669

На путях 3, 4 и 5 классов следует применять старогодные железобетонные шпалы. Допускается в конкретных условиях при технико-экономи-ческом обосновании применять новые железобетонные шпалы первого сорта на путях 3, 4 и 5 классов, второго сорта — на путях 4 и 5 классов.

Железобетонные шпалы рассчитаны на применение в прямых и кривых участках пути радиусом 350 м и более. В кривых радиусом менее 350 м допускается применение специальных железобетонных шпал с переменным размером а или а/ на рис. 4.1, определяющим ширину колеи. Такие шпалы обозначают индексом К и двумя последними цифрами номинальной ширины колеи.

Рис. 4.1. Подрельсовая часть шпал типа Ш1 и Ш2

Вкруговых кривых радиусом от 349 м до 300 м включительно с номинальной шириной колеи 1530 мм следует применять шпалы типоразмера Ш-К30.

При радиусе круговой кривой 299 м и менее с номинальной шириной рельсовой колеи 1535 мм следует применять шпалы типоразмера Ш-К35 [75].

Впереходных кривых с переменной шириной колеи, в зависимости от радиуса и длины отвода уширения, следует последовательно укладывать специальные шпалы с индексом К, соответственно типов К22, К24, К26, К28 и К32.

Конструкция железобетонных шпал предусматривает установку на них рельсовых скреплений, допущенных к применению на путях соответствующих классов и категорий, включающих упругие прижимные элементы (клеммы, шайбы), амортизирующие и виброизолирующие нашпальные и подрельсовые прокладки, электроизолирующие втулки или уголки и другие детали.

Железобетонные шпалы, в соответствии с Положением, следует укладывать на щебеночном или гравий- но-песчаном балласте. Допускается применение балласта из отходов асбестового производства.

Конструкция балластной призмы и толщина балластного слоя под железобетонными шпалами должны соответствовать утвержденным профилям.

Земляное полотно перед укладкой железобетонных шпал необходимо обследовать и обнаруженные больные места (пучины, просадки и др.) оздоровить.

Система ведения хозяйства с железобетонными шпалами должна предусматривать наиболее полное использование их ресурса за счет многократного повторного применения в главных и станционных путях.

Типы железобетонных шпал, принятые к серийному применению на железных дорогах Российской Федерации или применяемые в порядке накопления широкого эксплуатационного опыта, а также применяемые на них рельсовые скрепления, указаны в [75].

Форма и размеры шпал должны соответствовать приведенным в утвержденных рабочих чертежах (см. рис. 4.1).

Действительные отклонения в размерах не должны превышать предельных значений, указанных в рабочих чертежах.

Шпалы в зависимости от величины отклонений в размерах подразделяют на два сорта: первый и второй. Подуклонка (уклон подрельсовых площадок шпалы к линии, соединяющей центры подрельсовых площадок разных концов шпалы в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось шпалы) должна

быть в пределах от 1:18 до 1:22.

Пропеллерность (алгебраическая разность уклонов подрельсовых площадок разных концов шпалы в поперечном к оси шпалы направлении) не должна быть более 1:80.

Угол наклона β опорных плоскостей углубления в подрельсовых площадках шпалы к плоскости подрельсовой площадки должен составлять:

– для шпал типов Ш-1, Ш-2, Ш-АРС — 55°;

– для шпал типов Ш-3 — 60–2°.

103

Отклонения от прямолинейности верха подрельсовых площадок по всей их длине и ширине не должны превышать 1 мм для шпал первого сорта и 2 мм для шпал второго сорта.

В шпалах не допускаются:

–трещины в бетоне (кроме местных усадочных);

–местные наплывы бетона на подрельсовых площадках, в каналах для закладных болтов и каналах дюбелей.

Шпалы должны быть армированы предварительно напряженной проволочной или стержневой арматурой периодического профиля.

Диаметр и класс прочности арматуры, число и расположение арматурных элементов, величина начального натяжения, а также отклонения в величине этих значений, должны соответствовать утвержденным техническим условиям и рабочим чертежам шпал.

Концы напряженной арматуры не должны выступать за торцовые поверхности шпал более 20 мм. Шпалы должны быть изготовлены из тяжелого бетона, имеющего прочность на сжатие В40 по ГОСТ

26633–91, морозостойкость не менее F200 по ГОСТ 10060.0–10060.3 и отпускную прочность не менее 34,2 МПа (349 кгс/см2) по ГОСТ 18105.

Шпалы должны пройти испытания на трещиностойкость по ОСТ 32.152–2000 в зависимости от этих испытаний отнесены к первому или второму сорту и иметь соответствующую маркировку.

