Лекция к занятию № 15 Устройство, текущее содержание и ремонт железнодорожного пути. Профессия: Монтер пути 2,3 разряда.

Калининградское подразделение Октябрьского учебного центра профессиональных квалификаций – структурное  подразделение Октябрьской железной дороги- филиала ОАО «РЖД»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПРЕДМЕТА

«Устройство, текущее содержание и ремонт железнодорожного пути»

(2 часа обучения)

ЛЕКЦИЯ № 15

по предмету «Устройство, текущее содержание и ремонт железнодорожного пути»

 Монтер пути 2-3 разряд. Профессиональная подготовка

Калининград

                                                                                     2018

          Лекция к занятию № 15. Тема: Устройство железнодорожного пути.

Сливная призма.

 Для обеспечения быстрого стока воды, поступающей при фильтрации через балласт, основная площадка в глинистых грунтах на однопутном участке имеет форму трапеции, а на двухпутном треугольную форму. Очертания такой формы образуют сливную призму для лучшего стока воды с нее. Размер горизонтальной площадки сливной призмы (в глинистых грунтах) на однопутном участке принимается 2,3 м, чтобы избежать образования корытообразных замкнутых углублений при продавливании шпалами; высота сливной призмы — 0,15 м; на двухпутном участке двускатная сливная призма имеет высоту по оси земляного полотна 0,2 м.

Высота насыпи измеряется от уровня бровки до основания. Эта же величина является и высотой откоса. Горизонтальная проекция линии откоса называется заложением, а отношение высоты откоса — вертикальной проекции откоса к горизонтальной (заложению) определяет крутизну откоса. Крутизна откосов назначается в зависимости от вида грунта, высоты насыпи с учетом гидрогеологических и климатических условий местности.

 На основной площадке за пределами балластного слоя (балластной призмы) свободные от балласта полосы с обеих сторон называются обочинами, которые служат для размещения путевых и сигнальных знаков, светофоров, опор контактной сети, для съемных машин и механизмов, инструмента, материалов и монтеров пути при пропуске поездов.

Водоотводные устройства и сооружения.

Поскольку увлажнение грунтов снижает их прочностные характеристики, а при больших скоростях течения дождевых и талых вод возможны размывы земляного полотна, необходимо регулирование стока поверхностных, а также подземных (грунтовых) вод.

Для регулирования поверхностного стока дождевых и весенних талых вод применяются водоотводные канавы и лотки, грунтовые валы, устройства ливневой канализации (на станционных путях), а также быстротоки, перепады с гасителями энергии текущей воды и возможно дренажи мелкого заложения.

Для регулирования стока подземных вод, т. е. для их перехвата и понижения уровня (грунтовых, трещинных, межпластовых вод) применяются дренажные устройства.

Водоотводные канавы (рис. 66.) являются наиболее распространенными для регулирования стока дождевых и талых вод. Они имеют трапециевидную форму, крутизну 1: т грунтовых откосов 1:1,5 (или 1:2), размеры определяются расчетом, но не менее 0,6 м глубина (Нк) и ширина по дну (Ьк). Могут укрепляться бетонными, асфальтовыми плитками, каменным мощением (по слою песка) одерновкой, травяным покровом, щебневанием дна.

Рис. 66. Поперечные профили водоотводных канав с укреплением: а — железобетонными плитами; б — каменным мощением; в — одерновкой со щебневанием дна.

Водоотводные лотки (рис 67.) из композитных материалов  имеют ширину 0,4—0,6 м, глубину  от 0,5 до 1,0 м, изготавливаются секциями длиной 2,5 м (масса 52 кг), 4,1 м (масса 92 кг), накрываются распорными железобетонными крышками (масса крышки 50 кг). Композитные лотки устанавливаются на станциях в междупутном  при расстояниях между осями путей 3,5—4,8 м.

Для регулирования подземного стока грунтовых вод, избыточно увлажняющих грунты земляного полотна, применяются дренажные устройства (дренажи), которые служат для перехвата, понижения уровня и отвода подземных вод (рис. 68.).

