СБОРНОЕ РЕЛЬСОВОЕ ПОКРЫТИЕ ТРАМВАЙНЫХ И ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ, СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ПУТЕВЫХ РЕЛЬСОВ (ВАРИАНТЫ) И ПУТЕВАЯ ПЛИТА
PREFABRICATED RAIL COVER OF TRAMWAY AND RAILWAY TRACKS, METHOD TO FIX TRACK RAILS (VERSIONS) AND TRACK SLAB

Изобретение относится к области устройства и строительства покрытия для трамвайных и железнодорожных путей и предназначено, преимущественно, для использования в сборно-разборных железобетонных покрытиях дорог с совмещенным автомобильным и трамвайным/ железнодорожным движением.
В связи с постоянным возрастанием интенсивности городских транспортных потоков и необходимостью поиска решения городских транспортных проблем в условиях ухудшения экологической обстановки, все большое внимание привлекает использование трамвайного и железнодорожного транспорта для внутригородских перевозок. Однако с учетом существующих ограничений на размещение новых транспортных магистралей, возникает необходимость в наличии дорог, которые можно использовать как для рельсового, так и для автомобильного транспорта.
До недавнего времени одними из наиболее широко применяемых покрытий на городских улицах с трамвайными путями были сплошные асфальтобетонные покрытия рельсовых путей (бесшовные покрытия) (см., например, Ю.М. Коссой "Рельсовый путь на городской улице". -Нижний Новгород :Издательство Нижегородского государственного университета, 1992, стр.37-38). Указанные покрытия выполняются, как правило, двухслойными: нижний слой толщиной 40 мм - из крупнозернистого асфальтобетона (биндера), верхний слой толщиной 30 мм - из мелкозернистого бетона. При этом вся прирельсовая зона покрытия, как правило, выполняется из мелкозернистого асфальтобетона. Внутри колеи покрытие располагается на одном уровне с верхом губки желобчатого трамвайного рельса, а с наружной стороны колеи - на 4-8 мм ниже верха головки рельса. Если путь уложен из рельсов железнодорожного типа, покрытие не должно мешать свободному проходу реборды. Способ изготовления асфальтобетонного покрытия заключается в послойной укладке горячей асфальтобетонной смеси, ее разравнивании и уплотнении укаткой. При этом особое внимание уделяют приданию необходимых уклонов поверхности, ровности покрытия и его особому уплотнению в местах примыкания к рельсам. Указанные покрытия позволяют достичь высокой степени механизации процесса укладки асфальта, обеспечивает удовлетворительный поверхностный водоотвод, однотипность проезжей части улицы по всему поперечнику. Однако срок их службы, не превышает 3-5 лет, после чего необходимо осуществить ремонт или замену покрытия. При этом ремонт рельсовых путей с асфальтобетонным покрытием, их текущее содержание и контроль за их состоянием весьма трудоемки, так как требуют вскрытия и последующего восстановления асфальтобетонного слоя.
Указанные недостатки в значительной степени устраняются сборными бетонными и железобетонными покрытиями.
Известно сборное железобетонное покрытие трамвайных путей, содержащее путевые междурельсовые, междупутные и обочинные железобетонные плиты, уложенные встык своими торцевыми гранями (патент RU 2155838, приоритет от 26.05.1999). При этом плиты опираются своими нижними поверхностями на резиновые прокладки, уложенные на подрельсовое основание (шпалы), которое размещают на несущей подложке из насыпного материала (песок, гравий и т.п.). Подошва рельсов жестко крепится к шпалам с помощью крепежных элементов (например, костылей). На нижних гранях путевых и межпутных плит выполнены скосы для создания пространства, необходимого для размещения крепежных элементов, а в верхних частях торцевых граней плит имеются выступы и впадины, образующие замки при укладки встык смежных плит. В зазорах между рельсами и боковыми гранями плит установлены в сжатом состоянии резиновые брусья, обеспечивающие надежную фиксацию плит и рельсов в горизонтальной плоскости, а также выполняющих роль уплотнения и демпфера вибраций и колебаний рельсов. Брусья в поперечном сечении имеют с одной стороны криволинейные поверхности в форме пазух рельсов, а с противоположной стороны - прямолинейные вертикальные в верхней части поверхности, переходящие в нижней части в выступы, упирающиеся в скосы боковых граней плит. Данная конструкция покрытия позволяет повысить его эксплуатационную надежность и срок службы, а также упростить процесс ремонта и замены. Однако недостатком указанной конструкции является неоптимальное распределение нагрузок при эксплуатации покрытия, т.к. вся нагрузка передается непосредственно на шпально-щебеночную конструкцию, что может приводить к смещению плит к вертикальной плоскости, а также к нарушению герметичности в местах стыка фиксаторов с рельсами и плитами, что снижает эксплуатационную надежность покрытия, уменьшает срок его службы и повышает расходы на эксплуатацию.
