Как подбиваются деревянные и железобетонные шпалы
Подбивка шпал
Рельсо-шпальная решетка — это очень важный, ключевой элемент строения пути. Российская железная дорога — одна из самых длинных в мире, ее протяженность составляет 85,5 тысяч километров. При этом важно, что грунт, климат, влажность и нагрузка на различных участках различаются. Подбивка шпал нужна не только при их замене, но и при плановом поднятии и выправке пути.
Зачем нужно подбивать шпалы на путях
Подбивка шпал — такие работы проводят при частичной или полной замене решетки, при проседании, размывании грунта. Проблемы с грунтом чаще бывают в регионах с неблагоприятными погодными условиями.
Стандартные работы по содержанию ВСП (верхнего строения пути) включают:
подъем в местах исправления профиля;
В зависимости от сложности мероприятий, шпалы подбивают вручную или с помощью специальных механизмов: электрошпалоподбоек.
Чем подбивают шпалы на железной дороге
К ручным инструментам относятся:
подбойки (торцевые и маховые);
Ручной инструмент все еще используют на некоторых участках железной дороги, но это исключительные случаи, которые чаще всего происходят вследствие плохо налаженного снабжения и оснащения ремонтных бригад. С совершенствованием техники внедрились надежные бензиновые и электрические агрегаты.
Модели машин для подбивки деревянных и железобетонных шпал, отличающиеся максимальной эффективностью:
Костылезабивщик-подбойка Portal КТ400.
Универсальная и недорогая ЭШП10 показала коэффициент увеличения производительности труда на 20%. Такие показатели обеспечиваются благодаря легкому погружению в балласт и низкому нажимному усилию на рукоятку. Безопасность труда достигается благодаря снижению вибрационного воздействия на мастеров, обслуживающих агрегат.
Механическая подбивка деревянных и железобетонных шпал предполагает уплотнение балласта под шпалами при выправке и подъеме пути. Балласт уплотняется с помощью вибрации рабочего полотна, которое должно входить в него на 5 сантиметров ниже постели шпалы. Сама вибрация создается благодаря дебалансу, насаженному на вал электрического двигателя. Массу этого груза можно регулировать для достижения наилучшего эффекта.
Мобильные путевые механизмы не только облегчают работу мастеров при подбивке деревянных и железобетонных шпал, но и оптимизируют затраты на ремонт и содержание путей, особенно тех, которые находятся в регионах с проблемным климатом и требуют частого обслуживания. Сокращаются не только временные затраты, но и количественный состав бригад, что снижает общие издержки.
Деревянные и железобетонные шпалы
Шпалы для железнодорожного полотна являются важнейшей деталью устройства пути. От их качественных характеристик зависит устойчивость магистрали. В нашей стране используют опоры из дерева и железобетона. Но изначально под рельсы укладывали брус из камня. Позднее каменные заместили деталями из дерева, оно имеет хорошие показатели амортизации, и проще с точки зрения механического обрабатывания. Однако, обстановка поменялась кардинальным образом, когда начали производить железобетонные шпалы.
Железобетонные шпалы
Многообразие видов
Это рельсовые опоры, при производстве которых требуются брусья с изменяющимися размерами и формой сечения. Бетонные шпалы армированы при помощи проволоки из стали, диаметр ее обусловлен модификацией. К производственной технологии таких изделий предъявляют следующие требования:
Требования
Классификация
Шпалы железобетонные классифицируют на определенные виды, зависящие от устойчивости к образованию всевозможных трещин, качества и точных размеров и иных параметров:
По видам рельсовых креплений различают:
Также такие шпалы имеют различия по электрической изоляции и типу применяемой арматуры. По параметрам электрической изоляции выделяют:
К достоинствам данных опор можно отнести:
Недостатки:
Время от времени возникает вопрос, шпалы из какого материала стоит выбрать: из железобетона либо дерева. Во-первых, необходимо обратить внимание на цену. Стоимость деревянных опор существенно ниже. Во-вторых, период службы: в этом преимущество у железобетонных шпал. Время самоокупаемости шпал из железобетона более продолжительное, в связи с этим их обычно применяют на магистралях, на которых они смогут максимально быстро окупаться. На линиях железной дороги с относительно небольшой нагрузкой в большинстве случаев более выгодно использование шпал из пропитанного дерева.
Деревянные шпалы
Обычно шпалы обработаны несколькими видами антисептических веществ – водорастворимыми и на основе масел. Первый вид – твердое соединение, его необходимо довести до необходимой консистенции, разводя жидкостью. Антисептики на основе масла — продукт сухой перегонки лесоматериалов и каменного угля. Они употребляются в естественном виде, или могут разбавляться иными маслянистыми жидкостями.
К положительным сторонам шпал из дерева относят:
Из недостатков — период службы от 3 до 40 лет. При неверном обрабатывании антисептическими составами (или вовсе без обработки) шпалы подвержены гниению.
У железобетонных и деревянных шпал имеются свои плюсы и минусы. Применение тех либо иных обусловлено лишь конкретными условиями. В отдельных ситуациях стоит употреблять исключительно деревянные опоры. И тогда даже не стоит вопрос, какие лучше. В каких-то ситуациях целесообразно использование железобетонных. При выборе деревянных шпал, важнейший критерий — качество обработки древесины.
Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути
3.2. Шпалы и переводные брусья
3.2.1. Укладываемые в путь деревянные шпалы и переводные брусья должны быть пропитаны антисептиками. Их концы должны быть закреплены от растрескивания в соответствии с требованиями Инструкции по содержанию деревянных шпал, переводных и мостовых брусьев железных дорог колеи 1520 мм.
Форма и размеры деревянных и железобетонных шпал и брусьев приведены в приложении 3 к настоящей Инструкции.
При выполнении перешивочных работ должны применяться пластинки-закрепители длиной 110 мм сечением 4х15 мм.
Брусья на стрелочных переводах располагаются в соответствии с утвержденными эпюрами (приложение 5).
3.2.5. Расстояния между осями шпал должны соответствовать эпюре шпал данного класса пути; отклонения от эпюрных значений допускаются не более 8 см при деревянных шпалах и 4 см при железобетонных шпалах.
3.2.6. Виды дефектов и признаки негодности деревянных и железобетонных шпал и брусьев, а также условия их замены при текущем содержании пути приведены в табл.3.6, 3.7.
Таблица 3.6. Основные дефекты деревянных шпал, переводных и мостовых брусьев
Дефекты шпалы, бруса
Схематическое изображение дефекта
Степень развития дефекта, при котором шпалы и брусья
подлежат ремонту в пути
подлежат замене в плановом порядке и последующему ремонту в мастерских
подлежат первоочередной замене (негодные, не обеспечивающие стабильность рельсовой колеи)
Продольные трещины с обнаженной непропитанной древесиной, расколы на торцах
Трещины длиной ( ) по верхней пласти до 0,5 м раскрытием ( ) до 5 мм и сквозные расколы на торцах по всей толщине длиной на пластях до
0,3 м
Трещины длиной более 0,5 м раскрытием более 5 мм, кроме сквозного раскола. Расколы по всей толщине длиной по верхней пласти от 0,3 м до 2/3 длины шпалы или 1/2 длины бруса, не заходящего под подкладки
Сквозные расколы по всей длине шпалы и более 1/2 длины бруса. Сквозные расколы, заходящие под подкладку
Износ древесины под подкладками (в том числе в сочетании с гнилью)
На глубину ( ) до 20 мм для I типа и до 10 мм для II и III типа
Для брусьев всех типов более 30 мм
Разработанные отверстия для прикрепителей в сочетании с гнилью
До 20 мм костыльные; до 25 мм шурупные.
Следы смещения подкладок отсутствуют
От 20 до 30 мм костыльные; от 25 до 40 мм шурупные.
Наблюдается смещение подкладок до 5 мм
Более 30 мм костыльные; более 40 мм шурупные.
