Историческая справка

Идея высокоскоростного железнодорожного сообщения в нашей стране имеет долгую историю — от первых обсуждений в советские годы до уже реализованных проектов «Сапсан» и «Аллегро». Полноценной выделенной ВСМ в России пока нет, но к 2030 г. планируется построить более 1500 км высокоскоростных линий.

— Основные вехи

Рис. 1 — Схема развития высокоскоростного и скоростного движения в России: существующие линии, проектируемые направления, перспективные пути сообщения.

В рамках программы развития скоростного и высокоскоростного движения предусмотрена реализация 20 проектов, более 50 маршрутов со скоростями свыше 160 км/ч и не менее 84 млн поездок в год по линиям общей протяжённостью более 11 тыс. км. Системообразующие проекты — ВСМ Москва — Казань — Екатеринбург, Москва — Ростов-на-Дону — Адлер и Москва — Санкт-Петербург.

Прохождение трассы ВСМ Москва — Казань

Первая в России высокоскоростная магистраль соединит Москву и Казань через Владимир, Нижний Новгород и Чебоксары. В перспективе — продление до Екатеринбурга, а в более отдалённой — до Пекина в рамках проекта Евразийского транспортного коридора Москва — Пекин.

Трассу утвердил научно-технический совет ОАО «РЖД» в июле 2013 г. В зону притяжения ВСМ попадают Москва, Московская, Владимирская и Нижегородская области, Чувашия, Марий-Эл и Татарстан. Строительство на особо охраняемых природных территориях и в заповедниках федерального значения не допускается. Санитарно-защитная зона составляет 500 м (может сокращаться проектировщиками до 80–150 м).

— Длины участков

• Москва — Владимир — 200 км
• Владимир — Нижний Новгород — 215 км
• Нижний Новгород — Чебоксары — 235 км
• Чебоксары — Казань — 120 км

Из общей длины 120 км трассы пройдёт по полигону Московской железной дороги и 640 км — по полигону Горьковской. Остановки предусмотрены на 16 станциях, среди которых Москва (Курский вокзал), Ногинск, Орехово-Зуево, Петушки, Владимир, Ковров, Гороховец, Дзержинск, аэропорт Стригино, Нижний Новгород, Чебоксары и Казань-2.

— Какие поезда пойдут по ВСМ

• Высокоскоростные пассажирские — со скоростями до 360 км/ч.
• Ускоренные региональные — маршруты до 200 км, скорости до 200 км/ч.
• Ускоренные ночные дальнемагистральные — пассажирские.
• Грузовые и контейнерные — со скоростями до 160 км/ч.

Габарит приближения строений

Чтобы поезд безопасно проходил мимо платформ, опор контактной сети, мостов и других сооружений, проектировщики оперируют двумя ключевыми понятиями — габаритом подвижного состава и габаритом приближения строений.

— Два связанных понятия

• Габарит подвижного состава — поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, в котором должен помещаться вагон или локомотив, установленный на прямом горизонтальном пути в самом неблагоприятном положении в колее, как порожним, так и нагруженным, причём с учётом максимально допустимых износов.
• Габарит приближения строений — предельное поперечное очертание, внутрь которого не должны заходить никакие части зданий, сооружений и устройств, а также материалы и оборудование возле пути. Исключение — устройства, которые по конструкции должны взаимодействовать с подвижным составом (например, контактный провод).

Размеры обоих габаритов связаны между собой и зависят от геометрии того подвижного состава, который будет обращаться по линии. Все объекты инфраструктуры ВСМ должны обеспечивать безопасный пропуск подвижного состава габарита Т по ГОСТ 9238-2013.

Рис. 2.1 — Габарит приближения строений С400 для ВСМ: размеры в мм от оси пути и уровня головок рельсов до пролётных строений мостов, платформ, опор контактной сети, токоприёмника и других элементов инфраструктуры.

На схеме видно, что габарит регламентирует расстояния по нескольким контрольным линиям: до пролётных строений мостов и платформ (3500 мм от оси пути), до мачт светофоров и опор контактной сети (3500 мм), до выступающих частей отдельных опор (3300 мм), а также верхние ограничения для контактной сети и токоприёмника. Высота пассажирских платформ на ВСМ — 1100 мм над уровнем головок рельсов при расстоянии 1920 мм от оси пути, что обеспечивает удобную посадку и высадку пассажиров.