Наиболее эффективными  распространенными являются гравитационные дренажи, которые отбирают из грунта воду, перемещающуюся в порах под действием силы тяжести (гравитационную воду) и связанную с ней капиллярную (находящуюся в капиллярах грунта) воду и могут быть горизонтальными, вертикальными и комбинированными.

Конструктивно горизонтальные дренажи могут быть открытыми в виде глубоких канав и глубоких лотков и закрытыми.

Для наблюдения за работой дренажа, его периодической прочистки (и вентиляции) устраиваются смотровые колодцы, сборные из железобетонных колец и других элементов, секций. Основание колодца из монолитного бетона.

Рис 68. Водоотводный лоток.

Рис. 69. Дренажи траншейные: подкюветный со щебеночным фильтром; б — бескюветный (мелкого заложения) с песчаным фильтром; с лотком для поверхностного стока; 1 — местный грунт; 2 — дренирующий грунт; 3 — щебень; 4 — песок; 5 — геотекстиль; 6 — дрена (труба); 7 — лоток (размеры в м)

 Дефекты и деформации земляного полотна.

Дефекты являются следствием недоработок при проектировании земляного полотна, его защитных и укрепительных сооружений, нарушении технологии строительного процесса и временной эксплуатации железнодорожных линий, неудовлетворительного текущего содержания и ремонтов железнодорожного пути.

Деформации земляного полотна возникают в следующих случаях: при недостаточной несущей способности грунтов, из которых оно возведено; несоответствии мощности верхнего строения пути нагрузкам от обращающегося подвижного состава; при недостаточной защите грунтов земляного полотна от неблагоприятных воздействий климатических и инженерно-геологических факторов (оползней, селей, наводнений). Низкое качество содержания земляного полотна, когда не обеспечивается отвод поверхностных и грунтовых вод, несвоевременно устраняются мелкие повреждения защитных и укрепительных устройств, не ликвидируются причины снижения несущей способности грунтов, и другие нарушения приводят к перерастанию мелких повреждений в опасные деформации, угрожающие безопасности движения поездов.

Деформации развиваются в следующих элементах земляного полотна:

1. Основная площадка земляного полотна (рис. 70.)

Балластные корыта - отдельно расположенные под шпалами углубления в глинистых грунтах, слагающих основную площадку, заполненные балластными материалами. Углубления могут быть односторонними (под одной рельсовой нитью) и двусторонними (под обеими итями) и достигают глубины 5 - 30 см.

Рис. 70. Дефекты основной площадки земляного полотна: балластное корыто. 1 - балластное корыто; 2 - балластный слой; 3 - глинистые грунты; 4 - контакт балласта и глинистых грунтов

Балластное ложе - общее (под несколькими шпалами) углубление в глинистых грунтах, слагающих основную площадку. Вытянутое вдоль пути балластное ложе, иногда имеющее продольный уклон, заполнено балластными материалами. Достигает глубины 40 - 50 см и чаще возникает на насыпях и  нулевых местах.

Рис. 71. Дефекты основной площадки земляного полотна: балластное ложе. 1 - балластное ложе; 2 - балластный слой; 3 - глинистые грунты; 4 - контакт балласта и глинистых грунтов

Балластный мешок - изолированное значительное углубление в глинистых грунтах, слагающих основную площадку и тело земляного полотна, заполненное песчаными, в том числе

балластными маикриалами.

Рис. 72. Дефекты основной площадки земляного полотна: балластный мешок. 1 - балластный мешок; 2 - построечный поперечный профиль; 3 - выпор грунта вследствие образования балластного мешка; 4 - глинистые грунты; 5 - контакт балласта и глинистых грунтов.

Балластные гнезда - балластные мешки и ложа, имеющие один или несколько отростков - карманов, заполненных балластными материалами.

Рис. 73. Дефекты основной площадки земляного полотна: балластные гнезда. 1 - балластные гнезда; 2 - построечный поперечный профиль; 3 - выпор грунта вследствие образования балластного гнезда; 4 - глинистые грунты; 5 - контакт балласта и глинистых грунтов

Термокарстовые понижения и провалы на мари и земляном полотне - искажения очертания поверхности за счет вытаивания ледяных включений при оттаивании вечномерзлых грунтов.