Наблюдается смещение подкладок на 5 мм и более
Гниль древесины на верхней пласти и в зоне подкладок
Глубиной ( ) до 20 мм для I типа и до 10 мм для II и III типа длиной ( ) до 0,3 мм
Длиной для шпал и брусьев от 0,3 до 1,0 м
Глубиной под подкладками для шпал:
Выколы кусков древесины между трещинами
Длиной ( ) до 0,3 м глубиной 20 мм, не нарушающие работу скреплений
Длиной ( ) до 2/3 длины шпалы и 1/2 длины бруса, не нарушающие работу скреплений
Выколы, заходящие под подкладку и нарушающие работу скреплений
В зоне между торцом шпалы (бруса) и подкладки на одиночной шпале (брусе)
В зоне подкладок и между ними. В зоне между торцом и подкладкой при двух и более подряд шпалах (брусьях)
Суммарной длиной ( ) 0,25 м и более
Заходящее в зону подкладок
Таблица 3.7. Основные дефекты железобетонных шпал и меры по их предупреждению и устранению
Степень развития дефекта
Схематическое изображение дефекта
Основные причины появления и развития дефекта
Меры по предупреждению и устранению дефекта
Поперечные трещины в подрельсовой части шпалы
Просадки в стыках; растянутые зазоры в стыках; вертикальные ступени или седловины в стыках; неравномерная подбивка шпалы
Выправка пути в стыках с подбивкой шпал; регулировка зазоров; шлифовка рельса в месте ступеньки
Излом шпалы в подрельсовой зоне
Замена шпалы в плановом порядке
Поперечные трещины в средней части шпалы
Неправильное опирание шпалы на балласт (опирание середины при отрясенных концах или только концов шпал)
Сплошная выправка пути с нормальной подбивкой шпал (в подрельсовой зоне на длине 1 м от конца шпалы)
Излом шпалы в средней части
Замена шпалы в плановом порядке
Продольная трещина, проходящая через отверстия для закладных болтов
Передача сил угона рельсов на закладные болты из-за слабого их закрепления
Сплошное закрепление закладных болтов
Продольный раскол шпалы
Замена шпалы в плановом порядке
Сколы бетона шпалы
Удары по шпалам при их подбивке, транспортировке, разгрузке и т.д.
Замена шпалы при сколе по всей длине упорной грани в плановом порядке
Количество негодных брусьев в «кустах» на стрелочных переводах, лежащих на путях 1-3-го классов и металлических мостах, определяется по разметке на правой по счету километров нити.
На остальных стрелочных переводах количество негодных брусьев в «кустах» определяется по разметке на левой нити в направлении остряков к крестовине.
3.2.8. При одиночной замене негодных шпал, как правило, в путь должны укладываться старогодные шпалы, снятые при капитальных ремонтах пути.
3.2.9. С целью усиления пути и сбережения деревянных шпал допускается на путях 3-5-го классов укладывать вместо негодных деревянных шпал старогодные железобетонные шпалы по схемам, утвержденным МПС.
Шпалы
Часть I. Шпалы: факты.
Постоянная смена железнодорожных шпал и модернизация путей с заменой типов скреплений на более современные ведётся в России повсеместно. Рынок железнодорожных шпал в стране огромен. По данным ОАО «РЖД» на 2015 год, протяжённость железнодорожных путей составляет 85200 километров. Это значит, что при эпюре 1840 шпал на один километр, в пути уложено порядка 157 миллионов штук железнодорожных шпал. А ведь к этому надо добавить подъездные пути необщего пользования, принадлежащие сторонним организациям, и составляющие порядка 40000 километров, что дополнительно даёт ещё в среднем 64 миллиона штук шпал.
Ежегодно, десятки тысяч шпал изготавливаются и распространяются по стране, чтобы удовлетворить потребности отрасли для строительства новых, модернизации и ремонта уже введённых в эксплуатацию путей.
На самом раннем этапе развития железных дорог, дерево было доминирующим материалом, используемым при изготовлении шпал. В течение 20-го века начинают использоваться новые материалы в ответ на необходимость восприятия повышенных осевых нагрузок и высоких скоростей. На сегодняшний день существуют следующие разновидности железнодорожных шпал:
Далее мы рассмотрим преимущества и недостатки предлагаемых к использованию материалов.