Инженерно-геодезическое обеспечение

В отличие от обычных железных дорог, на ВСМ требования к точности пространственного положения пути исключительно жёсткие. Чтобы их обеспечить на этапе строительства и потом контролировать в эксплуатации, на трассе создаётся высокоточная координатная система — сеть пунктов с известными координатами, привязанная к государственной геодезической сети.

— Состав геодезической основы

• Опорные пункты — устанавливаются вне зоны строительных работ, точность планового положения порядка единиц миллиметров.
• Рабочие пункты — закрепляются вдоль трассы с шагом, позволяющим с одной стоянки геодезического прибора видеть несколько соседних пунктов.
• Реперы — высотные знаки для нивелирования основной площадки и контроля осадок земляного полотна.

Точность геодезической основы должна быть такой, чтобы на любом участке пути положение оси можно было проверить с погрешностью не хуже ±10 мм в плане и в профиле — это норматив, заложенный во вторую часть курса. Координаты задаются в государственной системе координат СК-2011 или в местной строительной системе, увязанной с государственной.

Проектирование плана линии

План линии — это её проекция на горизонтальную плоскость. Состоит из прямых участков, круговых кривых и переходных кривых, соединяющих прямые с круговыми. Для ВСМ ключевое значение имеют радиус круговой кривой, возвышение наружного рельса и длина переходной кривой.

— Радиусы круговых кривых

Радиус подбирается так, чтобы при максимальной скорости движения непогашенное поперечное ускорение не превышало нормативное значение, а пассажиры не испытывали дискомфорта. Для скоростей до 400 км/ч рекомендуемые радиусы круговых кривых на главных путях ВСМ:

— Возвышение наружного рельса

В кривой наружный рельс приподнимают, чтобы центробежная сила от движения поезда частично компенсировалась составляющей силы тяжести. Возвышение h рассчитывается из условия равенства непогашенного ускорения нулю при расчётной скорости — по формуле, учитывающей радиус кривой и квадрат скорости. Максимальное возвышение на ВСМ — 150 мм; превышение этого значения вызывает риск опрокидывания состава, остановившегося в кривой из-за внешних причин.

— Переходные кривые

Прямая и круговая кривая не могут стыковаться напрямую — иначе поперечное ускорение возникнет «ударом». Между ними укладывается переходная кривая (как правило, клотоида), вдоль которой кривизна и возвышение нарастают плавно. Длина переходной кривой L должна обеспечивать выполнение трёх условий: допустимая скорость подъёма колеса по возвышению, допустимая скорость нарастания непогашенного ускорения и удобство пассажиров.

Проектирование продольного профиля линии

Продольный профиль — проекция линии на вертикальную плоскость. Состоит из элементов с разным уклоном, соединённых вертикальными кривыми. Для ВСМ ключевые параметры — максимальный уклон, длина элементов профиля и радиусы вертикальных кривых.

Рис. 2.2 — Сравнение продольных профилей ВСМ Германии: NBS Hannover — Würzburg (1991, смешанное движение, уклоны до 12,5 ‰) и NBS Köln — Rhein/Main (2001, только высокоскоростные поезда, уклоны до 40 ‰).

— Максимальный уклон

На «классических» железных дорогах, по которым ходят и грузовые поезда, максимальный уклон ограничен возможностями локомотива — обычно не более 9–12 ‰. Для пассажирских ВСМ ситуация принципиально другая: высокоскоростные поезда имеют большую удельную мощность, и уклон до 35–40 ‰ для них преодолим без проблем. Это позволяет резко сократить объёмы земляных работ и стоимость строительства за счёт прохождения трассы по «естественному рельефу».

Однако если по линии планируется пропуск грузовых поездов (как на ВСМ Москва — Казань), уклон приходится ограничивать — обычно не более 15 ‰. Это компромисс между затратами на строительство и возможностью использовать линию для разнородного движения.

Рис. 2.3 — Относительная стоимость земляных работ K (%) в зависимости от максимального уклона i_max (‰): чем круче уклон, тем меньше нужно насыпать и срезать грунт, и тем дешевле строительство.