Наиболее близкими аналогами к заявленным изобретениям, выбранными в качестве прототипов, являются сборное рельсовое покрытие трамвайных путей, способ крепления путевых рельсов и плита путевая для рельсового покрытия, известные из описания изобретения по патенту RU 2376408. Данное покрытие содержит размещенные на несущей подложке и уложенные встык монолитные железобетонные путевые плиты, в которых со стороны верхней поверхности выполнены два параллельных канала. В каналах установлены металлические ложементы, а в ложементах заподлицо с верхней поверхностью плит установлены бесшеечные трамвайные рельсы. Рельсы крепятся в ложементах с помощью запрессованных сверху эластичных фиксаторов, размещенных по обеим сторонам головки рельсов. Предлагаемые технические решения позволяют оптимизировать распределение нагрузок при эксплуатации покрытия, которые могут передаваться как непосредственно на плиты, так и на бетонные опоры, а также повысить удобство работ по монтажу и демонтажу рельсового пути, однако предназначены для использования только бесшеечных рельсов, что удорожает ремонт и эксплуатацию рельсовых путей, поскольку для рельсового транспорта, в том числе и в городе, используют в основном обычные трамвайные и железнодорожные рельсы.
Технической задачей настоящих изобретений является создание сборного рельсового покрытия трамвайных и железнодорожных путей, способов, крепления путевых рельсов и путевой плиты, обеспечивающих высокую эксплуатационную надежность покрытия, в том числе, надежность фиксации рельсов в ложементах плиты, снижение уровня вибраций и шума, возникающих при движении рельсового транспорта, снижение издержек на установку, ремонт и замену покрытия, а также возможность использования покрытия со стандартными трамвайными и железнодорожными рельсами.
Поставленная задача решается тем, что в известном сборном рельсовом покрытии трамвайных и железнодорожных путей, содержащем размещенные на несущей подложке и уложенные встык монолитные железобетонные путевые плиты с каналами в виде параллельных ложементов, в которых заподлицо с верхней поверхностью плит на эластичных подкладках установлены рельсы, соединенные друг с другом посредством сварки, новым является то, что покрытие выполнено в виде набора из двух типов блоков, первый из которых включает блоки, содержащие плиты, у которых со стороны обеих боковых поверхностей ложементов в плитах выполнены выемки под крепежные элементы, а рельсы закреплены в ложементах плит посредством прижимов и винтового соединения, образованного винтовыми крепежными элементами, и резьбовыми втулками, жестко установленными в плитах со стороны днища выемок, под углом 10-30° относительно нормали к нижней поверхности плит, при этом пространство между рельсами и стенками ложементов заполнено боковыми вкладышами, примыкающими к боковым поверхностям рельсов, и уплотнительной массой на базе полиуретановых смол, а второй тип блоков включает плиты, у которых пространство между рельсами и стенками ложементов заполнено боковыми вкладышами, примыкающими к боковым поверхностям рельсов, и крепежно-уплотнительной массой на базе полиуретановых смол при отсутствии других крепежных элементов, при этом у всех блоков покрытия угол между боковой стенкой ложемента и его основанием составляет от 90° до 100°.
Выполнение покрытия в виде набора из двух типов блоков, первый из которых включает блоки, в которых рельсы закреплены в ложементах посредством прижимов и винтового соединения, а второй включает блоки, в которых рельсы закреплены в ложементах без использования крепежных элементов, позволяет обеспечить высокую эксплуатационную надежность покрытия при минимизации затрат на его изготовление и установку.
