Железнодорожный путь переменной жесткости и способ его формирования
RAILWAY TRACK OF VARIABL STIFFNESS AND METHOD OF ITS FORMATION

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано при строительстве, реконструкции и эксплуатации пути на железных дорогах, метрополитене, городском рельсовом транспорте на переходных участках в зонах примыкания перед искусственными сооружениями, а именно, мостом, тоннелем.
При прохождении железнодорожного состава по рельсовому пути, уложенному на шпалах по балластному основанию, рельс подвергается воздействию системы статических и динамических сил, которые вызывают сложные колебания железнодорожного рельса, в частности изгибные, поперечные, продольные составляющие, деформации кручения и т. п. Если в зоне примыкания к искусственным сооружениям жесткость пути, отличается от жесткости пути, уложенного на искусственном сооружении, например на мосту или тоннелю возникают динамические нагрузки, преимущественно ударные, которые существенным образом влияют на износ железнодорожного пути и безопасность его эксплуатации.
Поэтому перед искусственным сооружением укладывается блок железнодорожного пути с жесткостью, уменьшающейся в направлении от искусственного сооружения.  Известны различные способы изменения жесткости пути, которые в общем виде можно свести к следующему: установка подрельсовых оснований с переменной жесткостью и изменение жесткости введением в земляное полотно и/или балласт материалов и конструкций, изменяющих жесткость земляного полотна и/или балластного слоя.
Известен способ усиления земляного полотна железнодорожного пути в зоне примыкания к искусственному сооружению (2752888 заявка 2020125286 от 21.07.2020, опубликовано 11.08.2021, E02D 3/12 E01B 1/00). Способ заключается в нагнетании твердеющего раствора с двух сторон земляного полотна под наклоном к горизонтальной плоскости с образованием упрочняющей опорной системы, предварительно осуществляют нагнетание твердеющего раствора посредством погружения инъекторов по контуру габарита приближения строения вертикально, а нагнетание твердеющего раствора под наклоном производится инъекторами, погружаемыми вне зоны габарита приближения строения, с постепенной проработкой грунтов земляного полотна  Недостатком этого решения является большой объем капитальных работ на земляном полотне и отсутствие возможности регулировать жесткость без повторения проведения этих работ с демонтажом  затвердевшего раствора.
Известен железнодорожный путь в зоне примыкания к искусственному сооружению (RU 2453644, заявка № 2010153759 от 28.12.2010, опубликовано 20.06. 2012. МПК Е01В 1/00), содержащий последовательно расположенные и состыкованные участок железнодорожного пути, уложенный на железобетонное основание искусственного сооружения, и участок железнодорожного пути, примыкающий к искусственному сооружению и уложенный на земляное полотно с балластным слоем, на котором выполнен переходной участок с размещенным в подбалластном слое арматурным каркасом в виде рядов пространственных металлических решеток. Недостатком этого решения трудоемкость в укладке и отсутствие возможности эффективно и равномерно регулировать жесткость под каждой шпалой, что не позволяет исключить отсутствие ударных воздействий колеса на рельс.
Известна пассивно-поглощающая динамические вибрации плита для рельсового пути (RU 2624147, заявка 2016102953 от 21.07.2014, конвенционный приоритет 30.07.2013, опубликовано: 30.06.2017, МПК E01B 1/00 и E01B 3/40), содержащей в основной своей части в области пространства, в котором отсутствует контакт с рельсом, блок дополнительной массы с гибким соединением.
Недостатком этого предложения трудоемкость установки и трудоемкость обеспечения уровня, что может привести к появлению отклонений уровня рельсовой нити и образования длинных и коротких неровностей.
Известно подрельсовое устройство железнодорожного пути и способ укладки по меньшей мере одного подрельсового устройства железнодорожного пути (RU 2746554, заявка 2020124286 от 22.07.2020, опубликовано 15.04.2021, МПК Е01В 3/00; Е01В 3/20 Е01В 3/46), содержащее  эластичную герметичную оболочку, наполняемую рабочей средой, размещаемую в корпусе с открытой сверху полостью с зазором относительно внутренней поверхности стен корпуса и верхней опорной плитой, на которой установлен рельс, с возможностью ее перемещения верхней плиты между верхними и нижними упорами, установленными на стенках корпуса за счет изменения давления и вязкоупругих свойств эластичной герметичной оболочки.
Это устройство предназначено для формирования железнодорожного пути оперативного развертывания взамен стандартных подрельсовых оснований - шпал. Для формирования участка железнодорожного пути переменной жесткости на эксплуатирующемся железнодорожном пути замена подрельсового основания приводит также существенным капитальным затратам.
Целью предлагаемого изобретение является обеспечение равномерного изменения жесткости конструкции переходного участка без изменения конструкции пути и структуры грунта земляного полотна и балластного слоя и значительных капитальных вложений и позволяющая регулировать жесткость переходного участка.
Техническим результатом является упрощение формирования блока железнодорожного пути, примыкающего к искусственному сооружению без капитальных вложений с плавным переходом жесткости от начала до конца блока, равномерно распределяя ее на каждую шпалу не меняя конструкцию подрельсового основания, структуры земляного полотна, балластного слоя.