Часть II. Шпалы деревянные
С момента появления в 1837 году первой в России общественной железной дороги и почти до конца 20-го века, дерево являлось доминирующим материалом при изготовлении шпал.
Деревянные шпалы просты в укладке и дальнейшем обслуживании, не требуют каких-либо специальных машин и механизмов. Материалоёмкость скреплений для них также низка и дешева. На закрепление одной шпалы требуется пара подкладок и десять костылей.
Вторым важным составляющим компонентом в изготовлении деревянных шпал является их пропитка. Качественную пропитку шпалы можно выполнить только в автоклаве под давлением, требования к пропитке прописаны в ГОСТ 20022.5-93. Однако, всё качественное дорого и зачастую шпалы пропитываются в «макалках» путём кратковременного погружения в емкость с пропитывающей жидкостью. Естественно, говорить о сроке службы такой шпалы даже в 7 лет не приходится.
Часть III. Шпалы железобетонные
Железобетонные шпалы впервые появились в России в начале прошлого века, а в конце 1950-х годов их начали производить массово. Для изготовления таких шпал бетон заливается в специальные формы, с предварительно напряженными металлическими арматурами, затем утрамбовывается и затвердевает.
Безусловно, железобетонные шпалы имеют большое количество плюсов:
Но есть и существенные минусы:
Но несмотря на все минусы, железобетонные шпалы все же являются самым распространенным типом шпал.
Шпалы разные нужны
В переводе с голландского «шпала» – «подпорка». Словарь Владимира Даля уточняет: «Поперечный лежень, подкладка, подушка». А в «Словаре русского языка» Сергея Ожегова говорится, что шпалы – это «массивные поперечные деревянные или железобетонные брусья, на которых укладываются рельсы». Современный «Словарь русского языка» дополняет: «Деревянный, металлический или железобетонный брус, укладываемый поперек железнодорожного полотна как опора для рельсов».
В России шпала появилась в 1834 году, когда отец и сын Черепановы испытали изобретенный ими паровоз на построенной для этой цели железнодорожной ветке. Затем были попытки укладывать шпалы на специальные каменные лежаки. А ровно сто лет назад, в 1903 году, на русских железных дорогах впервые были применены опытные железобетонные шпалы, которые имели сквозное цилиндрическое отверстие для облегчения их веса, а также для прикрепления к ним рельсов при помощи закладных болтов и клемм. Но широкого распространения эта конструкция не получила.
И все же такие «пустотелые» шпалы в небольшом количестве были уложены на Владикавказской, Екатерининской, Николаевской и других железных дорогах. Затем на смену им пришли шпалы с переменным сечением по длине, у которых были развитые подрельсовые блоки и относительно слабая средняя часть. В 1922 году на Южной железной дороге в эксплуатации их было около 6 тысяч штук. Но практически все они после непродолжительной эксплуатации были изъяты из пути.
Дальнейшие попытки применения железобетонных шпал с обычной, не напряженной арматурой оканчивались неудачей.
Главным недостатком всех железобетонных шпал была низкая трещиностойкость. Чтобы избавиться от него, была разработана конструкция из предварительно напряженного железобетона.
В то же время небезуспешными были попытки использования металлических шпал.
Впервые они были уложены на Мариупольском участке Донецкой железной дороги. А в 1912 году 135-километровый путь между станциями Гербы и Кельцы тоже «оделся» в металл.
Зато преуспела в использовании металлических шпал Германия. До 1939 года треть ее железных дорог была «подкована» ими. Немцы тщательно изучили все их преимущества. В частности, к металлическим шпалам надежно крепились рельсы, благодаря чему обеспечивалась высокая устойчивость пути. Это гарантировало безопасность движения поездов. Важно было и то, что вышедшие из строя шпалы сдавались в металлолом, и за них можно было получить фактически 40 процентов стоимости. Но и у них были недостатки. Укладка была сложнее и дороже, чем традиционных деревянных, затруднена их подбивка. К тому же в промышленных районах, где в воздухе немало химических примесей, они быстро ржавели. А при повышенных скоростях движения поездов создавали сильный и неприятный шум.