Закладные детали в шпалах должны отвечать требованиям нормативной документации на них.

Шпалы типа Ш-3 и Ш-3-Д должны обеспечивать электрическое сопротивление между парами закладных болтов или шурупов на разных концах шпалы не менее 10–20 кОм по ОСТ 32.152–2000.

До сборки звеньев проводят выборочную проверку качества полученных шпал по их основным параметрам, влияющим на ширину колеи и работу рельсов (см. рис. 4.1).

Применение железобетонных шпал как составного элемента бесстыкового пути с раздельным рельсовым скреплением типа КБ одновременно сопровождается выполнением всего комплекса требований, предъявляемых к этому виду пути действующими Техническими указаниями по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути (далее — ТУ-2000) [32].

При сборке рельсовых звеньев с железобетонными шпалами следует обеспечивать правильное взаимное расположение всех деталей рельсовых скреплений на подрельсовых площадках шпал с точным совпадением отверстий в подкладках, прокладках, упорных скобах с каналами в шпалах для закладных болтов или шурупов.

В целях контроля правильности сборки и качества электроизолирующих деталей следует периодически проводить выборочную (5 % звеньев) проверку электрического сопротивления собранных звеньев на базе ПМС прибором, прошедшим государственную поверку. Электрическое сопротивление между двумя рельсами одного звена длиной 25 м (50 шпал) должно быть не менее значений, указанных в табл. 4.1.

104

Электрическое сопротивление каждого звена измеряют дважды. Второе измерение производят сразу после первого. При втором измерении проводник, подключавшийся ранее к правому рельсу, подключают к левому. Результаты первого и второго измерений складывают и делят пополам.

Если у собранного звена сопротивление меньше значения, указанного в табл. 4.1 для данных погодных условий, то следует на этом звене снять один из рельсов и измерить на каждой шпале электрическое сопротивление между двумя подкладками или прикрепителями (закладные болты, шурупы). На тех шпалах, у которых электрическое сопротивление меньше нормативного для одной шпалы, необходимо тщательно обследовать состояние всех электроизолирующих деталей (втулок, прокладок), проверить правильность сборки скреплений и устранить причины пониженного сопротивления (заменить негодные шпалы или изолирующие детали скрепления).

4.3.2.Дефекты и повреждения железобетонных шпал

Втехнических указаниях [75] на классификация дефектов и повреждений (далее — дефектов), встречающихся в железобетонных шпалах. Каждому дефекту присвоен определенный код и схематическое его изображение при двух степенях развития, указаны основные причины возникновения дефекта (табл. 4.2).

Цифровое обозначение (код) дефекта включает номер группы дефектов и, после точки, степень развития дефекта (первая или вторая). Установлены следующие группы дефектов: 1 — поперечные трещины и изломы, 2 — продольные трещины и расколы, 3 — околы и износ бетона, 4 — разрушение структуры бетона, 5

—износ и повреждения закладных деталей в шпале.

Причиной дефектов могут быть как скрытые недостатки изготовления шпал, не обнаруженные при их приемке, так и действие на шпалы в пути эксплуатационных и климатических факторов.

105

При установлении причин возникновения других дефектов шпал принимают во внимание возможные недостатки эксплуатации шпал, указанные в техническим указаниям [75], хотя на появление этих дефектов могут влиять и недостатки изготовления шпал.

Оценку состояния шпал производят визуально, и лишь в необходимых случаях измеряют дефекты после удаления с поверхности шпал загрязнений или балласта.

При оценке состояния шпал по трещинам принимают во внимание только видимые невооруженным глазом трещины в бетоне с раскрытием до 1–2 мм, ориентированные либо поперек, либо вдоль шпалы.

Беспорядочно расположенные очень тонкие усадочные трещины в бетоне не учитывают. Размеры околов бетона оценивают визуально.

Глубину выработки бетона на подрельсовой площадке шпалы определяют измерением наибольшего зазора между поверхностью площадки и ребром приложенной к ней линейки после удаления подкладки и прокладки.

При оценке разрушения бетона шпалы следует отличать его от окола бетона. При околе бетон плотный, края окола резко очерчены. При разрушении бетона в начальной стадии его поверхность покрыта сеткой мелких беспорядочных трещин или множеством раковин. В дальнейшем бетон рассыпается на отдельные его составляющие — щебень, куски цементного камня. Края зоны разрушения бетона резко не очерчены.

