Железобетонные шпалы являются одним из ключевых элементов железнодорожной инфраструктуры, обеспечивающих безопасность и эффективность движения поездов. Их применение в железнодорожном строительстве имеет множество преимуществ, включая высокую прочность, долговечность и устойчивость к воздействию различных факторов окружающей среды. В данной статье мы рассмотрим технические характеристики железобетонных шпал, а также процесс их изготовления, чтобы лучше понять их значимость и роль в современном железнодорожном транспорте.
Шпалы из железобетона
Шпалы из железобетона представляют собой рельсовую опору, которая используется в железнодорожном строительстве для укладки рельсов. Они изготавливаются из железобетона и имеют форму цельной балки с переменным сечением. Внутри шпалы присутствует арматурный элемент, который повышает ее прочность.
Одним из важных аспектов при создании шпал является достижение однородного состояния раствора для заливки. Это позволяет обеспечить равномерное распределение материала и укрепление шпалы. Также необходимо соблюдать заданные габариты, чтобы обеспечить надежное соединение с рельсами.
Прочность шпал также проверяется, чтобы быть уверенным в передаче напряжения от вагонно-составного пути на подушку грунта. Для этого используется стальная проволока определенной толщины, которая зависит от типа шпалы.
Где применяются
Сфера и условия применения железнодорожных бетонных шпал имеют широкий спектр применения, преимущественно в строительстве колей общего и подъездного значения. Они полностью заменили старые деревянные шпалы благодаря своей унифицированной длине и повышенной прочности.
Одной из основных причин использования железнодорожных бетонных шпал является их соответствие требованиям, выдвигаемым к опорным элементам, особенно в условиях сезонных изменений климата, постоянных циклов потепления и похолодания, а также при значительных механических напряжениях. Это делает их надежными и долговечными в эксплуатации.
Быстрое изготовление железнодорожных бетонных шпал также играет важную роль в их применении. За несколько часов можно изготовить опору, в то время как для просушки древесины потребуется неделя. Это особенно важно при прокладывании магистралей или масштабных линий, где требуется постоянная поставка строительных материалов в больших объемах. Быстрая скорость производства учитывается при планировании и организации строительных работ.
Кроме того, шпалы обладают высокой ремонтопригодностью. В случае необходимости ремонта или замены, это можно сделать отдельно для каждой шпалы, не затрагивая остальные элементы железнодорожного пути. Это экономит время и ресурсы при обслуживании и поддержании инфраструктуры.
Достоинства железобетонных шпал
Железобетонные шпалы имеют ряд преимуществ, которые делают их популярным выбором для использования в железнодорожном строительстве и эксплуатации. Ниже перечислены основные достоинства железобетонных шпал:
Длительный срок службы
При благоприятных условиях эксплуатации железобетонные шпалы могут прослужить до 60 лет. Это означает, что они обеспечивают долговечность и стабильность в течение длительного времени.
Выдерживание значительных механических напряжений
Железобетонные шпалы обладают высокой прочностью и способны выдерживать значительные нагрузки, которые возникают в результате движения поездов и грузов.
Неподверженность коррозии и гниению
В отличие от деревянных шпал, железобетонные не подвержены коррозии и гниению. Это делает их более долговечными и устойчивыми к разрушению.
Значительная сопротивляемость погодным и климатическим факторам
Железобетонные шпалы обладают высокой устойчивостью к воздействию погодных условий, таких как дождь, снег, мороз и жара. Они не подвержены деформации или разрушению под воздействием этих факторов.
Устойчивость к перемещениям
Железобетонные шпалы не подвержены короблению или “ведению”. Это означает, что они сохраняют свою форму и положение даже при интенсивном движении поездов.
Сравнительно низкая цена
Железобетонные шпалы обладают относительно низкой стоимостью, особенно при больших объемах производства и заказа. Это делает их экономически выгодным выбором для железнодорожных компаний и строителей.
Возможность установки при любом уровне загруженности
Железобетонные шпалы могут быть установлены в любое время без значительных проблем или задержек, даже при высоком уровне загруженности железнодорожного пути.
Простая и быстрая укладка
Укладка железобетонных шпал не требует значительных физических усилий и может быть выполнена сравнительно легко и быстро. Это позволяет сократить время и затраты на строительство железнодорожного пути.
Малые финансовые затраты на обслуживание
Железобетонные шпалы не требуют больших затрат на обслуживание. Они не нуждаются в регулярной замене или ремонте, что позволяет сэкономить деньги и ресурсы.
Легкий демонтаж и возможность повторного использования
В случае необходимости, железобетонные шпалы могут быть легко демонтированы и использованы повторно. Это позволяет сократить затраты на строительство и утилизацию материалов.
Недостатки железобетонных шпал
Накапливаемое усталостное разрушение
Железобетонные шпалы подвержены накапливаемому усталостному разрушению, это означает, что с течением времени они могут становиться более хрупкими и менее надежными. Это требует регулярного осмотра построенной колеи для выявления повреждений и замены поврежденных шпал.
Необходимость установки упругих прокладок и подкладок
Железобетонные шпалы имеют высокую жесткость, что может приводить к повышенным уровням вибрации и ударных нагрузок на рельсы. Для снижения жесткости и улучшения амортизации, необходимо устанавливать упругие прокладки и подкладки между шпалами и рельсами. Это требует дополнительных затрат на материалы и трудозатраты при установке.