Наличие выемок со стороны обеих боковых поверхностей ложементов в плитах под крепежные элементы позволяет обеспечить возможность использования в качестве крепежных элементов прижимов и винтового соединения и повысить удобство их использования при минимизации объемов ложементов.
Крепление рельсов в ложементах плит посредством прижимов и винтового соединения, образованного винтовыми крепежными элементами, и резьбовыми втулками, жестко установленными в плитах со стороны днища выемок, под углом 10-30° относительно нормали к нижней поверхности плит, обеспечивает надежное крепление рельсов к плитам, удобство в установке и снятии рельсов, повышение эксплуатационной надежности покрытия.
Заполнение пространства между рельсами и стенками ложементов боковыми вкладышами, примыкающими к боковым поверхностям рельсов, и уплотнительной или крепежно-уплотнительной массой на базе полиуретановых смол, позволяет снизить уровень вибраций и шумов от рельсового транспорта, обеспечить надежную герметизацию свободного пространства меду рельсом и плитой, а также повысить надежность крепления рельсов к плитам при отсутствии крепежных элементов.
Выполнение ложементов с углом между боковой стенкой ложемента и его основанием от 90° до 100° позволяет облегчить процесс установки и снятия рельсов при изготовлении и ремонте блоков покрытия.
Кроме того, поставленная задача решается тем, что в известном способе крепления путевых рельсов, располагаемых в ложементах, выполненных в путевых плитах, при котором рельсы устанавливают заподлицо с верхней поверхностью плит на эластичных подкладках, новым является то, что рельсы устанавливают в плиты, у которых со стороны обеих боковых поверхностей ложементов выполнены выемки под крепежные элементы, а после установки рельсов в ложементах заподлицо с верхней поверхностью плит осуществляют закрепление подошв рельсов посредством прижимов и винтового соединения, образованного винтовыми крепежными элементами, и резьбовыми втулками, жестко установленными в плитах со стороны днища выемок под углом 10-30° относительно нормали к нижней поверхности плит, после чего закрепляют на рельсах боковые вкладышами, примыкающие к боковым поверхностям рельсов, и заполняют оставшееся свободное пространство между рельсами с боковыми вкладышами и стенками ложементов уплотнительной массой на базе полиуретановых смол.
Установка рельсов в плиты, у которых со стороны обеих боковых поверхностей ложементов выполнены выемки под крепежные элементы, обеспечивает возможность использования прижимов и винтового соединения для крепления рельсов без существенного увеличения объема внутреннего пространства ложемента и снижает затраты на рельсовое покрытие.
Закрепление подошв рельсов посредством прижимов и винтового соединения, образованного винтовыми крепежными элементами, и резьбовыми втулками, жестко установленными в плитах со стороны днища выемок под углом 10-30° относительно нормали к нижней поверхности плит, обеспечивает надежное крепление рельсов к плитам, удобство в установке и снятии рельсов, повышение эксплуатационной надежности. покрытия.
Использование боковых вкладышей, примыкающих к боковым поверхностям рельсов, позволяет снизить стоимость блоков покрытия без снижения их эксплуатационной надежности.
Заполнение оставшегося свободное пространство между рельсами с боковыми вкладышами и стенками ложементов уплотнительной массой на базе полиуретановых смол позволяет снизить уровень вибраций и шумов от рельсового транспорта, обеспечить надежную герметизацию свободного пространства меду рельсом и плитой.
Кроме того, поставленная задача решается тем, что в известном способе крепления путевых рельсов, располагаемых в ложементах, выполненных в путевых плитах, при котором рельсы устанавливают заподлицо с верхней поверхностью плит на эластичных подкладках, новым является то, что после установки рельсов в ложементах заподлицо с верхней поверхностью плит закрепляют на рельсах боковые вкладыши, примыкающие к боковым поверхностям рельсов, а затем заполняют оставшееся свободное пространство между рельсами с боковыми вкладышами и стенками ложементов крепежно-уплотнйтельной массой на базе полиуретановых смол.
Использование боковых вкладышей, примыкающих к боковым поверхностям рельсов, позволяет снизить стоимость блоков покрытия без снижения их эксплуатационной надежности.
