Главная

Статьи

Шпалы железобетонные железнодорожные, конструкция, укладки

Шпалы железобетонные железнодорожные, конструкция, укладка и крепления

Простой, но необходимый элемент любой железной дороги — шпалы железобетонные железнодорожные. Они фиксируют рельсы, обеспечивают прочную основу для укладки полотна, поддерживают стабильность и безопасность пути. Шпалы изготавливаются из дерева или железобетона. Железобетонные изделия отличаются повышенной прочностью и долговечностью. Это надежная рельсовая опора, изготовленная как цельная армированная балка с переменным сечением. Такие шпалы используются на большинстве ж/д путей по всему миру. Рассмотрим особенности маркировки, производства, монтажа и обслуживания этой важной части железной дороги.

Вес, длина и классы железобетонных шпал

Чтобы обеспечить надежность железнодорожного полотна, необходимо чтобы всего его элементы были стандартизированы, легко комплектовались, были взаимозаменяемыми. При прокладке железнодорожного полотна в России используют стандартизированные типы и виды железобетонных шпал по габаритам, весу, типу крепления. Принята классификация по классам:

крепление с клемно-болтовым соединением на опоре — Ш1;
с нераздельным соединением с рельсами с помощью притяжки — Ш2;
нераздельное крепление к рельсом — Ш3;
с дюбельно-шурупным соединением — Ш5ДФ;
анкерное соединение — ШС АРС.

В зависимости от класса, шпалы различаются по длине, весу, особенностям применения. Маркировка позволяет быстро уточнить сферу использования изделия ЖБИ:

типовые — для прямых участков пути;
М — мостовые, для мостов и путепроводов;
К — для участков пути с радиусом искривления до 350 м;
Ч — челночные, используются в тоннелях;
Ш-3 Д 750 — для крепления рельс Р-43 (детская ж/д, подземные пути, логистика).

Специальные типы деревянных и железобетонных шпал применяют для обустройства стрелочных переводов, крановых путей, совмещения путей, на электроподстанциях.

Важно: Шпалы бывают моноблочные (цельнобрусковые) или двублочные (две бетонные рельсовые опоры крепятся к стальному стержню). Спасский завод ЖБИ

При объеме одного изделия около 0,108 м3 бетона средний вес железобетонных шпал 270-290 кг. Предварительно напряженные армированные изделия тяжелее стандартных. Современные технологии укладки и высокий уровень механизации процессов позволили нивелировать недостатки большой массы жб-изделий.

Профиль ж/б шпал имеет сложное сечение. В наиболее высокой точке он достигает 230 мм, в средней части — 160 мм, в торцевых краях — 185 мм. Длина шпал для путей общего пользования составляет 270 см, ширина 30 см. Эти параметры неизменны, так как все железные дороги в России строятся по единому стандарту.

Государственные стандарты и требования к железобетонным шпалам

При строительстве необходимо соблюдать все технические требования и нормы безопасности для обеспечения надежности и долговечности железнодорожного пути. Неправильно установленные шпалы могут привести к деформации и повреждению пути, что грозит созданием опасных ситуаций или нарушением движения поездов.

Стандарт 1081 - 97 и ГОСТ шпалы железобетонные 33320-2015 регламентируют размеры разных сортов ЖБИ изделий для железнодорожного полотна. В России действует два сорта изделий:

I — строгое соответствие стандартам по длине, ширине, углу наклона, а также плотности примыкания к другим элементам ж/д полотна;
II — допустимы незначительные отклонения по размерам и растрескиванию.

Железобетонные шпалы должны набирать нормативную прочность через 28 суток, однако 70% прочности достигается уже на 7 сутки.

Скрепления для железобетонных шпал

Дорожное полотно состоит из насыпи земляного полотна, подрельсового основания (блоки и шпалы), рельс и скрепления. Последнее — это деталь, которая соединяет рельсы и шпалы или сами рельсы между собой. Значение скрепления для железобетонных шпал заключается в обеспечении прочности, надежности и пространственной жесткости колеи. Высокотехнологичные скрепления новых поколений значительно снижают уровень вибраций подвижного состава.

Сравнение железобетонных и деревянных шпал

Еще один элемент российской железной дороги, постепенно уступающий путь всему новому — деревянные шпалы. Они служили надежной опорой железнодорожного полотна больше 180 лет. Дерево обеспечивало упругость опоры, легкость крепления рельс, защиту от статического электричества. Оно легко в обработке, создает хорошее сцепление со щебнем, устойчиво к вибрациям и ударам, стойко переносит колебания температуры.

Минусы деревянных шпал — склонность к гниению несмотря на защищающие от разрушения пропитки, подверженность биологическим угрозам (повреждениям насекомыми).

Железобетонные изделия не требуют регулярной обработки защитными составами с характерным запахом креозота, потому что не гниют, не ржавеют, не рассыхаются. Они долговечнее, надежнее и устойчивее к статичным и динамичным нагрузкам, чем деревянные. Ж/б шпалы дешевле в монтаже и не требовательны в обслуживании во время эксплуатации.

Минус ЖБИ — необходимость применения спецоборудования при укладке ж/д полотна, а также большой вес.

Виды скреплений:

КБ — клеммно-болтовое, включают подвиды Ш-1 (раздельное) с углами наклона 55о (Ш-1-1) и 72о (Ш-1-2), Ш-2 с нераздельной фиксацией;
ЖБР — для железобетонных шпал, отличается повышенной упругостью, легкостью монтажа и обслуживания;
АРС — бесподкладочное упругое анкерное скрепление, для высокоскоростных и грузонапряженных линий;
ДФ (Ш-5) - шурупно-дюбельное.

Раздельные типы скреплений предварительно крепят к рельсу, а затем при помощи подкладки к опоре. Нераздельные конструкции для фиксации рельса постепенно теряют актуальность. Им на смену приходят раздельные или смешанные скрепления.

Технология укладки и крепления железобетонных шпал

Железнодорожное полотно в России прокладывается по самому разному рельефу — песчаным или глинистым почвам, низинам, пригоркам, перелескам, по берегам рек и предгорьям. На выбор марок шпал и способов крепления рельс влияет широкий комплекс условий от способа выравнивания грунта до материалов, положенных в основание.

При укладке новых линий на расстояние больше 10 км используют преимущественно звеньевой способ. Длина звена — 25 м. В рамках этого метода задействуют путеукладочный или консольный кран, трактор-тягач и путеукладчик. Этапы сборки рельсошпальной решетки на полевом стане или звеносборочной базе:

укладка железобетонных шпал;
укладка и выравнивание рельс;
сборка звена скреплениями;
доставка на место монтажа готовой конструкции.

Этапы раздельной укладки:

Перед началом укладки необходимо проконтролировать правильность формирования подушки, так как от ее состояния зависит уровень возможного проседании пути в ходе эксплуатации.
Проводится разбивка оси земляного полотна, шаг 25 м.
Завоз и выгрузка материалов на минимальном расстоянии от места работы.
Размещение шпал в порядке, соответствующем схеме.
Укладка в рабочее положение с помощью шпалоукладчика. Автоматизация сокращает сроки работы, повышает точность монтажа.
Сборка звена, скрепление рельс и шпал. Необходимы инструменты — гидравлические домкраты, рихтовщики.
Подбивка и уплотнение основания, выравнивание ж/д полотна при помощи электрошпалоподбойки.

Поэлементная сборка эффективна на небольших участках до 10 км длиной. Сборка выполняется на сформированном земляном валу с помощью автоматизированного инструмента. Необходим автомобильный стрелковый кран, путевые тележки, а также средства малой механизации.

Контроль качества и испытания железобетонных шпал

Все ЖБИ подвергают поэтапному и выходному контролю на производстве. Недостатки и дефекты железобетонных шпал выявляются в ходе испытаний на трещиностойкость, изгиб, сжатие, а также морозостойкость, качество ж/б поверхностей. Проверка проходит с применением высокоточного измерительного оборудования.

Контроль состояния железной дороги выполняется регулярно. Комиссионный осмотр — дважды в год, весной и осенью. Проводится визуальная проверка, диагностика с использованием путеизмерительной тележки ПТ-7МК, а также ультразвуковая дефектоскопия.

Признаки износа железнодорожных шпал:

утрата целостности, трещины, сколы больше 40х15 мм;
обнажение арматуры, не считая краевых окончаний на торцах (до 15 мм);
наплывы бетона, появившиеся в проушинах для закладных болтов;
пустоты вокруг арматурных прутов, в том числе на торцевых сторонах шпалы.

Необходимо оценить сопротивление рельсошпальной решетки сдвигу поперек пути. Проверяется закрепление пути, наличие элементов, расположенных не по эпюре, нарушение величины стыковых зазоров и другие параметры.

Ремонт и утилизация железобетонных шпал

После укладки в железнодорожное полотно шпалы могут прослужить 50-60 лет при условии соблюдения технологического обслуживания согласно инструкции. Ремонт железобетонных шпал не возможен, поврежденный элемент демонтируется и заменяется. Возможно замещение как целого звена, так и отдельных шпал или метизов. Демонтированные ЖБИ измельчаются в специальных щековых дробилках.

Утилизация железобетонных шпал позволяет получить вторсырье в виде щебня различных фракций. Этот материал применяют в строительстве для формирования насыпей, котлованов, оснований для сооружений. Это экологически безопасный метод утилизации.

Производство железобетонных шпал

Для производства железобетонных шпал используют морозостойкие бетоны (F200 и выше) марки М500, высокопрочные бетоны В40. Допустимо включения щебня крупнее 20 мм не более 10%. Предпочтительно использование мелкофракционных (от 5 мм) натуральных заполнителей, гравия.

Усиление конструкции с помощью армирования позволяет повысить устойчивость ЖБИ к статическим и динамическим нагрузкам, изгибу и растяжению. Производители используют холоднодеформированную проволоку (S 3-8 мм), стержни (S 8-10 мм), горячекатаный профиль ( D 8-10 мм), арматурные канаты (D6-14 мм).

При замешивании бетонной смеси обеспечивается высокая однородность раствора. Заливка выполняется в формы с предварительно напряженной арматурой. Уплотнение способом виброформования обеспечивает равномерное схватывание и быстрое затвердевание раствора. Бетон однороден по всей толщине блока. Качество шпал закрепляется в процессе сушки в специальных камерах.

Классическая конструкция железобетонных шпал многократно протестирована, тщательно рассчитана и проверена в работе. Несмотря на это, конструкторы продолжают работу по выработке более эффективных и надежных вариантов опорных элементов железнодорожного пути.

Для улучшения сопротивления сдвигу железобетонных шпал разработана оригинальная конструкция. Такие ЖБИ могут использоваться на путях всех типов. Их отличительная черта — ярко выраженная переменность габаритов продольного сечения, а также наличие двух массивных подрельсовых блоков.

Текущее состояние и перспективы развития использования железобетонных шпал

В XXI веке армированные железобетонные конструкции постепенно заменяют устаревшие деревянные шпалы на большинстве российских железных дорог этому способствует повышение качества бетонных составов, новые способы армирования изделий, создание более эффективных креплений железобетонных шпал.

Из-за того, что размер колеи строго регламентирован по всей стране, размеры жб-элемента остаются неизменными. Улучшаются его рабочие и прочностные характеристики, повышается экономичность, снижается трудоемкость укладки полотна ж/д. Растет востребованность бесшумного бесстыкового пути.

Перспективы развития железобетонных шпал связаны с постоянным совершенствованием технологий производства, увеличением прочностных характеристик и снижением эксплуатационных затрат. Исследуется возможность использования более экологически чистых материалов.

Заключение

Железобетонные шпалы — необходимые элементы железнодорожного пути, изготовленные из армированного бетона. Это прочные и долговечные конструкции, которые применяются для фиксации рельсов, обеспечения безопасности, скорости и стабильности движения поездов.

Принцип производства железобетонных шпал прост — из бетонной смеси формируется балка, усиленная металлическим прутом. Для обеспечения качества, надежности и соответствия нормативам для отверждения бетона создаются специальные условия. В рамках выходного контроля шпалы проходят испытания на прочность, однородность, измерения габаритов, по результатам которых оформляется паспорт каждого изделия в партии.

Технология укладки железнодорожного полотна включает в себя подготовку основания, соблюдение технологических интервалов, тщательную фиксацию рельсов и уплотнение полученного полотна.

Железобетонные шпалы обладают рядом преимуществ перед деревянными. Это долгий срок службы (50 лет), стойкость к влажности, ржавчине, гниению, механическим нагрузкам и погодным условиям. Они не требуют постоянного техобслуживания и в перспективе более экономичны.

Консультационная поддержка по вопросам выбора, производства и использования железобетонных шпал предоставляется специалистами компании-производителя.