ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ДОРОГ

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена сравнению балластной и безбалластной конструкции пути. Более подробно рассматривается оценка преимуществ и недостатков безбалластной конструкции пути. Основной задачей является оценка использования безбалластной путевой структуры для строительства высокоскоростных линий.

ABSTRACT

The article is devoted to the comparison of ballast and non-ballast track construction. The assessment of the advantages and disadvantages of a ballastless track design is considered in more detail. The main task is to evaluate the use of a ballastless track structure for the construction of high-speed lines.

Ключевые слова: строительство, безбалластный путь; конструкция пути, балластной слой.

Keywords: construction, ballastless track; track construction, ballast layer.

Конструкция пути бывает обычная (с балластом пути) и безбалластная (без балласта пути). При решении вопроса о выборе наиболее подходящей конструкции пути для высокоскоростных дорог необходимо подчеркнуть, что с увеличением скорости движения возрастают требования к качеству геометрии пути, в том числе к величине отклонений отдельных геометрических параметров пути от проектных значений. Поэтому при оценке выбора путевой структуры – особенно для высокоскоростных дорог необходимо правильно оценивать общие затраты (инвестиционные и эксплуатационные) на достаточно длительный срок.

В обычном путевом строительстве балластный слой выполняет функцию передачи силовых воздействий от рельсовых опор на основание пути и служит для придания большей упругости верхнему строению пути (ослабляет динамические усилия от движущихся транспортных средств); в то же время противостоит смещению пути в поперечном и продольном направлениях, обеспечивает отвод дождевой воды с пути и позволяет регулировать геометрию пути по направлению и высоте. В случае безбалластного пути балластный слой заменяется цементо-бетоном или асфальтобетоном, и таким образом функцию передачи нагрузки подвижного состава берет на себя несущий бетонный слой [1].

Рисунок 1.Безбалластный путь типа RHEDA 2000 перед заливкой

Преимущества и недостатки безбалластного пути

Преимущества безбалластного пути по сравнению с традиционной конструкцией пути:

• Значительно более низкие требования к техническому обслуживанию (только замена изношенных рельсов или элементов рельсового скрепления, без трамбовки, без очистки от гравия), и, следовательно, очень низкие эксплуатационные расходы, отсутствие перерывов в работе и минимальное владение путями.
• Более длительный срок службы (заявлен не менее 50 лет, в Германии по внутреннему регламенту).
• Меньший вес конструкции при меньшей строительной высоте, что отражается в меньшей нагрузке на путевое основание (особенно мостовые конструкции).
• Высокая поперечная и продольная устойчивость пути, что особенно важно для устойчивости бесстыкового рельса.
• Практически беспыльная работа.
• Отсутствует риск повреждения от летящего гравия с железнодорожного полотна, при котором отдельные зерна балласта засасываются проходящим подвижным составами выбрасываются за пределы пути. Точнее, не требуется никаких дополнительных мероприятий в конструкции пути для предотвращения этого опасного явления (заделки гравия в полотне пути). Летучий гравий не только уничтожает рельсовый транспорт, но и повреждает всю конструкцию верхнего строения пути (чаще всего повреждаются шпалы и рельсовые скрепления, но повреждаются и рельсы).

Недостатки безбалластного пути по сравнению с обычной конструкцией пути:

• Более высокие инвестиционные затраты. Кратность значительно варьируется, особенно в зависимости от стран и их разных цен на сырье, затрат на рабочую силу и стоимость машин, а также в зависимости от объема строительства безбалластного пути. В условиях Чехии кратность предполагается примерно на уровне двух-трехкратной инвестиционной стоимости пути с балластным полотном. Однако при строительстве новой высокоскоростной железной дороги инвестиционные затраты на верхнее строение железной дороги редко превышают 10% от общих затрат, поэтому более дорогая безбалластная колея немного кратно удорожает всю конструкцию.
• Необходимы высокие требования к точности и качеству строительства – но такие же, как и к другим цементобетонным или асфальтобетонным конструкциям. Геометрия пути не может быть значительно скорректирована, однако безбалластные системы скрепления пути позволяют перемещать рельсы по вертикали и поперек с точностью до нескольких десятков миллиметров.
• Более высокие шумовые выбросы, которые можно устранить путем добавления элементов активной шумозащиты (поглотители, рельсовый демпфер и т.п.); однако эти элементы увеличивают капиталовложения и эксплуатационные расходы.

