Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Известно, что в отечественной и зарубежной практике метрополитены счнгаотся одним из самых популярных видов городского общественного транспорта. Строительство метрополитенов мелкого заложения, как правило, более чем в 2 раза дешевле строительства метрополитенов глубокого заложения.
Однако, метрополитены мелкого заложения отличаются повышенным уровнем вибрации и шума от проходящих поездов, что лрицательно сказывается на состоянии здоровья 'обслуживающего персонала и .особенно людей, находящихся в жилых домах и других сооружениях,-расположенных в непосредственной близости от трассы. