ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПУТЬ

Термин «железнодорожный путь» относится к сфере железнодорожного транспорта. В связи с этим для корректного описания необходимо использовать определение, данное в национальном стандарте ГОСТ Р 55056-2012  «Транспорт железнодорожный. Основные понятия. Термины и определения».

В указанном документе железнодорожный путь определяется как часть инфраструктуры ж/д транспорта, состоящая из определенных конструктивных элементов (верхнее строение пути, земляное полотно и пр.). Такой подход приводит к классификации ж/д путей по двум направлениям. Первое учитывает их инфраструктурные признаки, второе – конструктивные особенности. Инфраструктурная классификация имеет более общий характер, поэтому будет рассмотрена в первую очередь.

Инфраструктурная классификация железнодорожных путей

Прежде всего все железнодорожные пути делятся на два больших класса: ж/д пути общего и необщего пользования. Такое деление зафиксировано в федеральном законе «О железнодорожном транспорте в Российской Федерации» (№ 17-ФЗ от 10.01.2003г.) В нем выделяются два вида железнодорожного транспорта – общего и необщего пользования, что и приводит к разделению железнодорожных путей на соответствующие типы.

Ж/Д пути общего пользования

Данный тип входит в инфраструктуру ж/д транспорта общего пользования и используется для ж/д услуг на основе публичной оферты. Это пути на станциях, ведущих приемку, отправку поездов, обработку пассажирских и грузовых потоков, а также ж/д пути между такими станциями.

В технических и  отраслевых изданиях иногда встречается близкий по смыслу термин «магистральные ж/д пути». Он справедливо применяется в отношении железных дорог, но так же используется для обозначения ж/д путей общего пользования, хотя корректность такого применения под вопросом, поскольку термина нет ни в ГОСТ 55056-2012, ни в ФЗ № 17-ФЗ от 10.01.2003г. В перечне стандартных обозначений для ж/д путей классификационный признак «магистральный» применяется только в отношении систем железнодорожной электросвязи. (ГОСТ Р 53431-2009 Автоматика и телемеханика железнодорожная)

Ж/Д пути необщего пользования

Указанный тип относится к структурам ж/д транспорта необщего пользования. Назначение – обслуживание на договорной основе  фиксированного списка потребителей. В этот же разряд попадают и ж/д пути, используемые различными железнодорожными организациями для собственных нужд. Следует подчеркнуть, что любой ж/д путь необщего пользования прямо или через другие пути обязательно примыкает к сети общего пользования.

Виды ж/д путей общего пользования

В документах по техническому регулированию выделяется несколько видов ж/д путей общего пользования. Классификационными признаками служат назначение и положение в железнодорожной инфраструктуре, а также особенности конструкции.

Главный путь 

Рациональная организация ж/д перевозок предполагает выделение специального пути, обеспечивающего безостановочное движение без отклонений на стрелочных переводах на станциях, разъездах и между ними. Такой путь называется главным. Таким образом, главный путь – это путь железнодорожного перегона и его продолжение на станции.

Боковой путь

Главные пути за редкими исключениями не имеют отклонений на стрелочных переводах. Железнодорожный путь после отклонения на стрелочном переводе получает статус бокового ж/д пути. Пути такого вида размещаются на станциях, разъездах, путевых постах. Они обеспечивают путевое развитие, необходимое для обеспечения операций по обработке грузовых и пассажирских потоков, обгона и скрещения поездов.

Станционный железнодорожный путь

Название данного вида точно указывает на его положение в ж/д-инфраструктуре общего пользования. Станционными считаются все  железнодорожные пути в пределах ж/д станции. Назначение их может быть различным, по этому признаку они делятся на следующие виды:

• Главные;
• Сортировочные;
• Приемоотправочные;
• Погрузочно-выгрузочные;
• Соединительные;
• Деповские
• Вытяжные.

Выделение станционных ж/д путей в отдельный вид завершает классификацию по инфраструктурному признаку. Дальнейшее деление на типы связано с их конструктивными особенностями. В связи с чем необходимо привести краткое описание элементов, входящих в состав ж/д пути.