Рис. 74. Дефекты основной площадки земляного полотна: термокарстовое понижение, провал.  1 - водоотводная канава; 2 - термокарстовое понижение у подошвы откоса насыпи; 3 - термокарстовый провал; 4 - верхняя граница вечной мерзлоты

Весенние пучинные просадки - интенсивное нарастание местных искажений рельсовой колеи в продольном и поперечном профилях в результате осадок оттаивающих грунтов земляного полотна под поездными нагрузками на участках с пучинными горбами или большим равномерным пучением (как правило, более 40 - 50 мм).

Пучины - искажения положения рельсовых нитей в продольном и поперечном профилях в виде пучинных горбов, пучинных впадин, пучинных перепадов, требующие исправления пути и возникающие вследствие неравномерного вспучивания грунтов при промерзании. При оттаивании грунтов возможны весенние пучинные просадки.

Рис. 75. Дефекты основной площадки земляного полотна, пучинные просадки:  1, 2 - верх шпалы соответственно в конце зимы и весной после оттаивания грунтов; 3 - выпор грунта; 4 - основная площадка энной; 5 - основная площадка после просадки; 6 - линзы льда; 7 - граница промерзания; 8 – глинистые грунты; Z - глубина промерзания; hпп - высота пучинной просадки

Рис. 76. Дефекты основной площадки земляного полотна, пучинный горб: 1, 2 - верх шпалы соответственно осенью и в конце зимы; 3, 4 - основная площадка соответственно осенью и в конце зимы; 5 - построечное очертание основной площадки; 6 - линзы льда; 7 - граница промерзания; 8 - глинистые грунты; Z - глубина промерзания; hп - высота пучинного горба

2. Дефекты откосов.

Смывы - поверхностные нарушения откосов атмосферными водами. При смывах, связанных с оттаиванием грунта, разжиженная масса стекает по подстилающему мерзлому слою к основанию откоса, на закюветную полку, в кюветы.

Рис 77. Дефекты откосов- смывы: а - выемки; б - насыпи; 1 - смытый грунт, 2 - место повреждения; 3 - оврежденный откос; 4 - поверхность откоса до повреждения

Размывы откосов контрбанкетов и берм.

1 - откос усиляемой насыпи; 2 - промоины на берме и откосе контрбанкета;
3 - откос контрбанкета; 4 - берма контрбанкета; 5 - бровка контрбанкета

Рис 78. Дефекты откосов- сплывы откосов выемок: смещение верхнего слоя грунта толщиной до 1 - 2 м с сохранением общей устойчивости откоса. Сплывы следует отличать от оползаний откосов, связанных с нарушением их общей устойчивости.

Рис 79. Дефекты откосов- смывы: 1 - откос выемки до сплыва; 2 - сплывший грунт, 3 - поверхность скольжения

Сплывы откосов насыпей - смещение поверхностного слоя грунта (в том числе балластного шлейфа) с захватом обочины и части балластной призмы без нарушения общей устойчивости насыпи.

Рис 80. Дефекты откосов- сплывы откосов насыпей: 1 - поверхность смещения; 2 - сместившийся грунт; 3 - нарушенная часть откоса; 4 - поврежденная часть балластной призмы; 5 - балластный шлейф

Оползание откосов насыпи - отслоение откосной части насыпи с захватом основной площадки чаще всего до концов шпал или до оси пути и смещение ее к подошве откоса, иногда с захватом основания насыпи.

Рис 81. Дефекты откосов- оползание откосов насыпей:1 - первоначальный (построечный) профиль; 2 - поверхность скольжения;
3 - сползший грунт

3. Дефекты тела и основания земляного полотна.

     Сдвиг (сползание) насыпи или ее низовой части по наклонному основанию

Рис 82. Дефекты откосов- сдвиг насыпи: 1 - поперечный профиль сместившейся насыпи; 2 - ось сместившейся насыпи;
3 - построечное положение оси насыпи; 4 - построечный поперечный профиль насыпи; 5 - уширение насыпи, необходимое для обеспечения устойчивости балластной призмы; 6 - наклонное основание насыпи

4. Дефекты основания.