Смятие дюбеля оценивают визуально после снятия упорной скобы и прокладки и вывинчивания шурупа из дюбеля. О разрушении материала и резьбы дюбеля судят по провертыванию шурупа при его завинчивании в дюбель. Наличие обломка нижней части шурупа, оставшегося в дюбеле, определяют при осмотре вывинченного шурупа.

Вглавных путях шпалы с дефектами первой степени допускается оставлять до очередного капитального ремонта пути, при котором такие шпалы следует заменить. В станционных и подъездных путях шпалы с дефектами первой степени замене не подлежат.

Шпалы с дефектами второй степени, лежащие во всех видах путей по две и более подряд, следует заменять при текущем содержании пути в возможно короткие сроки. Допускается одиночно лежащие шпалы с дефектами второй степени оставлять в пути до очередного подъемочного или среднего ремонта пути, при котором такие шпалы заменяют.

Все железобетонные шпалы, снимаемые с пути при его капитальном или других видах ремонта, необходимо обследовать и в зависимости от их состояния относить либо к старогодным (для последующей повторной укладки в путь), либо к негодным.

Старогодные шпалы подразделяют на две группы: 1-я и 2-я. К старогодным шпалам 1-й группы относят шпалы, не имеющие дефектов и повреждений. К старогодным шпалам 2-й группы относят шпалы с дефектами первой степени развития, указанными в технических указаниях [75].

К негодным шпалам относят все шпалы с дефектами второй степени развития.

Старогодные шпалы 1-й группы дополнительной маркировке не подлежат. Старогодные шпалы 2-й группы обозначают поперечной полосой, наносимой красной краской в средней части шпалы. Негодные шпалы обозначают двумя поперечными полосами, наносимыми черной краской в средней части шпалы.

Сферы применения старогодных железобетонных шпал определены техническими требованиями к разным классам пути по действующему положению:

– на путях 1 и 2 классов применение старогодных железобетонных шпал не допускается;

– на путях 3 класса следует применять старогодные железобетонные шпалы 1-й группы, а при их отсутствии — новые.

– на путях 4–5 классов следует применять старогодные железобетонные шпалы 1-й и 2-й групп. Негодные шпалы повторной укладке в действующие пути не подлежат.

Втом случае, если снятую при капитальном ремонте пути рельсошпальную решетку с железобетонными шпалами укладывают повторно без разборки в главный путь, то в ней до укладки следует заменить все обнаруженные шпалы 2-й группы годности и негодные шпалы. Если эту решетку укладывают повторно без разборки в станционный или подъездной путь, то в ней до укладки необходимо заменить только негодные шпалы.

4.4.Оценка надежности деревянных шпал

4.4.1.Конструкция, размеры и типы деревянных шпал

Деревянные шпалы должны соответствовать Государственному стандарту «Шпалы деревянные для железных дорог широкой колеи» (ГОСТ 78–2004).

Конструкция и размеры деревянных шпал представлены в табл. 4.3 [76]. Шпалы по их назначению подразделяются на три типа:

I — для главных путей 1-го и 2-го класса, а также для путей 3-го класса при грузонапряженности более 50 млн т км бр./км в год или скоростях движения поездов более 100 км/ч;

II — для главных путей 3-го и 4-го класса, подъездных путей с интенсивной работой, приемоотправочных и сортировочных путей на станциях;

III — для любых путей 5-го класса, в том числе станционных, малодеятельных подъездных и прочих путей с маневрововывозным характером движения.

109

Размеры деревянных шпал установлены для древесины с влажностью не более 22 %. При большей влажности древесины шпалы должны иметь по толщине и ширине припуски на усушку для хвойных пород по ГОСТ 6782.1-75, а для лиственных пород — по ГОСТ 6782.2–75.

Для продления срока службы перед укладкой деревянные шпалы, должны быть укреплены от растрескивания одним из следующих способов [77]:

–деревянными винтами по ТУ 32ЦП 229–79 «Винт деревянный для укрепления концов деревянных шпал и брусьев»;

–металлическими болтами диаметром 12–13 мм.

Деревянные винты или металлические болты устанавливаются на расстоянии 120–150 мм от торца на высоте 50–60 мм от нижней пласти.

Таблица 4.3

Основные размеры деревянных шпал

Допускается укрепление шпал:

–обвязкой проволокой диаметром 5–7 мм на расстоянии 120–150 мм от торцов;

–установкой П-образных скоб длиной 120 мм из стальной полосы 20×2 мм в количестве восьми штук на расстоянии 120 и 180 мм от торца с верхней и нижней пласти, с заглублением скоб в тело шпалы или бруса на 50 мм.