Специализированный по направлению железнодорожный путь

Как следует из названия данный тип предназначен для движения в выделенном направлении. Для этого он оснащается средствами сигнализации, предусмотренными для одностороннего движения железнодорожных поездов.

Железнодорожный путь высокоскоростного ж/д транспорта

Данный вид рассматривается в инфраструктурном разделе по одной единственной причине – в документах по техническому регулированию он определяется как подсистема инфраструктуры высокоскоростного железнодорожного транспорта. В эту подсистему входят: верхнее строение пути, земляное полотно, искусственные сооружения и полоса отвода с водоотводными, противодеформационными, защитными и укрепительными сооружениями земляного полотна.

Из определения следует, что состав конструкции высокоскоростного ж/д пути не отличается от обычного. Однако, мировой опыт показал, что скорости порядка 200 км/ч и более накладывают совершенно иные требования к элементам конструкции. В результате в РФ сложилась следующая ситуация.

В настоящий момент земляное полотно железных дорог должно проектироваться с учетом требований СП 119.13330.2012 «Железные дороги колеи 1520 мм», СП 32-104-98 «Проектирование земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм» и СП 238.132600.2015 «Железнодорожный путь». Однако действие перечисленных нормативов распространяется на скорости движения пассажирских поездов до 200 км/ч.

На момент начала 2020г. единственным утвержденным и зарегистрированным документом, регламентирующим строительство высокоскоростных путей, являются СТУ ВСМ 2014 Специальные технические условия «Проектирование участка Москва - Казань высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва - Казань – Екатеринбург со скоростями движения до 400 км/ч». Другие нормативные документы находятся в стадии разработки. В итоге приходится констатировать, что типовых конструкций и решений, правил и норм проектирования  высокоскоростных ж/д путей в России не существует. В связи с этим в дальнейшем будет дано только краткое описание конструкции уже действующих участков.

ЖД путь: состав, конструкция

Как уже сказано выше, ж/д путь является частью инфраструктуры железнодорожного транспорта. В ГОСТ Р 55056-2012 и СП238.1326000.2015 зафиксирован стандартный состав элементов железнодорожного пути. В него входят:

• верхнее строение пути;
• земляное полотно с технологическими, защитными и укрепительными сооружениями в полосе отвода;
• искусственные сооружения.

Если учесть, что земляное полотно и искусственные сооружения составляют нижнее строение пути (ГОСТ Р 55056-2012 Транспорт железнодорожный. Основные понятия. Термины и определения.), то конструкцию можно описать, как совокупность верхнего строения пути, нижнего строения пути и ряда защитных сооружений в полосе отвода.

На рис. 1 показана типичная схема ж/д пути.

Рис.1 Схема железнодорожного пути.

1 – решётка рельсошпальная (путевая решетка); 2 – балластная призма;
3 – песчаная подушка; 4 – земляное полотно

Примечательно, что конструкция ж/д пути, если не принимать во внимание высокоскоростные варианты не претерпела каких-то принципиальных изменений за последние 100 лет. Прогресс заключается только в замене деревянных шпал на железобетонные (ГОСТ Р 54747-2011) с соответствующим изменением рельсовых скреплений, а также в применении рельсов типа Р75 (ГОСТ 16210-77). Кроме того, был проведен переход на бесстыковой путь (ТУ2000 «Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути).

План, профиль ж/д пути, показатели надежности

План и профиль ж/д пути в значительной мере определяют затраты на строительство и эксплуатационные показатели.

План – проекция трассы на горизонтальную плоскость.  В плане ж/д путь представляет собой комбинацию прямых вставок, круговых и переходных криволинейных участков. Переходные криволинейные участки необходимы для организации плавного перехода от прямых к круговым участкам.  Участок перехода строится по радиальной спирали (клотоиде).