— Вертикальные кривые

В местах перелома профиля устраиваются вертикальные кривые большого радиуса — чтобы поезд не испытывал «горки» с резким изменением вертикального ускорения. Минимальный радиус вертикальной кривой на ВСМ зависит от расчётной скорости:

Условие выбора радиуса — чтобы вертикальное ускорение в выпуклой или вогнутой кривой не превышало 0,25 м/с². Это в 4 раза меньше, чем допустимое поперечное ускорение, потому что вертикальные колебания пассажиры воспринимают намного острее.

Земляное полотно. Основные положения

Земляное полотно — это инженерное сооружение из грунта, на котором уложен верхний строительный слой пути (балласт, шпалы, рельсы или безбалластная плита). Оно воспринимает нагрузки от поездов и собственного веса и передаёт их на естественное основание. От качества земляного полотна напрямую зависит стабильность геометрии пути — а на ВСМ это вопрос безопасности движения.

— Два типа конструкций

• Насыпь — земляное полотно, поднятое над уровнем естественной поверхности. Применяется на пониженных участках местности и для пересечения водотоков.
• Выемка — земляное полотно, заглублённое ниже уровня естественной поверхности. Применяется на возвышенностях и водоразделах.

На ВСМ помимо насыпей и выемок выделяют основную площадку земляного полотна — её верхнюю поверхность, на которую опирается верхнее строение пути. От её ровности и стабильности зависит положение рельсов в пространстве.

Рис. 3.1 — Типовой поперечный профиль земляного полотна ВСМ: а) для пути на балласте; б) для безбалластной конструкции. Видны защитные слои №1 и №2, лотки для кабелей, поперечные уклоны 40 ‰ для отвода воды, откосы 1:m.

— Принципы проектирования по предельным состояниям

Современный подход к проектированию земляного полотна основан на расчётах по двум группам предельных состояний:

• Первая группа — потеря несущей способности (обрушение откоса, выдавливание слабого основания, общая потеря устойчивости). Это аварийные сценарии, которые не должны происходить ни при каких условиях за весь срок службы.
• Вторая группа — недопустимые деформации (осадки, пучины, длинные неровности). Полотно может «работать», но геометрия пути выходит за допустимые пределы, и приходится ограничивать скорость или ремонтировать путь.

Требования к прочности и устойчивости

Земляное полотно ВСМ рассчитывают по первой группе предельных состояний — на устойчивость откосов и общую устойчивость насыпи на слабом основании. Расчёт ведётся методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения или численно (методом конечных элементов) — в зависимости от сложности геометрии.

— Что входит в расчётные нагрузки

• Собственный вес грунтов земляного полотна и верхнего строения.
• Поездная нагрузка — приведённая распределённая по основной площадке.
• Дополнительные нагрузки — от воды (гидростатическое давление, фильтрационные силы), снега, оборудования при производстве работ.
• Особые воздействия — сейсмические (для сейсмоопасных районов), температурные, динамические.

На слабых основаниях (торф, глины с высокой влажностью) может потребоваться предварительная консолидация — пригрузка площадки временной насыпью, устройство вертикальных дрен, замена слабых грунтов или свайные основания. Такие решения принимаются по индивидуальным проектам с обязательным геотехническим мониторингом.

Требования к деформативности земляного полотна

Прочность — необходимое, но недостаточное условие. Земляное полотно может не разрушаться, но оседать неравномерно — и это уже выводит путь из проектного положения. Поэтому на ВСМ нормируются и упругие, и остаточные деформации.

— Допустимые деформации основной площадки

Для контроля деформативности на этапе изысканий определяют модуль деформации грунтов основания и в защитных слоях, а на этапе приёмки — проверяют его штамповыми испытаниями. Для основной площадки земляного полотна ВСМ нормативное значение E_V2 ≥ 120 МПа, для верха защитного слоя — E_V2 ≥ 180 МПа.

— Как обеспечивается малая деформативность

• Подбор грунтов с высоким модулем деформации (щебеночно-гравийно-песчаные смеси).
• Послойное уплотнение до коэффициента К_уп ≥ 0,98.
• Защитные слои из ЩГПС, армогрунтовые конструкции с геосетками.
• Дренажные системы для отвода воды и предотвращения переувлажнения.

Рис. 3.2 — Поперечный профиль земляного полотна с двумя защитными слоями: верхний — из ЩГПС с повышенным модулем деформации, нижний — из песчано-гравийной смеси. Боковые лотки и поперечные уклоны обеспечивают отвод воды.

