Способ восстановления бетонного основания рельсового пути
METHOD FOR RESTORING THE CONCRETE BASE OF A RAIL TRACK

Способ относится к восстановлению бетонных оснований рельсового пути путем замены находящихся в бетоне в замоноличенном состоянии сломанных и поврежденных элементов крепления, требующих замены.
Способ решает задачу замены сломанных элементов крепления в условиях эксплуатации основания рельсового пути, преимущественно бетонных шпал без их демонтажа и извлечения из шпальной решетки. При этом имеются в виду такие элементы крепления, головки которых расположены над поверхностью бетонных оснований, а их ножки расположены в отвержденном бетонном массиве основания.
Способ предназначен преимущественно для его использования в области эксплуатации железнодорожных путей, а также в области строительства. При этом способ предусматривает высверливание из бетонного основания, или из армированной бетонной шпалы, или из железобетонного бруса, или из полушпалка, или из бетонной монолитной плиты таких сломанных или поврежденных элементов крепления как анкеры, болты, дюбели и шурупы.
Известен способ высверливания анкерного болта в шпале сверлильным устройством и обработки крепежного отверстия анкерного болта в шпале, причем способ решает задачу облегчения позиционирования инструмента относительно существующего анкерного болта и предусматривает, что головка верхней части анкерного имеет сравнительно большую высоту. Способ обеспечивает высверливание без соприкосновения с головкой анкерного болта устройством, которое имеет основание, механизм привода вращения инструмента и крепление к основанию сверлильного устройства (JP2014031702A, 2014-02-20).
Известно устройство для извлечения сломанных анкерных болтов бетонной шпалы, работа которого имеет признаки способа восстановления основания рельсового пути. Устройство содержит основание с захватами, расположенными на двух концах основания, расположенную над основанием вертикальную стойку, привод вертикального перемещения инструмента, двигатель замедления, а также закрепленное на стойке подъемное устройство, при этом зажим инструмента расположен на выходном валу двигателя замедления, а на основании расположено средство для извлечения анкерного болта. Устройство крепится на бетонной шпале, гарантирует точность позиционирования сверла в работе (CN2034033370U, 2014-01-22).
Известен способ и устройство восстановления анкера крепления рельса, устройство установлено на корпусе основания рельса, причем основанием рельса могут быть шпалы, плита и бетонные блоки. Способ восстановления анкера рассчитан так, что он не снижает прочность основания и не повреждает арматуру в массиве основания. Способ характеризуется тем, что в основании просверливают цилиндрическое отверстие, диаметр которого больше диаметра, встроенного в бетонное основание анкера, после просверливания синтетической смолой заполняют отверстие в основании, устанавливают в цилиндрическом отверстие стальную заглушку, при этом синтетическая смола заполняет зазоры между встроенной заглушкой и цилиндрическим отверстием и фиксирует заглушку в цилиндрическом отверстии (JPH 04309603А, 1992-11-02).
Известен способ ремонта анкерного рельсового скрепления со сломанной или поврежденной головкой анкера рамно-арочного типа, который заключается в демонтаже поврежденного узла анкерного рельсового скрепления, удалении поврежденной головки анкера рамно-арочного типа с железобетонной шпалы, вывешивании рельса, установке вышеуказанного ремонтного комплекта, опускании рельса, монтаже анкерного рельсового скрепления стандартным образом – установке демпфирующих уголков, клемм, монтажных регуляторов, закреплении анкерного болта. В результате достигается восстановление железнодорожного пути после излома анкера , длительный срок службы ремонтного комплекта (RU 2694632 C1, 16.07.2019).
Известен ремонтно-восстановительный комплект РК-АРС и способ ремонта рельсового скрепления для временного восстановления поврежденного анкерного рельсового скрепления с целью поддержания эксплуатационной характеристики рельсового скрепления до момента замены шпалы с поврежденным анкером (RU 124689 U1, 02.10. 2013).