Уменьшение радиуса криволинейных участков существенно снижает стоимость строительства, но при этом падают эксплуатационные характеристики, растут расходы содержание, увеличивается скорость износа рельсов и колесных пар, снижается безопасность. В настоящее время радиус криволинейных участков ограничен СП 119.13330.2012.

Другой важнейшей характеристикой железнодорожного пути является продольный профиль. Это развертка на вертикальную плоскость продольного разреза по оси пути. Она состоит из набора прямых отрезков различной длины с разными углами наклона к горизонтальной плоскости (Рис.2). С такими углами связана специфическая характеристика, применяемая в ж/д документации – уклон. Он определяется как отношение разности значений горизонтальных отметок на концах участка к его длине. Единицей измерения является разница в 1м на 1 км, т.е. 0,001, что обозначается как ∆ = 11 ^о/_оо.

Рис.2 Продольный профиль (проектная линия) ж/д пути

Величина уклона является одной из ключевых характеристик участка пути. Его максимально допустимое значение называется ограничивающим уклоном. От него зависит на весовая норма поездов скорость движения, затраты на энергоресурсы при перемещении подвижного состава по участку. Также, большая разница уклонов на стыке участков (> 2 – 3 ^о/_оо) приводит к необходимости формирования вертикальных круговых участков.

С продольным профилем также связано противоречие между стоимостью строительства и показателями эксплуатации. Стремление удешевить строительство ведет к сохранению больших уклонов, тогда как задача повышения производительности и безопасности требует их минимизации. В итоге максимальный уклон ограничивается Сводом правил СП 119.13330.2012 до следующих значений:

• 40‰. Скоростные и пассажирские линии;
• 18‰. Особо грузонапряженные и линии категории I;
• 20‰. Категории II;
• 30‰.  Категории III;
• 40‰. Категории IV и V.

Балластная и безбалластная конструкция верхнего строения пути

На Рис.1 показана широко распространенная балластная схема верхнего строения пути. В ней нагрузки, возникающие при прохождении подвижного состава, воспринимаются и передаются на земляное полотно балластной призмой из гранитного щебня. Схема доказала свою эффективность, но при увеличении скоростей и нагрузок она не способна обеспечить соответствие  растущим требованиям по точности и стабильности геометрических параметров верхнего строения пути, максимальным упругим и остаточным деформациям, уклонам от осадки. Также балластная схема затрудняет создание устойчивого «гладкого» стыка с искусственными сооружениями.

Недостатки балластной схемы обусловили  активное развитие безбалластных (плитных) конструкций в первую очередь в области высокоскоростного движения. Безбалластная схема строения верхнего пути показана на рис.2.

Рис.2 Безбалластный путь

Очевидно, что рельсошпальная решетка на сплошном бетонном основании обладает высокой прочностью, стабильностью, способна выдержать значительные статические и динамические нагрузки. Такой тип верхнего строения пути не требует больших объемов обслуживания, более безопасен. Однако при этом его стоимость в 5 – 6 раз выше, чем у балластного варианта, и при этом практически отсутствует возможность модернизации. Вдобавок ко всему серьезную проблему представляет утилизация верхнего строения при выводе из эксплуатации. Также, в процессе эксплуатации выявились недостатки, связанные с сооружением безбалластных путей на высоких (более 5 м) насыпях.

Повышенный железнодорожный путь

По железным дорогам перевозятся значительные объемы сыпучих грузов, что требует эффективных решений по их выгрузке из вагонов.  Для открытых складов оптимальным вариантом является повышенный железнодорожный путь (Рис.3).

Рис.3. Повышенный железнодорожный путь.

Повышенные пути строятся высотой не более 3 м, ширина их не превышает 2,6 м. Специальных стандартов для этого вида не разрабатывалось, но существует достаточное количество типовых проектов. В соответствии с ними для увеличения высоты вместо насыпи создается ячеистая конструкция из железобетонных плит или фундаментных блоков. Ячейки засыпаются, поверх них укладывается балластная призма с рельсошпальной решеткой. Опорой для всей конструкции служит грунт или бетонное основание.