Грунты земляного полотна и требования к ним

Не каждый грунт пригоден для земляного полотна ВСМ. Грунты делят на дренирующие (хорошо пропускают воду — пески, гравий, щебень) и недренирующие (глины, суглинки), а также классифицируют по пучинистости — способности увеличиваться в объёме при замерзании воды в порах.

— Какие грунты разрешены

• Хорошо дренирующие крупнообломочные и песчаные грунты с содержанием пылевато-глинистых частиц не более 5% — применяются практически без ограничений.
• Мелкие пески с содержанием частиц размером менее 0,1 мм до определённого предела — допускаются с проверкой расчётами и при условии устройства защитного слоя.
• Связные грунты (суглинки, глины) — допускаются только в нижних слоях насыпи при достаточной защите от увлажнения и обязательном дренаже.
• Запрещены — торф, ил, насыпные неконтролируемые грунты, грунты с органическими примесями более 10%, засолённые грунты с содержанием солей выше нормы.

— Защита от пучения

Морозное пучение — одна из главных причин неравномерных деформаций пути зимой. Чтобы его исключить, в верхней части земляного полотна устраивают слой непучинистых грунтов толщиной не менее глубины сезонного промерзания в данном регионе плюс запас. Для центральной полосы России это обычно 1,8–2,5 м, для северных регионов — больше.

Естественные основания

Под основанием понимается тот массив грунта, на котором стоит земляное полотно — насыпь или выемка. Поведение основания во многом определяет осадку и устойчивость самой насыпи, поэтому при изысканиях его исследуют до глубины, на которой добавочные напряжения от поезда становятся пренебрежимо малы.

Рис. 3.3 — Принципиальная схема исследования основания насыпи: активная зона глубиной до 6–8 м, в которой добавочные напряжения от поездной нагрузки превышают 20% природного давления.

— Категории оснований

• Нормальные основания — сложены прочными грунтами (пески плотные, гравелистые грунты, скальные). Специальных мероприятий не требуют.
• Сложные основания, сложенные торфом или илом — требуют либо замены слабых грунтов, либо устройства свайных оснований, либо предварительной консолидации с вертикальными дренами.
• Основания со специфическими грунтами — лёссовые, набухающие, засолённые, вечномёрзлые. Каждая категория требует индивидуального проектного решения.
• Закарстованные территории — особо опасны: под насыпью может образоваться провал. Требуется детальная инженерно-геологическая разведка и противокарстовые мероприятия (см. ниже).

Требования к уплотнению грунтов

Уплотнение грунта при отсыпке насыпи — единственный способ заранее «выбрать» осадки и довести модуль деформации до проектного значения. Степень уплотнения характеризуется коэффициентом уплотнения К_уп = ρ_{фактическая} / ρ_{максимальная}, где ρ_{максимальная} определяется в лаборатории по методу стандартного или модифицированного уплотнения Проктора.

— Нормативные значения коэффициента уплотнения

Уплотнение производят послойно, толщина слоя при отсыпке зависит от типа катка и грунта (обычно 0,3–0,6 м). После каждого слоя — контроль: плотность по ГОСТ 5180, модуль деформации штамповыми или динамическими испытаниями.

— Способы уплотнения

• Катки гладкие — для песчаных и гравийных грунтов.
• Кулачковые катки — для связных глинистых грунтов.
• Вибрационные катки — универсальные, наиболее эффективны для крупнообломочных грунтов.
• Виброплиты, трамбовки — в стеснённых условиях, у искусственных сооружений.

Защитные слои

Защитный слой — это специальный высококачественный слой грунта в верхней части земляного полотна, между основной площадкой и подбалластным основанием (или непосредственно под безбалластной плитой). Его назначение — распределение нагрузки, дренаж и защита от промерзания.

Рис. 3.4 — Защитный слой в поперечном профиле: показано расположение в верхней части земляного полотна, толщины слоёв, поперечные уклоны для отвода воды.

— Конструкция защитного слоя на ВСМ

• Верхний защитный слой — щебеночно-гравийно-песчаная смесь (ЩГПС), толщина 0,4–0,6 м. Модуль деформации E_V2 ≥ 180 МПа, К_уп ≥ 1,00.
• Нижний защитный слой — песчано-гравийная смесь, толщина 0,3–0,5 м. Служит фильтром между верхним слоем и нижележащими грунтами насыпи.
• Геотекстиль между защитным слоем и грунтом основной части насыпи — предотвращает проникновение мелких частиц вверх и поддерживает дренирующие свойства слоя на весь срок службы.

— Поперечные уклоны и водоотвод

Поверхность защитного слоя устраивается с поперечным уклоном 40 ‰ от оси пути к боковым лоткам. Боковые лотки собирают воду и отводят её к ближайшему водопропускному сооружению. Конструкция продумана так, чтобы в защитный слой не попадала вода ни сверху, ни сбоку, ни снизу — только тогда сохраняется его расчётная несущая способность.

Защита и укрепление земляного полотна

Откосы насыпей и выемок подвергаются эрозии — от дождей, ветра, талых вод, движения животных и людей. Чтобы откос не разрушался, его укрепляют. Способы укрепления подбираются исходя из крутизны откоса, грунтов, климата и эстетических требований.

— Способы укрепления откосов

• Засев травами — самое экономичное решение для пологих откосов (1:1,5 и положе). Создаёт корневую систему, удерживающую верхний слой грунта.
• Геоматы и георешётки с засевом — для откосов покруче или в условиях интенсивного смыва. Геомат удерживает грунт до укоренения травы.
• Каменная или бетонная одежда — для подмостовых конусов, в зоне колебания уровня воды, на крутых откосах.
• Габионные конструкции — сетчатые ящики из оцинкованной проволоки, заполненные камнем. Применяются как подпорные стенки и для укрепления размываемых откосов.

Рис. 4.1 — Конструкция переходного участка от насыпи к мосту: георешётки длиной 4–80 м, дренажная труба ПВХ ⌀100 мм, переходная плита 15 м, жёсткий дренажный геокомпозит. Постепенное изменение жёсткости предотвращает образование «предмостовой ямы».

Виброзащита земляного полотна

На скоростях 250+ км/ч поезд создаёт сильные вибрации, которые передаются от пути в грунт и далее — к близлежащим зданиям. Если они подходят к собственным частотам колебаний грунта, может возникнуть резонанс. Это и неприятно для жителей соседних домов, и опасно для самой насыпи: на торфяных и илистых основаниях вибрация может вызвать тиксотропное разжижение и потерю устойчивости.

— Способы снижения вибраций

• Подшпальные прокладки и подбалластные маты — упругие элементы между путём и основной площадкой, поглощающие вибрации.
• Безбалластный путь с системой «масса-пружина» — путевой бетон опирается на грунт через упругие маты, отделяющие массу пути от основания.
• Барьеры в грунте — траншеи с заполнителем, экраны из шпунта или свайные ряды на пути распространения сейсмо-волн.
• Усиление земляного полотна цементацией ЩГПС — повышает жёсткость грунтового массива и снижает амплитуду колебаний.

Уровень допустимых вибраций жилых и общественных зданий нормирован — обычно по СН 2.2.4/2.1.8.566-96 и СНиП 23-03-2003. Превышение норматива требует применения виброзащитных мероприятий до тех пор, пока расчётный или измеренный уровень не будет ниже предельного.

Экологические требования при проектировании

ВСМ — линейный объект протяжённостью сотни километров, и её строительство неизбежно меняет ландшафт, гидрологию и условия жизни животных. Поэтому проект обязательно проходит государственную экологическую экспертизу, а в его составе обязательно есть раздел «Охрана окружающей среды».

— Основные природоохранные мероприятия

• Шумозащитные экраны в населённых пунктах — снижают шумовое воздействие на жилую застройку.
• Биопереходы — экодуки, тоннели для миграции животных под трассой, особенно на путях сезонных миграций.
• Перенос редких растений и формирование «зелёного коридора» вдоль трассы для восстановления флоры.
• Очистные сооружения для стоков с искусственных сооружений и территорий технического обслуживания.
• Запрет прохождения трассы по особо охраняемым природным территориям (заповедники, национальные парки).

Регулируется это Федеральным законом «Об охране окружающей среды» № 7-ФЗ, законом «О животном мире» № 52-ФЗ и постановлениями Правительства РФ о полосах отвода и охранных зонах железных дорог.