Но не только поэтому на отечественных железных дорогах отказались от них. Сказались экономические соображения. Вся металлургическая промышленность, учитывая протяженность наших дорог, работала бы только на выпуск рельсов и стальных шпал. Даже такой гигант черной металлургии, как Нижнетагильский металлургический комбинат, который ежегодно выдает на-гора 5,5 миллиона тонн продукции, не смог бы обеспечить потребности железнодорожной отрасли в шпалах.
Поэтому на наших дорогах до недавних пор преобладали деревянные шпалы, у которых много ценных качеств: упругость, большой коэффициент трения о балласт. Деревянную шпалу можно использовать для рельсов с различной шириной подошвы, а также при уширении колеи на кривых участках. А с началом электрификации железных дорог было по достоинству оценено еще одно ее важнейшее качество – сопротивление электрическому току. Это избавляло железнодорожников от лишней траты сил и средств на установку на шпалах специальной изоляции рельсовых цепей. К тому же сосновая шпала весит около 80 килограммов (железобетонная – 270), что облегчает ремонт пути.
Но, увы, был и остается у нее главный недостаток – недолговечность. Срок службы первых шпал – еловых – был всего 4 года. Вскоре их заменили сосновыми, а с 1886 года стали пропитывать хлористым цинком. И дело не только в том, что на их производство тратились немалые средства. Известно, что для изготовления шпал на один километр пути требуется вырубить практически два гектара леса, причем 80 – 100-летних сосен, которых становится все меньше.
Железнодорожникам приходится выслушивать справедливые замечания и от экологов. Шпалы, пропитанные креозотом, отравляют почву, а те, что отслужили свой век, зачастую не принимают на склады промышленных отходов. Совершенных технологий по их утилизации нет. По самым приблизительным подсчетам, на сети дорог их накопилось до 3 миллионов тонн.
Что же делать? Совсем отказаться от деревянных шпал? Это, как считают многие, пока нереально. Их эпоха еще не закончилась. И состояние пути долгие годы будет зависеть от их качества. Достаточно сказать, что на сегодняшний день 60 процентов колеи базируется на деревянных шпалах. Только к 2010 году их процент должен быть снижен до 40. Поэтому выход один – продлевать их жизнь. Во многих странах это делается успешно. Срок эксплуатации шпал, сделанных в Германии, например, фактически в два раза больше, чем сделанных в России. Почему же это не получается у нас?
Обратимся к технологии изготовления. В первую очередь важно добиться определенной влажности используемой древесины. Она должна быть не более 22 – 25 процентов. Но этого невозможно достичь, если от вырубки леса до пропитки шпал идет череда сплошных нарушений. Если за границей лес, предназначенный для изготовления шпал, рубят только в зимний период, так как древесина в это время имеет наименьшую влажность, то в России – круглый год. При этом доставляют ее на берега рек, чтобы сплавить плотами в порты, где перегружают на наземный транспорт для доставки на шпалопропиточные заводы. Процесс сушки должен длиться от шести месяцев до года, но зачастую не выдерживается. По сокращенной программе выполняется и пропитка. Допускаются и другие отклонения от технологии. В результате срок службы шпал вместо 15 – 17 лет сокращается до 11 – 13. Можно ли выйти из этого тупика?
Ученые ВНИИЖТа отвечают: да. Они убеждены, что увеличить срок эксплуатации деревянных шпал можно на треть, если лес рубить зимой, не сплавлять по озерам и рекам, а возродить узкоколейный транспорт, который будет доставлять древесину от мест вырубки до железнодорожной станции. И не страшно, что отказ от сплава приведет к некоторому удорожанию единицы продукции. Ведь за счет увеличения продолжительности эксплуатации шпал общая экономия составит 1,2 миллиарда рублей в год. Так что деревянные шпалы еще послужат. Они незаменимы при низких температурах.