0
к
к
0
ср
Технический результат достигается тем, что на эксплуатируемом участке пути примыкающем к искусственному сооружению поднимают шпалы и под них подкладывают опорные прокладки с разной жесткостью равномерно убывающей от искусственного сооружения. При этом прокладки выполнены с возможностью изменять жесткость. В качестве опорной прокладки используется оболочка, наполняемая от внешнего агента наполнителем, преимущественно воздухом, давлением которого в оболочке меняются вязкоупругие свойства железнодорожного пути и жесткость каждой шпалы, опирающейся на оболочку равномерно по всей длине переходного участка. Таким образом формируется блок железнодорожного пути переменной жесткости из рельсов, уложенных на множество N шпал, уложенных на оболочки с наполнителем, с возможностью изменения в оболочке давления и регулирования жесткости конструкции рельс-шпала-оболочка-балласт. Блок состыкован с участком эксплуатируемого железнодорожного пути с жесткостью К, участка и другим участком пути, в частности лежащим на искусственном сооружении, например мосту с жесткостью К. Переходной участок обеспечивает изменение жесткости от большего значения, в данном примере К к меньшему К. Средняя жесткость K пропорционально разности жесткостей двух участков к количеству уложенных на прокладки шпал и определяется по формуле:
0-
к
ср
(К - К)/N = К  (1)
Тогда жесткость i-ой шпалы будет устанавливаться как:
i
i-1
ср
К = К ± К  (2)
Знак «±» означает, что «+», если меняется жесткость в направлении от участка с меньшей жесткостью к участку с большей жесткостью и минус, если наоборот. Таким образом, железнодорожный путь переменной жесткости, выполнен виде блока, состоящего из множества шпал, на которых уложены рельсы, соединенные со шпалами посредством скреплений, шпалы уложенны на балласт через опорные прокладки, которые выполнены с разной жесткостью с возможностью их изменения, возрастающей пор мере приближения к искусственному сооружению до достижения жесткости равной жесткости участка пути, лежащего на искусственном сооружении. Наиболее предпочтительно, если опорные прокладки будут выполнены в виде эластичных оболочек с наполнителем. Наиболее предпочтительно, если наполнителем будет воздух, но допускается в качестве наполнителя использовать гидравлическую жидкость, гель или сыпучий материал. Наполнитель поступает от внешнего агента, создавая давление в оболочке, соответствующе заданной жесткости конструкции шпала, оболочка. Под шпалу можно укладывать сколь угодно много опорных прокладок, в том числе регулируя их количеством и свойствами материалов, из которых они сделаны жесткость конструкции шпала- прокладки- балласт. Одна оболочка под одну шпалу предпочтительнее, поскольку обеспечивает эффективность технологии укладки.
Способ формирования железнодорожного пути переменной жесткости, заключается в укладке под шпалу оболочки, принудительно наполняемой от внешнего агента наполнителем, создавая в ней заданное или рассчитанное давление. Расчетным, экспериментальным или экспертным путем определяют длину переходного участка железнодорожного пути, вывешивают на домкратах одну шпалу или всю плеть в целом в зависимости от длины выбранного участка, убирают часть балласта и под шпалу подкладывают опорную подкладку с заданной жесткостью и домкрат убирают. При этом опорную прокладку, выполненную в виде оболочки, наполняют наполнителем непосредственно после ее укладки под шпалу до снятия домкрата, например от компрессора или пневмомагистрали специального подвижного состава. Допускается наполнять оболочку предварительно до ее укладки и укладывать уже наполненную.
Изобретение иллюстрируется фигурой 1. На фигуре отмечены следующие позиции: 1- эксплуатируемый участок на земляном полотне; 2 - блок переходного участка; 3-эксплуатируемый участок на искусственном сооружении (мосту); 4-шпала; 5- опорная прокладка в виде оболочки; 6-балласт; 7- искусственное сооружение (мост).
Перед искусственным сооружением 7 выбирается участок пути 2 который будет являться переходным между участком 1 эксплуатируемого железнодорожного  пути, как правило, на земляном полотне и участком 3, лежащем на искусственном сооружении и в его пределах. По решению производителя работ и в соответствии с разработанным технологическим процессом вывешивается на домкраты сразу весь участок 2 или по частям или отдельно каждая шпала 4 под которую на балласт 6 укладывается оболочка 5, наполняемая наполнителем от компрессора или, например, тормозной магистрали локомотива, создавая давление в оболочке соответствующее предварительно заданной жесткости оболочки.
Таким образом, не меняя конструкцию железнодорожного пути оперативно формируем переходной участок пути с распределенной жесткостью, равномерно изменяющейся в направлении от одного участка железнодорожного пути, к другому. При этом в конструкции железнодорожного пути его элементы не меняются, капитальные вложения не требуются, прокладки укладываются в объеме работ, соответствующих объему работ по текущему содержанию пути, при этом жесткость пути распределяется равномерно, что позволяет избежать толчков и ударов.