Известен способ ремонта шпалы, в котором удаляют посторонние предметы и ржавчину из полости дюбеля шпалы, выравнивают концевой фрезой поверхность поврежденного шурупа, производят кернение выровненной поверхности поврежденного шурупа, рассверливают образовавшееся на выровненной поверхности поврежденного шурупа заданное отверстие, извлекают поврежденный шуруп из дюбеля шпалы с помощью экстрактора и заменяют на новый (RU 2400591 С1, 27.09.2010).
Известен способ извлечения поврежденного шурупа из дюбеля железобетонной шпалы, характеризующийся тем, что удаляют посторонние предметы из полости дюбеля, устанавливают на шпалу кондуктор, фиксируют его за подошву рельса и размещают в полости дюбеля, сверлят по кондуктору в теле шурупа два отверстия с эксцентриситетом относительно оси шурупа, затем вставляют экстрактор в полученное в теле шурупа овальное отверстие и извлекают поврежденный шуруп из дюбеля (RU 2493314 С2, 10.10.2012).
Известен способ ремонта шпал, по которому снимают рельсовое скрепление, производят бурение шпалы в месте, где установлен дюбель с обломанным шурупом, вынимают высверленную часть бетона с полимерным дюбелем и остатком шурупа, наносят на стенку полученного отверстия клей с последующим размещением в нем дюбеля или размещают в отверстии двухкомпонентный клей с последующим вворачиванием дюбеля в отверстие и осуществляют выдержку перед сборкой рельсового скрепления, при выполнении указанных операций используют установку алмазного бурения, закрепленную на тележке, установленной на рельсах. Пробуренное отверстие сопрягают с горловиной, размещают в ней двухкомпонентный клей, вставляют дюбель с ввернутым в него шурупом и вращением дюбеля погружают его в отверстие шпалы (RU 2444587 С2, 10.03.2012 - прототип).
В прототипе заменяемый сломанный шуруп имеет головку, расположенную над бетонной шпалой и расположенную в бетоне дюбель, в котором расположена ножка шурупа. Головка и ножка являются частями элемента крепления рельса к шпале.
Общими признаками представленного в данном описании способа и способа прототипа являются такие из них, которые относятся к способу восстановления бетонного основания рельсового пути и характеризуются тем, что вырезают режущим инструментом в бетоне крепежный элемент вместе с бетоном, удаляют сломанную часть крепежного элемента из шпалы, вводят в образовавшуюся в шпале лунку клеящую композицию и вводят в лунку и композицию новый крепежный элемент, который фиксируют в лунке.
В прототипе производят бурение бетона шпалы в месте, где установлен дюбель с обломанным шурупом, при этом бурение связано с использованием сложного бурильного оборудования с обеспечением точности позиционирования бура по оси высверливаемого крепежного элемента. Раскрытый в прототипе способ предусматривает использование установки алмазного бурения. Установка закреплена на тележке, которая установлена на рельсовом пути. В способе прототипа полностью высверливают головку и ножку крепежного элемента, что связано с существенными затратами энергии, а использование установки связано со значительной трудоемкостью восстановительных работ.
Способ, раскрытый в прототипе невозможно применить для восстановления такого бетонного основания как шпалу рельсового пути, имеющую замоноличенные в ней анкеры, головка каждого из которых многократно превышает размеры и массу головки шурупа.
При использовании известного способа для удаления сломанного крепежного элемента невозможно обеспечить заданную прочность соединения нового крепежного элемента с поверхностью отверстия. Это связано с тем, что при бурении буром отверстия вокруг такого крепежного элемента как анкер, образуется лунка вокруг анкера сравнительно большого диаметра, которая ослабляет прочность основания рельсового пути и отрицательно влияет на качество восстановления основания. При этом используемая в прототипе установка алмазного бурения не обеспечивает мобильность восстановления основания пути, требуемую трудоемкость и скорость восстановления основания в условиях движения поездов.
Техническим результатом представленного в данном описании способа является повышение качества восстановления бетонного основания рельсового пути и снижение трудоемкости восстановления.
Техническим результат получен способом восстановления бетонного основания рельсового пути, характеризующимся тем, что вырезают режущим инструментом в бетоне крепежный элемент вместе с бетоном, удаляют сломанную часть крепежного элемента из основания, вводят в образовавшуюся в основании лунку клеящую композицию и вводят в лунку и композицию новый крепежный элемент, который фиксируют в лунке, причем вырезание крепежного элемента из бетонного основания осуществляют полым изнутри корончатым сверлом, которым сначала в центральной части головки сломанного крепежного элемента вырезают отверстие до уровня, в котором головка переходит в ножку крепежного элемента, после чего удаляют головку, а затем вырезают корончатым сверлом в бетоне основания круглую лунку вокруг ножки крепежного элемента, причем вырезание лунки в бетоне производят до момента отрыва вырезанного цилиндра бетона от его массива при достижении корончатым сверлом уровня расположения нижнего конца ножки крепежного элемента, далее удаляют из лунки ножку крепежного элемента вместе с вырезанным цилиндром бетона и после этого другим режущим инструментом нарезают на поверхности лунки расположенные по её высоте кольцевые канавки и придают поверхности лунки шероховатость, клеящую композицию вводят одновременно в кольцевые канавки и в лунку, а после ввода в лунку ножки нового крепежного элемента его головку позиционируют контролером в проектном положении и выдерживают до момента отверждения клеящей композиции вокруг ножки крепежного элемента.
Перед вырезанием корончатым сверлом головки крепежного элемента используют переносное сверлильное устройство, которое устанавливают на бетонном основании и фиксируют корончатое сверло в рабочем положении по центру находящейся над основанием головки крепежного элемента.
Перед вырезанием корончатым сверлом ножки крепежного элемента используют переносное сверлильное устройство, которое устанавливают на бетонном основании и фиксируют корончатое сверло в рабочем положении по продольной оси находящейся в бетоне в замоноличенном состоянии ножки крепежного элемента.
Данный способ поясняется на примере восстановления бетонной шпалы путем замены анкеров и/или поврежденных или сломанных частей анкеров, находящихся в бетонном массиве шпалы. Замена анкеров шпалы осуществлена без извлечения шпалы из шпальной решетки с целью снижения трудоемкости и затрат на восстановление бетонного основания рельсового пути, что достигается путем исключения демонтажа шпалы, имеющей сломанный анкер рельсового скрепления.
Более подробно способ поясняется схемами выполнения нижеизложенной технологии восстановления (ремонта) основания рельсового пути на примере восстановления железнодорожной шпалы без её извлечения из шпальной решетки.
На фиг.1 показано бетонное основание рельсового пути, в частности бетонная армированная шпала в поперечном разрезе.
На фиг.2 – шпала с расположенным над ней корончатым сверлом и установленным на головке анкера кондуктором.
На фиг.3 – шпала в процессе вырезания лунки корончатым сверлом, находящемся в промежуточном положении.
На фиг.4 – шпала с расположенной в ней корончатым сверлом в конце вырезания лунки.
На фиг.5 – шпала с вырезанной лункой, из которой удалена ножка анкера.
На фиг.6 – шпала в процессе нарезания инструментом на внутренней поверхности лунки кольцевых канавок на стенках лунки.
На фиг.7 – шпала с нарезанными на внутренней поверхности лунки кольцевыми канавками.
На фиг.8 – шпала с инструментом в лунке для образования шероховатой поверхности лунки.
На фиг.9 – шпала с шероховатыми поверхностями лунки и кольцевых канавок.
На фиг.10 – шпала, лунка которой и кольцевые канавки заполнены клеящей композицией.
На фиг.11 – шпала с зафиксированной в её лунке ножкой нового анкера, погруженной в клеящую композицию.
На фиг.12 – шпала на виде сверху, в которой вырезана круглая лунка.
На фиг.13 показан поясняющий чертеж конструкции узла рельсового скрепления шпалы.