Контроль при строительстве

На ВСМ требования к качеству земляных работ настолько высоки, что без непрерывного приборного контроля их обеспечить невозможно. На стройплощадке работают одновременно входной, операционный и приёмочный контроль.

— Что контролируется

• Качество поступающих грунтов — гранулометрия, влажность, содержание органики, морозостойкость каменных материалов.
• Толщина уложенных слоёв — измеряется до уплотнения и после.
• Плотность грунта после уплотнения — методом режущего кольца, замещения объёма (песок, вода) или радиоизотопным плотномером.
• Модуль деформации — штамповыми или динамическими испытаниями (например, динамическим плунжером по DIN 18134).
• Геометрия — отметки основной площадки и поперечные уклоны измеряются нивелированием с привязкой к высокоточной координатной системе (см. § 2.3).

Рис. 4.2 — Контролируемые параметры в поперечнике земляного полотна: толщины защитных слоёв, отметки основной площадки, поперечные уклоны, конструкция дренажа.

Приёмка земляного полотна

Перед укладкой верхнего строения пути земляное полотно сдают приёмочной комиссии. Принимают в полностью законченном виде: с уплотнёнными защитными слоями, обустроенными откосами, выполненным водоотводом и установленными реперами для последующего мониторинга.

— Состав приёмочной документации

• Исполнительные геодезические схемы — план и продольный профиль с фактическими отметками.
• Поперечные профили в характерных сечениях.
• Журналы работ, акты на скрытые работы, акты лабораторных испытаний грунтов.
• Сертификаты на применённые материалы (ЩГПС, геосинтетики, геомембраны).
• Данные первичного геотехнического мониторинга (нулевой цикл).

Допустимые отклонения фактических отметок от проектных: ±10 мм по основной площадке, ±20 мм по бровке откоса. Если отклонения больше, поверхность приходится догружать или срезать до проектных значений с повторным уплотнением и контролем плотности.

Мониторинг земляного полотна

Земляное полотно ВСМ — это инженерное сооружение, поведение которого нужно наблюдать на всём сроке службы. Цель мониторинга — вовремя заметить начало неблагоприятных процессов (осадки, оползневые подвижки, развитие карстовых полостей) и принять меры до того, как они отразятся на безопасности движения.

— Состав системы мониторинга

• Геодезические репера вдоль трассы с шагом 100–200 м — нивелируются периодически, выявляют осадки и подъёмы.
• Инклинометры в наклонных скважинах — измеряют горизонтальные смещения в массиве грунта, диагностируют оползневые процессы.
• Поровые пьезометры — измеряют избыточное поровое давление в слабых основаниях, контролируют ход консолидации.
• Датчики напряжений в защитных слоях — на участках с особыми условиями (мостовые подходы, тоннельные порталы).
• Геофизические профилирования на закарстованных участках — выявляют развитие подземных полостей.

Рис. 4.3 — Усиленная конструкция земляного полотна на сложном основании: дренажная система, защитные слои, контрольные репера и инклинометры для долгосрочного геотехнического мониторинга.

Данные мониторинга в реальном времени передаются на центр управления инфраструктурой ВСМ. На системно неблагополучных участках применяются пороговые значения: если осадка за месяц превысила, скажем, 3 мм — автоматически назначаются дополнительные обследования и, при необходимости, ограничение скорости до устранения причины.

Параметры геометрии рельсовой колеи

Геометрия рельсовой колеи — это положение пути в пространстве. Для ВСМ контролируют ширину колеи, уровень и перекосы, положение нитей в плане и профиле, параметры кривых, длинные неровности, элементы продольного профиля и положение оси пути в высокоточной системе координат.

Тензометрические колесные пары

Тензометрическая колесная пара — обычная колесная пара, оборудованная датчиками. По деформациям диска колеса определяют напряжения, а после калибровки получают силы, возникающие при контакте колеса и рельса. Это помогает оценить реальное силовое воздействие высокоскоростного состава на путь.

Рис. 1.1 — Тензометрическая колесная пара на калибровочном стенде и тензодатчики на диске колеса.

Напряженное состояние рельсовых плетей

В бесстыковом пути важно контролировать температуру рельсов и смещение плетей относительно маячных шпал. На подошве рельса и шпале наносят контрольные метки: диагностический комплекс фиксирует их положение и помогает определить, не возник опасный сдвиг плети.