4.4.2. Причины повреждения (дефектности) деревянных шпал

Причинами повреждения (дефектности) деревянных шпал являются гниение, трещинообразование (растрескивание), механический износ древесины под подкладками и башмаками, разработка отверстий от прикрепителей.

Гниение обнаруживается в пропитанных деревянных шпалах, переводных и мостовых брусьях уже после 5–6 лет службы их в пути. Гниение происходит в результате проникновения спор дереворазрушающих грибов в непропитанную древесину по трещинам, образовавшимся после пропитки древесины с повышенной влажностью, т.е. более 25 %. Характер гниения деревянных шпал, переводных и мостовых брусьев зависит от климатических условий их укладки, что влияет на режим влажности шпал в пути. Для железных дорог Юга характерно гниение в нижней трети толщины деревянных шпал, для остальных железных дорог — в верхней трети их толщины.

Трещинообразование (растрескивание) деревянных шпал происходит по двум основным причинам:

–из-за усушки древесины;

–из-за воздействия поездных нагрузок.

Деревянные шпалы при пропитке их в недосушенном состоянии подвергаются усиленному растрескиванию

— появлению трещин усушки древесины, развивающихся в основном на верхней пласти в первые годы их службы в пути.

Под воздействием солнечного излучения, циклического замерзания и оттаивания попадающей в них воды, трещины усушки увеличиваются, обнажается непропитанная древесина, а попадающие в них вода, частицы пыли и песка способствуют ее загниванию.

Трещины, образующиеся в деревянных шпалах под воздействием поездных нагрузок, разделяются на развивающиеся в результате растягивающих напряжений со стороны нижней пласти, а также на возникшие от врезания подкладок и башмаков и от перешивок рельсовой колеи. Такие трещины, как правило, имеют протяженность до 30 см и создают под концами подкладок опасные места для гниения.

Механический износ древесины шпал под подкладками происходит вследствие смятия и износа древесины.

Причиной механического износа деревянных шпал является их эксплуатация без прокладок под подкладками и укладка неодинаковых по толщине шпал, что приводит к перегрузке (более интенсивному механическому износу) более толстых и их преждевременному выходу из строя.

Разработка отверстий от прикрепителей (костылей и шурупов) происходит вследствие смятия древесины, нарушения технологии их постановки, а также вследствие частых перешивок рельсовой колеи.

Забивка костылей и постановка шурупов без предварительной насверловки отверстий разрушает древесину шпал, переводных и мостовых брусьев в зоне прикрепителей, что приводит к снижению их удерживающей способности из-за излома волокон древесины, ее загниванию и, как следствие, к нарушению устойчивости рельсовой колеи.

Из-за недостаточной глубины насверловки отверстий под костыли и шурупы, при довертывании шурупов или добивке костылей, они упираются в дно просверленного отверстия и выкалывают древесину с нижней пласти, что создает условия для интенсивного загнивания со стороны нижней пласти.

110

Неперпендикулярная забивка костылей при перешивках пути, т.е. исправление ширины колеи наклонной забивкой костылей с последующим их отгибанием, вызывает интенсивное разрушение древесины в зоне отверстий.

Деревянные шпалы имеющие дефекты, указанные в инструкции [76], подлежат ремонту в пути без их изъятия.

В состав работ включаются:

–удаление изношенной древесины с зачисткой заусенцев и антисептирование зачищенных мест;

–постановка во время перешивок пути пластинок-закрепителей при костыльном скреплении и втулок — при шурупном;

–антисептирование отверстий от прикрепителей и трещин на верхней пласти;

–установка П-образных скоб в количестве не менее шести штук на расстоянии 40 мм от нижней пласти на торце.

Деревянные шпалы имеющие дефекты, указанные в [76], подлежат изъятию из пути. К первоочередной замене должны назначаться деревянные шпалы, не обеспечивающие стабильность рельсовой колеи.

Негодные деревянные шпалы от двух и более, лежащие подряд, считаются «кустом». При наличии в пути «кустов» из трех и более негодных деревянных шпал подряд до их ликвидации путь эксплуатируется со скоростями, приведенными в [77].

Замена негодных деревянных шпал при текущем содержании должна производиться в объемах, исключающих образование «кустов» до проведения очередного осмотра пути. Минимальная (расчетная) потребность замены негодных деревянных шпал при текущем содержании пути

где N — количество негодных шпал на 1 км пути.

Для исключения повышенного силового воздействия на вновь укладываемые отдельные деревянные шпалы при разрядке «кустов» их следует размещать так, чтобы число остающихся подряд негодных не превышало двух, а между ними лежало не менее двух вновь уложенных. Вновь укладываемые при разрядке кустов деревянные шпалы должны зашиваться на полное число костылей.

