это достигается тем, что при ремонте и реконструкции железнодорожного пути, при которых производят вырезку и очистку щебня до уровня основной площадки 1 (см. фиг.1) на глубину не менее 0,4 м, согласно изобретению остающийся подстилающий неочищенный старогодный слой щебеночного балласта 2 в уровне основной площадки выравнивают, очищают пневмообдувкой, уплотняют, поливом вводят в него органическое вяжущее, например горячий битум, литой асфальт или эпоксидную смолу, или наносится асфальтобетон, которое, внедряясь в гранулы щебня, создает омоноличенный слои щебнебитумного или щебнеасфальтового упрочненного основания 3 с высоким модулем деформации для верхнего строения пути 4. По мере введения органического вяжущего в старогодный щебень сверху укладывают последовательно геотекстиль, который вместе с органическим вяжущим образует сплошное гидроизолирующее покрытие 5, предотвращающее поступление атмосферных осадков, избыточное увлажнение подстилающей грунтовой среды 6 и повышение модуля деформации и упругости подбалластной зоны. При литом асфальте покрытие его геосинтетиком не обязательно; при покрытии асфальтобетоном применяют уплотнение катком для большей степени внедрения органического материала в подстилающий старогодный щебень.
В качестве вяжущих наряду с битумом, литым асфальтом, асфальтобетоном могут применяться латекс, эпоксидные, полимерные смолы (карбамидная, акриловая) и другие.
Создание в уровне основной площадки упрочненного щебеночного слоя, в котором благодаря армированию органическим вяжущим материалом гранулы щебня работают совместно, воспринимая и распределяя вертикальную нагрузку, обеспечивает условия для повышения прочностных характеристик и стабильности балластной призмы как безосадочного основания для рельсошпальной решетки. Это достигается посредством послойной отсыпки и уплотнения балластного материала 7, выполняют отделку балластной призмы, на поверхность которой наносят органическое вяжущее, например битумную эмульсию или смолу, создающее омоноличивание балластной призмы, что способствует также предотвращению избыточного засорения балластной призмы, избыточного увлажнения атмосферными осадками и продлению межремонтных сроков. Для обеспечения поверхностного стока с балластной призмы и обочины необходимы продольные водоотводы, например лотки из композитных материалов.
Краткое описание фиг.1: 1 - основная площадка; 2 - остающийся подстилающий старогодный щебень; 3 - омоноличенный органическими вяжущими слой упрочненного основания; 4 - верхнее строение пути; 5 - сплошное гидроизолирующее покрытие с геотекстилем; 6 - грунтовая среда подбалластной зоны; 7 - послойно уплотненный балластный материал; 8 - омоноличивание органическими вяжущими балластной призмы в поверхностном слое.
Изобретение реализуется по технологии капитального ремонта пути со снятием путевой решетки. После вырезки старогоднего балласта до уровня основной площадки производят разравнивание поверхности с поперечным уклоном 0,04, пневмообдувку, уплотнение, введение органических вяжущих: горячего битума с покрытием геотекстилем или литого асфальта с интервалом на его охлаждение, или смолы, или асфальтобетона с уплотнением катком или виброплитой. Затем выполняется послойная выгрузка и уплотнение балластного материала катками, укладка рельсошпальной решетки, добавление балласта, уплотнение динамическим стабилизатором, отделка балластной призмы и омоноличивание ее органическими вяжущими, например битумной эмульсией, смолами.
Способ усиления железнодорожного пути битумно-синтетическим слоем может быть реализован без снятия путевой решетки по технологии выполнения работ в «окно» при использовании путевых машин, например РМ 150FS, которая выполняет комплекс операций по вырезке старого балласта, рыхлению поверхности в уровне основной площадки, подаче, например, битумной эмульсии, затем уплотнению и сглаживанию поверхности, укладке сверху геотекстиля и укладке очищенного щебня в балластную призму (в два слоя с уплотнением динамическим стабилизатором).
По сравнению с прототипом изобретение, наряду с функцией разделительного слоя, обеспечивает получение новых эффектов:
- создание в уровне основной площадки высокопрочного опорного слоя
с повышенными несущей способностью и модулем деформации для восприятия высоких нагрузок при тяжеловесном движении поездов;
с гидроизоляционными и гидрофобными свойствами для предупреждения избыточного увлажнения грунтовой среды подбалластной зоны и повышения ее долговременной стабильности;
- создание стабильной балластной призмы:
с послойно уплотненным балластным материалом;
с омоноличиванием поверхностных слоев балластной призмы;
с предотвращением избыточного засорения балластного материала, что снижает объемы работ по текущему содержанию пути и увеличивает межремонтные сроки;
с повышением упругости подбалластного основания и балластной призмы, что обеспечивает регулирование упругих осадок рельсового пути при скоростном движении поездов.
Опытные участки на стрелочных переводах ст. Таганрог, ст. Батайск подтверждают эксплуатационную стабильность стрелочных переводов, исключающую потребность в выправочных работах, рихтовке пути, устойчивость рельсошпальной решетки, снижение упругих осадок железнодорожного пути. При долговременной стабильности исключаются выправочные работы и средний ремонт пути, обеспечивается увеличение межремонтного срока.
Использованные источники
1. Применение геоматериалов при строительстве и реконструкции транспортных объектов / Материалы II междунар. научно-техн. конф. СПб.: ПГУПС, 2002. - 156 с.
2. Стандартные проектные решения и технологии усиления земляного полотна при подготовке полиготов сети для введения скоростного движения пассажирских поездов. Вып.I. М.: ЦП МПС, 1997. - 172 с.
3. Грицык В.И. Расчеты земляного полотна. Учеб. пособие для вузов ж.д. транспорта. М.: УМК МПС, 1998. - 520 с.