Заполнение оставшегося свободного пространства между рельсами с боковыми с боковыми вкладышами и стенками ложементов крепежно-уплотнительной массой на базе полиуретановых смол позволяет обеспечить надежную герметизацию свободного пространства меду рельсом и плитой, снизить уровень вибраций и шумов от рельсового транспорта, а также повысить надежность фиксации рельсов в плитах.
Кроме того, поставленная задача решается тем, что в плите путевой для рельсового покрытия трамвайных и железнодорожных путей, в которой выполнены ложементы для путевых рельсов, устанавливаемых заподлицо с верхней поверхностью плит, новым является то, что в боковых стенках ложементов выполнены выемки в форме прямой треугольной призмы, боковая грань которой образует днище выемки, при этом со стороны днищ выемок в плите выполнены каналы под углом 10-30° относительно нормали к нижней поверхности плиты, в которых закреплены резьбовые втулки для образования винтового соединения рельсов с плитой, а угол между боковой стенкой ложемента и его основанием составляет от 90° до 100°.
Наличие в боковых стенках ложементов выемок в форме прямой треугольной призмы, боковая грань которой образует днище выемки, обеспечивает возможность использования прижимов и винтового соединения для крепления рельсов без существенного увеличения объема внутреннего пространства ложемента и снижает затраты на рельсовое покрытие.
Наличие со стороны днищ выемок в плите каналов, выполненных под углом 10-30° относительно нормали к нижней поверхности плиты, в которых закреплены резьбовые втулки для образования винтового соединения рельсов с плитой, позволяет повысить надежность закрепления резьбовых втулок в плите, увеличить сопротивляемость винтового соединения самопроизвольному раскручиванию в процессе эксплуатации и повысить надежность соединения рельсов с плитой в целом.
Выполнение ложементов с углом между боковой стенкой ложемента и его основанием от 90° до 100° позволяет облегчить процесс установки и снятия рельсов при изготовлении и ремонте блоков покрытия.
Сущность настоящего изобретения иллюстрируется следующими чертежами:
Фиг.1 - вид сверху плит первого и второго типа блоков.
Фиг.2 - вид плиты первого типа блока в поперечном разрезе по линии А-А на фиг.1.
Фиг.3 - вид плиты второго типа блока в поперечном разрезе по линии В-В на фиг.1.
Фиг.4 - вид участка плиты первого типа блока в изометрии.
Фиг.5 - изображение участка первого типа блока в сборке в поперечном сечении.
Фиг.6 - изображение участка второго типа блока в сборке в поперечном сечении.
Фиг.7 - изображение левого бокового вкладыша в изометрии.
Фиг.8 - изображение правого бокового вкладыша в изометрии.
Сборное рельсовое покрытие трамвайных и железнодорожных путей включает размещенные на несущей подложке и уложенные встык монолитные железобетонные путевые плиты 1, 2 с каналами в виде параллельных ложементов 3, в которых заподлицо с верхней поверхностью плит на эластичных подкладках 4 установлены рельсы 5, соединенные друг с другом посредством сварки. Покрытие выполнено в виде набора из двух типов блоков 6, 7. Первый тип блоков 6 содержит плиты 1, у которых со стороны обеих боковых поверхностей ложементов 3 выполнены выемки 8 под крепежные элементы 9. Рельсы 5 закреплены в ложементах плит посредством прижимов 10 и, винтового соединения, образованного винтовыми крепежными элементами 9, и резьбовыми втулками 11, жестко установленными в плитах со стороны днища выемок 8, под углом 10-30° относительно нормали к нижней поверхности плит 1. Пространство между рельсами и, стенками ложементов заполнено боковыми вкладышами 12, 13, примыкающими к боковым поверхностям рельсов 5, и уплотнительной массой на базе полиуретановых смол 14. Второй тип блоков 7 включает плиты 2, у которых пространство между рельсами 5 и стенками ложементов 3 заполнено боковыми вкладышами 12, 13, примыкающими к боковым поверхностям рельсов 5, и крепежно-уплотнительной массой на базе полиуретановых смол 14 при отсутствии других крепежных элементов. Плиты 1, 2 имеют прямоугольную форму и изготавливаются из железобетона, соответствующего дорожным нормативам по морозоустойчивости, гигроскопичности, истираемости и др. требованиям. Ложементы в панелях 1, 2 могут иметь в поперечном сечении форму прямоугольника или трапеции, при этом угол между боковой стенкой ложемента и его основанием составляет от 90° до 100°. При необходимости стенки ложементов могут быть защищены профилированными металлическими или пластиковыми вставками. Плиты покрытия укладываются в стык, а рельсы соединяют посредством сварки. При необходимости промежуток между путевыми плитами может быть заполнен сборным покрытием из междупутных плит, а по бокам путевых плит могут быть установлены боковые плиты. Щели между плитами заливают эластичным материалом. Боковые вкладыши 12, 13 могут быть выполнены из различных негигроскопических материалов, например, полиуретана или плотной морозостойкой резины.