Способ поясняется описанием выполняемых действий на примере восстановления бетонного основания, имеющего замоноличенные в нем металлические анкеры для скрепления рельсового пути с основанием. Данный пример не исключает восстановление иных бетонных оснований или балок, которые имеют поврежденные металлические закладные детали, подлежащие высверливанию в бетоне и замене.
В представленном примере способа его действия направлены в частности на замену сломанных анкеров анкерных скреплений новыми анкерами без съема бетонной шпалы со шпальной решетки, без её освобождения от других анкерных скреплений и без разборки других узлов на этой шпале.
Проблема восстановления неисправного бетонного основания рельсового пути связана с трудоемкостью восстановления и короткими сроками восстановления рельсового пути, наиболее уязвимыми частями которого являются анкерные скрепления и их анкеры. При сходе подвижного состава с рельсового пути или в результате аварий, или при неправильной эксплуатации пути анкеры разрушаются или происходит разрушение их частей.
Способ предусматривает также вырезание из бетона обломка ножки анкера, при этом одновременно вырезают отверстие в центральной части головки анкера полым изнутри корончатым сверлом. Способ предусматривает вырезание полым изнутри корончатым сверлом одной ножки анкера, когда сломанная головка анкера сломана и отсутствует или она была сломана и легко отбита от ножки анкера. Любой указанный путь удаления анкера или его частей, а также замены сломанного анкера на новый анкер осуществляют следующим образом.
Снимают элементы анкерного скрепления с восстанавливаемой шпалы 1 (фиг.1), которая имеет поврежденные части анкера, например поврежденную головку 11 анкера или его ножку 7 (на фиг.1-3 показано, что правый кронштейн головки 11 анкера сломан и он ниже левого кронштейна).
Для удаления из бетонной шпалы сломанного анкера, снимают с анкерного скрепления клемму 15 (фиг.13) с прижимным изолятором и боковой изолятор 14. Устанавливают на поврежденный анкер кондуктор 2 (фиг.1) для позиционирования корончатого сверла 4 по оси центральной части головки 11 сломанного анкера. Используют корончатое сверло 4 имеющее внутреннюю полость и цилиндрическую стенку с режущими элементами на кромке. Этим сверлом в металле и бетоне вырезают отверстия путем образования круглой цилиндрической канавки вокруг вырезаемого элемента.
Устанавливают устройство сверления на шпале вблизи поврежденного анкера, фиксируют устройство и корончатое сверло 4 (фиг.2) по оси отверстия 5 кондуктора 2, которое предварительно совмещено с осью центральной части головки 11 сломанного анкера. Устройство сверления и его сверло фиксируют захватами за подошву рельса так, чтобы при фиксации корончатое сверло 4 располагалось в отверстии 5 кондуктора.
Подают в зону сверления жидкость под давлением для вымывания металлической стружки и охлаждения корончатого сверла и включают приводы вращения и осевого перемещения корончатого сверла (фиг.3). Вырезают сверлом в головке 11 анкера круглое отверстие, а в бетоне шпалы вырезают круглую лунку 3 (фиг.5,12).
Лунку 3 вырезают глубиной 130-170мм в зависимости от размеров анкера, резание осуществляют до момента отрыва ножки 7 (фиг.3) сломанного анкера от шпалы, который происходит когда резцы корончатого сверла доходят до плоскости расположения нижней опорной части ножки 7 - на глубине лунки необходимой для отрыва ножки 7. В случае не возникновения указанного отрыва, лунку вырезают до момента совмещения метки на коронке с верхней кромкой лунки. Указанный отрыв вырезанного цилиндра бетона происходит в результате разрушения связей массива бетона под нижним концом ножки 7 анкера, когда коронка режет бетон в плоскости нижнего конца ножки анкера.
После вырезания лунки высверленный из шпалы бетонный цилиндр вместе с ножкой 7 анкера из лунки 3 удаляют, а оставшиеся на шпале остатки анкера отбивают и удаляют. Затем лунку очищают, удаляют из неё жидкость и осушают.