Рисунок 2. Машинная укладка гидросвязанного слоя под верхнюю бетонную плиту

• В случае разрушения конструкции (сход с рельсов, осадка фундамента и т. д.) требуется капитальный и дорогостоящий ремонт. Однако в случае последствий движения поезда (схода с рельсов) обычно требуется меньше времени, чем эвакуация транспортных средств и расследование ЧП на месте. Также в устройство безбалластного пути входит понятие его ремонта и реабилитации. Большинство типов безбалластных путевых сооружений могут быть введены во временную эксплуатацию в сравнительно короткие сроки после возникновения чрезвычайного события или возникновения неисправности, а последующая доводка до исходного состояния затем может осуществляться в плановом путевом владении.
• Более трудоемкий и финансово затратный демонтаж его конструкции и последующая утилизация полученного материала по окончании безбалластного срока службы пути.

Другие факторы, влияющие на решение о выборе типа железнодорожного строительства 

Помимо требования к длительному сроку службы и в то же время низким затратам на техническое обслуживание, верхнее строение пути должна быть спроектирована таким образом, чтобы она легко выдерживала воздействие мороза, а ее состав не проявлял деформации.

При традиционной конструкции пути с балластным слоем процесс повышенного износа отдельных зерен гравия начинается при приближении частоты вынужденных колебаний к 30 Гц. При межосевом расстоянии в тележке 2,50 м и идеальном контакте колеса с рельсом такая ситуация возникает при скорости поезда около 270 км/ч. Другие факторы, такие как неровности поверхности колеса или дефекты рельсов, также способствуют достижению этой частоты. С увеличением скорости и частоты движения поездов, увеличением амплитуд вибрации и повышением динамических нагрузок интервалы технического обслуживания верхнего строения пути необходимо укоротить [4].

Вывод. Экономическая оценка строительных работ является основополагающим критерием, определяющим их выполнение, точнее объем. В этой оценке необходимо правильно установить срок окупаемости инвестиций, который в достаточной степени учитывает срок службы основных компонентов конструкции, а также затраты на содержание и деятельность по владению. При рассмотрении стоимости жизненного цикла (LCC) инвестиционные затраты составляют лишь часть общих затрат, и оказывается, что затраты на техническое обслуживание часто значительно превышают инвестиционные затраты.

Поэтому при оценке выбора путевой структуры особенно для высокоскоростных дорог– необходимо и правильно оценивать общие затраты (инвестиционные и эксплуатационные) на достаточно длительный срок. Это количество лет в идеале должно быть равно значению наименьшего общего кратного срока службы безбалластного пути и срока службы традиционной путевой структуры с балластным полотном, поскольку в этом случае остаточная стоимость обоих вариантов будет равна нулю. по истечении срока окупаемости и, кроме того, можно будет легко включить в общие затраты затраты на демонтаж пути.

Список литературы:

1. Колос Алексей Федорович, Петряев Андрей Владимирович, Колос Ирина Владимировна, Говоров Вадим Владимирович, Шехтман Евгений Иосифович Основополагающие требования к конструкции земляного полотна высокоскоростных железнодорожных линий // БРНИ. 2018. №1.
2. Кахаров З. В. и др. ТРЕБОВАНИЕ К ВЕРХНОМУ СТРОЕНИЯ ПУТИ НА ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЯХ //Евразийский Союз Ученых. Серия: технические и физико-математические науки. – 2021. – №. 4. – С. 45-48.
3. Кахаров З. В., Кодиров Н. Б. ПРИНЦИПЫ И МЕХАНИЗМЫ СЛИЯНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И ПРОИЗВОДСТВА В ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗАХ //Международное сотрудничество: опыт, проблемы и перспективы. – 2021. – С. 65-67.
4. Мирзахидова О. М. ПЕРСПЕКТИВЫ СТРОИТЕЛЬСТВА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ В УЗБЕКИСТАНЕ // Научные исследования в области образовательных наук. – 2021. – Т. 2. – №. 2