Укладку сборного рельсового покрытия трамвайных и железнодорожных путей, так же как и в известных технологиях, начинают с формирования многослойной несущей подложки, состоящей, например, из нижнего фильтрующего слоя (песка), уплотненного слоя (уплотненного щебня), среднего слоя (асфальтобетонная крошка или уплотненный мелкий щебень и верхнего слоя (мелкозернистая асфальтобетонная крошка). При выборе типа блоков покрытия руководствуются рельефом местности, характером грунта, эксплуатационными нагрузками и другими условиями, определяющими характер и величину нагрузок, действующих на покрытие в месте установки блоков. На участках характеризующихся повышенными нагрузками, например, в силу перепада высот или интенсивного транспортного движения, рекомендуется использовать блоки 6, в которых крепление рельсов к плитам 1 осуществляется с помощью крепежных элементов 9. На участках с менее жесткими требованиями рекомендуется использовать блоки 7, в которых крепление рельсов к плитам 2 осуществляется без применения крепежных элементов 9, что позволяет снизить стоимость покрытия без снижения его эксплуатационной надежности.
После формирования несущей подложки и выбора типа блоков производят укладку встык панелей покрытия с подбором их по длине и с учетом локальных условий, в. частности, в зависимости от протяженности прямых отрезков пути. Затем размещают рельсы на плитах рядом с ложементами и производят их сварку. После чего помещают эластичную подкладку 4 под подошву рельсов. Затем, при использовании блоков 6, устанавливают рельсы 5 в ложементах 3 и фиксируют подошву рельсов посредством прижимов 10 и винтовых крепежных элементов 9, закручивая их до упора. После этого по обеим боковым сторонам рельсов устанавливают боковые вкладыши 12, 13 и заполняют оставшееся пространство в ложементах 3 уплотнительной массой на базе полиуретановых смол 14. При необходимости, боковые вкладыши 12, 13 перед заливкой уплотнительной массы в ложементы 3 могут дополнительно фиксировать на боковых поверхностях рельсов 5 посредством клеевого соединения. При использовании блоков 7, также, как и при использовании блоков 6, осуществляют сварку рельсов 5, помещают под подошву рельсов эластичную подкладку 4, устанавливают рельсы в ложементах 3 и фиксируют подошву рельсов на днище ложемента посредством клеевого соединения. После чего по обеим боковым сторонам рельсов устанавливают боковые вкладыши 12, 13, фиксируют их на боковых поверхностях рельсов посредством клеевого соединения, и заполняют оставшееся пространство в ложементах 3 крепежно-уплотнительной массой на базе полиуретановых смол 14. При этом в тех случаях, когда позволяют эксплуатационные нагрузки, для снижения стоимости покрытия возможно изготовление боковых вкладышей из относительно дешевых материалов, например, бетона.
Применение предлагаемого сборного рельсового покрытия трамвайных и железнодорожных путей, способов крепления путевых рельсов и путевой плиты позволяют обеспечить дифференцированный подход к выбору составных элементов покрытия исходя из рельефа местности, характера грунта, эксплуатационных нагрузок и других условий его работы, высокую эксплуатационную надежность покрытия, снижение уровня вибраций и шума, возникающих при движении рельсового транспорта, снижение издержек на установку, ремонт и замену покрытия, а также возможность использования покрытия со стандартными трамвайными и железнодорожными рельсами.