В случае сломанного анкера, головку 11 которого невозможно отделить от ножки 7, высверливают анкер в центральной части вместе с ножкой, затем головку 11 отбивают от шпалы 1. Эти операции способа выполняют в условиях эксплуатации шпалы без её демонтажа и транспортировки к месту восстановления.
При восстановлении шпалы в процессе замены анкера устанавливают свойства клеевой композиции на её сцепляемость с бетоном и металлом и время отверждения композиции. В случае недостаточности этих показателей повышают прочность соединения нового анкера с поверхностью лунки 3 путем увеличения контактной поверхности лунки и образования в ней кольцевых канавок. Для этого в лунке нарезают инструментом 8 (фиг.6) на внутренней поверхности лунки 3 кольцевые канавки 9 (фиг.7), расположенные друг над другом по высоте лунки, или делают поверхность лунки шероховатой (на фиг. 9 шероховатость показана клетчатой штриховкой), или делают поверхности лунки и кольцевых канавок шероховатыми.
Если клеевая композиция обладает высокими свойствами прочности и сцепляемостью с бетоном и металлом, то канавки и шероховатость на внутренней поверхности лунки не выполняют при условии, что шпала работает в условиях средней нагруженности. В условиях высокой нагруженности шпалы канавки и шероховатость на внутренней поверхности лунки выполняют.
Далее очищают лунку от мелких и пылеватых частиц бетона и заполняют лунку 3 клеящей композицией 10 так, чтобы лунка (фиг.10) была заполнена композицией до уровня (0,7-0,9)h, где h – глубина лунки. Вводят ножку 7 нового анкера (фиг.11) в клеящую композицию 10 в лунке 3 до момента полной посадки анкера и ножки в проектное положение и позиционируют новый анкер в слепке от старого выбитого анкера.
Проверяют высоту установленного нового анкера контролером 12 (фиг.11) и фиксируют зазор между перекладинами контролера и контрольными точками анкера, который должен быть не более 1 мм. Выдерживают новый анкер в проектном положении до момента отверждения клеевой композиции.
После отверждения клеевой композиции до расчетного значения устанавливают на головку 11 нового анкера (фиг.13) боковой изолятор 14 рельсового скрепления и устанавливают клемму 15 с надетым на неё прижимным изолятором в рабочее положение. В узле соединения шпалы с рельсом на фиг.13 также показаны наклонная поверхность 16 подошвы 17 рельса 18 и накладка 19 с болтовым соединением рельсов рельсового пути друг с другом. Клемма установлена в пазах кронштейнов головки 11 анкера таким образом, что она контактирует с подошвой 16 рельса 17 и прижимает рельс к шпале 1.
При восстановлении шпал описанным выше способом используют такую клеящую композицию, которая содержит компоненты, отвечающие различным диапазонам температур окружающей среды и удовлетворяют требованиям по времени её отверждения.
Описанный выше процесс вырезания анкера без полной разборки узла скрепления и без демонтажа шпалы из шпальной решетки выполняют на железнодорожной линии без прекращения движения подвижного состава по рельсовому пути.
Способ является универсальным и приемлемым для ремонта любого указанного несущего элемента основания железнодорожного пути, что достигается посредством специального устройства для сверления отверстий и лунок с применением корончатых сверл, имеющих внутри полости для размещения в них остатков сломанных закладных элементов.
В совокупности изложенных признаков достигается качественное прочное соединение нового анкера с основанием рельсового пути и при этом достигается повышение качества восстановления основания пути. Повышение качества восстановления обеспечивается также тем, что вокруг ножки крепежного элемента в бетоне основания пути вырезается лунка, имеющая такой диаметр, который меньше диаметра высверливаемого отверстия вокруг головки крепежного элемента, что в процессе восстановления основания пути в минимальной мере влияет на прочность бетонного основания в зоне его резания.
Путем исключения сплошного резания металла головки и ножки крепежного элемента существенно снижается трудоемкость и энергоемкость восстановительных работ за счет уменьшения площади резания металла и бетона при вырезании крепежных элементов.