Сегодня, когда железные дороги все дальше уходят на север, качеству пути должно быть придано особое значение. Именно на этом заострил внимание президент ОАО «РЖД» Геннадий Фадеев в ходе торжественного открытия участка Новый Уренгой – Коротчаево. Важно, говорил Геннадий Матвеевич, чтобы путь был надежным, чтобы заниматься им приходилось только в ходе сезонных работ.
Сибирские ученые разработали стратегию транспортной безопасности и транспортного освоения Сибири, предполагающую развитие здесь так называемой опорной железнодорожной сети. Речь идет о строительстве широтной полярной магистрали и меридиональных соединительных линий. Но можно ли будет здесь укладывать путь на железобетонном основании? Это еще предстоит выяснить. Ведь факты говорят о том, что железобетонные шпалы зачастую не выдерживают проверки холодом на Красноярской, Восточно-Сибирской и других магистралях. Здесь есть районы, где перепады температур в течение года достигают 100 и более градусов и вызывают очень большие внутренние напряжения в рельсовых плетях. Как быть?
Заведующий отделом конструкций железнодорожного пути комплексного отделения «Путь и путевое хозяйство» ВНИИЖТа Лев Крысанов считает, что будущее за железобетонными шпалами. Их преимущество перед деревянными неоспоримо. По цене они уже не дороже деревянных – в среднем одна стоит 350 рублей. Но стратегия, конечно же, определяется не только рублем. На первое место ставится безопасность движения поездов. И зачастую ЧП происходят по причине низкого качества пути.
Во многом проблему поможет решить бесстыковой, или, как еще говорят, «бархатный», путь на железобетонном основании. Только в прошлом году прирост такого пути составил 3 тысячи километров. В 2002 году на Вяземском, Кавказском, Лискинском заводах железобетонных шпал и других предприятиях было закуплено 9 миллионов штук.
Казалось бы, стратегия ясна. Еще в 1994 году в положении о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах РФ отмечалось, что на железобетонных шпалах должен быть бесстыковой путь, а звеньевой – на деревянных. Еще жестче эти требования отражены в положении от 2001 года, где, в частности, подчеркивалось: бесстыковой путь должен быть на железобетонных шпалах, а «применение звеньевого пути на деревянных шпалах согласовывается с Департаментом пути и сооружений МПС».
Взятого курса, несомненно, надо придерживаться. И все-таки многие специалисты считают, что рано списывать деревянную шпалу в запас. Этому учит и мировой опыт.
На железных дорогах Северной Америки до настоящего времени самыми распространенными остаются деревянные шпалы. Их доля в общем объеме шпал, используемых при ремонте пути и новом строительстве, превышает 90 процентов. И в ближайшей перспективе ожидается дальнейшее увеличение спроса на них. При этом ведутся разработки по совершенствованию конструкций комбинированных деревянных шпал, к которым относятся многослойные клееные шпалы и новые варианты слоистых шпал. Наряду с традиционными деревянными, железобетонными и стальными шпалами на железных дорогах Северной Америки расширяется применение пластиковых шпал, которые делаются из вторсырья, получаемого от переработки пластиковых бутылок (на одну шпалу требуется до тысячи бутылок). Ожидаемый срок службы этих шпал – 50 лет.
В странах Америки и Европы изготавливаются и композиционные шпалы – деревянные с пластиковым покрытием, синтетические. Спектр исследований широк. Синтетическая шпала была подвергнута стендовым испытаниям и после двух миллионов циклов нагружения сохранила свою работоспособность. Такие шпалы рекомендованы для укладки в кривых малого радиуса на грузонапряженных линиях.
Конечно, чужой опыт нельзя перенимать вслепую. Но почему бы не проверить, насколько он подходит для отечественных дорог? Ведь многие сотрудники института побывали в загранкомандировках, чтобы ознакомиться с передовыми технологиями. Так что же мешает использовать их, особенно сегодня, когда на НИОКР выделяется столько средств, сколько нужно?