4.4.3. Порядок эксплуатации пути при наличии негодных деревянных шпал

Скорости пропуска поездов по пути с «кустами» негодных деревянных шпал, не обеспечивающих стабильное положение рельсовой колеи, устанавливаются согласно табл. 4.4 при эпюре шпал 1840–2000 шт./км [77].

Таблица 4.4

Скорости движения поездов при наличии «кустов» негодных шпал

* Движение закрывается если ширина колеи превышает 1545 мм или на трех и более деревянных шпалах в «кусте» подошва рельсов выходит из реборд подкладок с наружной стороны колеи.

При эпюре шпал 1440–1600 шт./км допускаемое число негодных деревянных шпал в «кусте» принимается на одну меньше указанных в табл. 4.4 за исключением «кустов» из трех шпал.

Если между смежными «кустами» из трех и более негодных деревянных шпал, не обеспечивающих стабильное положение колеи, лежит менее трех годных, то это место рассматривается как один «куст», состоящий из суммы негодных шпал смежных «кустов».

При обнаружении «кустов» негодных шпал, не обеспечивающих стабильность рельсовой колеи, должна производиться их немедленная разрядка, а до ее выполнения ограничиваться скорость или закрываться движение поездов согласно табл. 4.4.

Допускаемые скорости движения поездов и места действия длительных предупреждений в зависимости от общего наличия негодных деревянных шпал должны устанавливаться на период до выполнения ремонт- но-путевых работ с оздоровлением шпального хозяйства с учетом фактического состояния пути, но не более указанных в табл. 4.5. При установлении допускаемых скоростей движения поездов по пути с наличием не-

111

годных деревянных шпал должно обращаться особое внимание на участки, где по данным последовательных проверок пути наблюдается постоянное уширение колеи.

Примечание. В числителе скорость для пассажирских, в знаменателе для грузовых поездов.

4.4.4. Срок службы деревянных шпал

Повреждения деревянных шпал характеризуются в основном накоплением в них углублений под подкладками [78]. Поэтому мерой накопленных повреждений в деревянных шпалах являются накопленные в них углубления под подкладками. Интенсивность же накопления указанных углублений в шпалах в значительной мере характеризуется сроком эксплуатации их в пути, т.е. накопленные углубления на участках с одинаковым пропущенным тоннажем, но разным временем эксплуатации шпал с момента их укладки — разные при прочих равных условиях. Объясняется это тем, что прочность древесины шпал в зонах рельсовых подкладок изменяется во времени. Массовое обследование шпал на десяти дорогах сети показало, что за первые 5–6 лет эксплуатации после укладки интенсивность накопления углублений h несколько снижается из-за уплотнения древесины, а после шести лет постепенно возрастает вследствие ее «старения», загнивания и образования множества трещин между годичными слоями под концами подкладок и у прикрепителей. При этом установлено, что накопление углублений в шпалах при σ = const с достаточной для практических расчетов точностью описывается следующим уравнением [76]

где а1 — коэффициент пропорциональности между h и Т, численно равный средней интенсивности накопления углублений в шпалах в течении шестого года их эксплуатации;

где T — время в годах (при Т = 6 лет, Кt = 1).

В табл. 4.6 представлены результаты обследования причин отказов сосновых шпал, пропитанных масляными антисептиками соответственно на 11-ти отечественных дорогах и на 9-ти дорогах США [72].

Таблиц 4.6

Результаты обследования шпал на дорогах России и США

Такое разделение причин отказа шпал в значительной степени условно, так как все они взаимосвязаны между собой. Врезание подкладок в шпалы, разрушение их костылями и образование трещин ведут к обнажению непропитанной древесины, что способствует быстрейшему развитию процесса гниения. В свою очередь гниение, понижая механическую прочность древесины, ускоряет образование углублений под подкладками и разрушение шпал прикрепителями. Однако каждая из перечисленных причин отказа шпал имеет свою, отличную от других природу происхождения, следовательно, и способы борьбы с отказами тоже должны быть различными. На железных дорогах США деревянные шпалы служат в пути в среднем на 10 лет дольше, чем в России. Причина — большая опорная площадь подкладок и удлиненный на 19 мм наружный их конец по сравнению с внутренним, а также применение прокладок между подкладками и шпалами.

Средний фактический срок службы деревянных шпал к рассматриваемому году определяется исходя из данных о фактическом выходе шпал за последние пять лет [76]

где Вi — фактический выход деревянных шпал за данный год %; В1, В2, В3, В4, В5 — соответственно фактический выход деревянных шпал за каждый из пяти последних лет, %.

112