Оседание насыпи вследствие выпирания грунтов основания.

Рис 83. Дефекты основания- оседание насыпи: 1 - построечный поперечный профиль насыпи; 2 - фактическое очертание насыпи; 3, 4 - основание насыпи до и после оседания; 5 - бугры выпирания основания

Оседание насыпи вследствие уплотнения грунтов основания

Рис 84. Дефекты основания насыпи- оседание насыпи: 1 - поперечный профиль насыпи до оседания; 2 - очертание насыпи после ее деформации; 3 - основание насыпи до оседания; 4 - деформированное основание насыпи

Провалы насыпей на торфяных болотах (илистых отложениях)

Рис 85. Дефекты основания насыпи- провалы: 1 - торфяная корка; 2 - илы; 3 - плотные грунты; 4 - провал с разрывом торфяной корки; 5, 6 - путь соответственно до и после провала

 Провалы земляного полотна на закарстовых территориях

Рис 86. Дефекты основания насыпи- провалы: 1, 2 - положения пути соответственно после провала и восстановления;  3 - грунты сползшей части насыпи; 4 - карстовая воронка; 5, 6 - соответственно карстовая полость и ее кровля после обрушения

      Так же встречаются повреждения земляного полотна в местах его взаимодействия с инородными конструкциями: осадки основной площадки земляного полотна над трубопроводными пересечениями; Нарушение отвода поверхностных вод у пассажирских платформ и погрузочно-разгрузочных площадок; повреждения приоткосных частей земляного полотна в местах прокладки кабелей; длительное оседание насыпей на подходах к мостам и водопропускным трубам.

Рис 87. Осадки основной площадки земляного полотна над трубопроводными пересечениями: 1 - первоначальный уровень головок рельсов; 2 - уровень головок рельсов после оседания пути; 3 - первоначальное положение основной площадки; 4 - то же после уплотнения грунта; 5 - граница разнородных грунтов; 6 - защитный кожух трубопровода; 7 - трубопровод

Рис. 88. Нарушение отвода поверхностных вод у пассажирских платформ и погрузочно-разгрузочных площадок.

1 - первоначальное очертание основной площадки; 2 - то же кювета; 3 - подземная часть сооружения; 4 - бессточная канава; 5 - наслоения загрязнителей; 6 - платформа

Рис 89. Повреждения приоткосных частей земляного полотна в местах прокладки кабелей: 1 - трещина в балластной призме и основной площадке земляного полотна:  2 - навалы грунта, изъятого из кабельной траншеи: 3 - поверхность возможного сплыва откоса

Рис 90. Длительное оседание насыпей на подходах к мостам и водопропускным трубам: 1 - балластный шлейф; 2 - построечное очертание откоса насыпи; 3 - эксплуатационное очертание откоса насыпи; 4 - устой моста; 5 - шкафная стенка; 6 - пролетное строение; Нп, Нэ - построечный и эксплуатационный уровни основной площадки соответственно; Вп, Вэ - построечная и эксплуатационная ширина основной площадки соответственно.

                     Противодеформационные мероприятия.

Откосы выемок и неподтопляемых насыпей укрепляются искусственно создаваемым травяным (дерновым) покровом посредством механизированного травосеяния многолетних злаковых и бобовых трав. Травосеяние выполняется на откосах способом гидропосева водных смесей семян трав, минеральных удобрений, мульчирующих добавок (опилки, торфяная крошка) и пленкообразующих (латекс, битумная эмульсия и др.) или способом травосеяния по слою растительного грунта, наносимого на откос. Травяной покров армирует верхний слой грунта корневой системой, защищает от водной и ветровой эрозии, вдвое увеличивает испарение воды из грунта (способствует его осушению).

Рис. 91. Одерновка откосов.  Дерн (в виде рулона)

Для укрепления подтопляемых откосов и берегов применяются укрепления камнем и железобетонными конструкциями.