Обязательность проведения изоляции
Железобетонные шпалы имеют высокую электропроводность, что может быть опасно при прохождении электрического тока через них. Для снижения электропроводности и предотвращения возможных аварий, необходимо проводить изоляцию шпал. Это требует дополнительных затрат на материалы и трудозатраты при установке.
Сравнительно большой вес железобетонной шпалы
Железобетонные шпалы имеют сравнительно большой вес, что требует использования специальной техники для их укладки на железнодорожное полотно. Это может повлечь дополнительные затраты на аренду или покупку спецтехники, а также увеличение времени и трудозатрат при строительстве или ремонте железнодорожного пути.
Типы
Железобетонные шпалы являются одним из основных элементов железнодорожного пути. Они используются для крепления рельсов и обеспечения стабильности и прочности пути. В зависимости от различных характеристик и требований, существуют различные типы железобетонных шпал.
- Разделение по сорту:
– Первый (I) сорт — это шпалы, геометрия которых должна строго соответствовать стандартам. Это означает, что форма и размеры шпал должны быть точно определены и соответствовать установленным нормам.
– Второй (II) сорт — в этом случае к форме шпал уже не предъявляются такие жесткие требования, и допускается некоторая несоответствие геометрии. Такие шпалы могут быть менее стойкими к образованию трещин.
- Классификация по креплениям:
– Ш-1 — это раздельное крепление, которое осуществляется с помощью клеммно-болтовых соединений. Упорные кромки имеют два момента угла наклона:
– Ш-1-1 — угол наклона упорных кромок составляет 55°.
– Ш-1-2 — угол наклона упорных кромок составляет 72°.
– Ш-2 — это тип шпал, где фиксация уже нераздельная, также используется клеммно-болтовое крепление, но с затяжкой болтом к рельсовому железнодорожному металлопрокату или прокладке.
– Ш-3 — аналогичная предыдущей, но соединение осуществляется уже только и строго с рельсом.
– Ш-5-ДФ — это шпалы, которые монтируются с использованием шурупно-дюбельного крепления. Этот тип крепления обеспечивает быстрый и простой монтаж шпал.
– ШС-АРС — это тип шпал, который имеет анкерный крепеж. Анкеры используются для дополнительной фиксации шпал и обеспечивают дополнительную прочность и стабильность пути.
Таким образом, типы железобетонных шпал различаются по сорту и типу крепления. Каждый из них имеет свои особенности и применяется в зависимости от требований и условий эксплуатации железнодорожного пути.
Технология производства
Технология производства железобетонных шпал является важным этапом в строительстве железнодорожных путей. Существует несколько различных методов производства таких шпал, включая карусельный тип с задержкой, линейную технологию, метод со снятием формы и последующим напряжением, а также метод с предварительным напряженным состоянием.
-
Карусельный тип с задержкой:
– Данный метод основан на использовании специальной карусельной установки, на которой шпалы проходят через несколько стадий производства.
– Сначала производится формовка шпалы с использованием разборных кассет, в которые заливается бетонный раствор.
– Далее обеспечивается натяжение арматуры.
– Затем шпала перемещается на карусель и подвергается задержке, чтобы бетон полностью затвердел.
-
Линейная технология:
– Сначала производится формовка в цепочку 100 метров.
– Затем шпала перемещается по линии и подвергается задержке для полного затвердения бетона.
– После этого шпала проходит обработку, такую как обрезка краев или нанесение маркировок.
– В конце процесса шпала готова к доставке на строительную площадку.
-
Метод со снятием формы и последующим напряжением:
– Этот метод включает формовку шпалы и ее затвердение, как и предыдущие методы.
– Вместо металлоконструкций вставляются шаблоны.
– Смесь заливается и уплотняется.
– Штыри вставляются в толщу опоры.
– Далее каркас демонтируется и процесс повторяется снова.
-
Метод с предварительным напряженным состоянием:
– Этот метод отличается от предыдущих тем, что нагрузка передается через раму.
– Производится формовка шпалы и натяжение арматуры, которая будет использоваться для предварительного напряжения.
– Затем шпала проходит процесс затвердевания бетона, при этом арматура остается под напряжением.
Монтаж, ремонт и утилизация шпал
Важно использовать шпалоукладчик для размещения рельсовых опор, а не выполнять эту задачу вручную. Шпалоукладчик является специальной техникой, которая минимизирует физические трудозатраты, устраняет ошибки, снижает себестоимость процесса и ускоряет строительство полотна.
Для обеспечения заявленного эксплуатационного ресурса в 60 лет необходимы регулярный уход за магистральной или подъездной линией, а также своевременный осмотр, выявление и оперативное устранение поломок и дефектов. Даже состояние метизов, используемых для закрепления подкладки, оказывает влияние: срыв головок метизов приводит к болтанию подкладки, что вызывает излишние усталостные напряжения и микротрещины.
Когда рельсовая опора разрушается или изнашивается, ее следует утилизировать и заменить новой. Однако при стандартном размере рельсовой опоры, ее резка алмазными кругами занимает много времени и является неоправданно дорогостоящей операцией. Поэтому применяется метод измельчения с помощью щековой дробилки до состояния мелкого или среднего щебня. Из полученного щебня затем можно формировать насыпи и использовать его для создания котлованов.
В данной статье были рассмотрены применение железобетонных шпал, их технические характеристики и процесс изготовления. Железобетонные шпалы являются неотъемлемой частью инфраструктуры железнодорожного транспорта, обеспечивая устойчивую и безопасную эксплуатацию путей.