Рис. 1.2 — Фотофиксация контрольной метки на рельсе и маячной шпале диагностическим комплексом.

Эквивалентная конусность участка пути

Эквивалентная конусность описывает, как колесная пара смещается поперек колеи и как при этом меняются радиусы качения колес. Для ВСМ этот параметр критичен: превышение конусности может ограничивать максимальную скорость даже при очень хорошем содержании пути.

Рис. 1.3 — Геометрия взаимодействия колесной пары с рельсовой колеей.

Рис. 1.4 — Колебательная траектория движения центра осей колесной пары.

Нормативы устройства и содержания колеи

Для ВСМ допуски задаются не просто по классу линии, а по расчетной скорости конкретного участка: чем выше скорость, тем жестче требования. Для скоростей 251–400 км/ч подуклонка рельсов должна быть 1/20 с допустимым диапазоном 1/18–1/40, а отклонение оси пути от проектного положения в плане и профиле — не более 10 мм.

Верхнее строение пути на балласте

Балластный путь ВСМ состоит из рельсовых плетей, упругих промежуточных скреплений, железобетонных шпал и балластной призмы. Его применяют там, где безбалластная конструкция нецелесообразна: например, на участках до 250 км/ч или при риске существенных просадок основания.

• Рельсы — Р65 категории ДТ350ВС или ОТ350ВС.
• Скрепления — упругие, с вертикальной жесткостью узла 50–150 МН/м.
• Эпюра шпал — 1840 шт/км на главных путях.
• Балласт — модуль деформации на уровне подошвы шпал EV2 не ниже 180 МПа.
• Толщина балласта — не менее 30 см под подошвой шпал.

Рис. 2.1 — Распределение давления от шпал в балластной призме.

Безбалластное верхнее строение пути

Безбалластный путь появился как ответ на главный недостаток балласта — накопление остаточных деформаций. Плитная конструкция лучше сохраняет геометрию, снижает затраты на текущее содержание, повышает устойчивость бесстыкового пути и удобна для тоннелей, мостов и эстакад.

Рис. 2.2 — Классификация безбалластных конструкций пути.

Таблица 2.2 — Примеры протяженности безбалластных конструкций в разных странах.

— Конструкции, применяемые и испытываемые в России

Рис. 2.3 — Rheda 2000: двухблочные шпалы с выступающей арматурой, омоноличенные в бетонный несущий слой.

Рис. 2.4 — LVT: полушпалы в резиновых чехлах с амортизирующими прокладками.

Рис. 2.5 — Монтаж конструкции LVT: опалубка, блоки LVT и регулировочные элементы.

Рис. 2.6 — FFB MaxBögl: заводские преднапряженные железобетонные плиты.

Рис. 2.7 — Монтаж FFB: путевая плита, стяжные замки, домкраты и подливочный слой.

Рис. 2.8 — NBT ALSTOM: две бетонные плиты с деформационными швами вразбежку.

Рис. 2.9 — Монтаж NBT: арматура, провокаторы трещин, стойки и регулировочные винты.

Рис. 2.10–2.11 — EBS TINES: бетонные опорные блоки, омоноличенные в железобетонную плиту.

Сопряжение различных конструкций пути

Самые опасные зоны — переходы, где резко меняется жесткость пути: подходы к мостам, тоннелям, водопропускным трубам и переходы с балластной конструкции на безбалластную. Если переход сделать жестким скачком, появляются предмостовые ямы, просадки и динамические удары.

Переход с безбалластного пути на балластный

Для сопряжения применяют переходные участки переменной жесткости: дополнительные плиты, усиленные слои, геосетки, железобетонные короба и специальные решения под балластом. Идея одна — исключить резкий перепад осадки и жесткости.

Рис. 3.13 — Переходной участок с типовой конструкции на безбалластную конструкцию Rheda 2000.

Мосты, тоннели и водопропускные сооружения

На подходах к искусственным сооружениям земляное полотно усиливают: устраивают переходные зоны с улучшенным основанием, армированием, плитами и дренажом. Такие решения уменьшают неравномерные осадки и защищают геометрию пути при высоких скоростях.

Рис. 3.22–3.23 — Варианты усиления земляного полотна на подходах к водопропускным сооружениям.