В качестве укрепления применяется мощение булыжным камнем в один ряд (одиночное мощение) или два (двойное мощение) по слою мха, соломы или щебня. Камни укладываются тычком с трамбованием и расщебенкой, что может защитить от воды со скоростями течения 2 м/с и более.

Каменная наброска, устраиваемая из несортированной или сортированной горной массы, предназначается для защиты откосов насыпи от подмыва, размыва и волнового воздействия. Она выполняется в виде защитных призм или набросок различной формы двух или трехслойных. В верхнем слое размещаются крупные камни, во втором менее крупные, третьим слоем служит обратный фильтр из щебня, гальки, гравия и песка, который предотвращает вымывание глинистого грунта из насыпи. При неравномерной осадке грунтовой поверхности откоса каменная наброска заполняет неровности.

/// -

Рис. 92. Покрытие откосов каменной наброской: каменная наброска-1; геотекстиль-2; насыпь-3, подрельсовое основание.

К укреплению камнем относятся габионные конструкции, которые получают все большее применение для защиты от размыва откосов, подтопленных и подтопляемых насыпей, берегов, ко- нусов и опор мостов. Различаются коробчатые габионы, плоские и цилиндрические.

               Рис. 93. Габионы

 Конструктивно габион представляет собой проволочный каркас, заполненный камнем. Коробчатые габионы — это каркасные ящики (короба) прямоугольной формы с откидными крышками, изготовленные из металлической оцинкованной сетки, имеющей шестигранные звенья с двойным кручением.

 Так же применяются плитные покрытия, сборные из свободно лежащих плит размером 1,0x1,0x0,16 м применяются при скоростях течения воды до 1,5 м/с, высоте волны 0,7 м; размером 2,5хЗ,0х(0,15—0,20) м при скоростях течения до 3,0 м/с и высоте волны до 1,5 м. Плиты укладываются на слой обратного фильтра из гравийно-щебеночного и песчаного материала. В качестве обратного фильтра под плитным покрытием можно применять полотнища геотекстиля, укладываемого в песчаном слое. Плиты укладываются вдоль откоса с перевязкой швов (0,01—0,02 м). В основании покрытия укладывается бетонный упорный бордюр.

Рис. 95. Покрытие откосов железобетонными плитами: 1 - уровень высоких вод; 2 - железобетонные плиты; 3 - обратный фильтр; 4 - бетонный упор.

При больших площадях, защищаемых поверхностей откосов (в зонах водохранилищ и др.) применяются монолитные железобетонные покрытия. Укрепление откосов земляного полотна может осуществляться с применением геотекстильных материалов в различных комбинациях синтетических материалов.  В прибрежных зонах устраивают фильтрующие насыпи.

Рис. 96. Продольный профиль фильтрующей (безнапорной) насыпи:

1 — грунтовая часть; 2 — изоляционный материал (геотекстиль); 3 — фильтрующая часть насыпи (из камня)

В районах с засушливым климатом и распространения малоподвижных и неподвижных песков, насыпи и выемки устраиваются с пологими откосами (1:2—1:6); основная площадка без сливной призмы, выемка без банкетов, кавальеров, нагорных канав, допустимо без кюветов. Вместе с тем вдоль железнодорожного пути необходимы охранные зоны шириной не менее 100 м с фитомелиоративными пескозащитами: закрепление песка с помощью посева или посадки древесной, кустарниковой и травяной растительности.

В горных условиях для защиты от камнепадов и селей устраивают такие конструкции как улавливающие полки, селеспуски, подпорные стенки надолбные поля, галереи, которые приведены на рисунке ниже.

Схемы удерживающих и противообвальных сооружений:

1 — конфорс; 2 — контрбанкет; 3 — упорная призма; 4 — подпорная стена; 5 — облицовочная стена; 6 — улавливающий вал; 7 — надолбное поле; 8 — лесонасаждения; 9 — улавливающий ров; 10 — кювет-траншея; 11 — стенка с полкой; 12 — канава-вал; 13 — барражные валы; 14 — консольная галерея;15 — подпорная сборная стенка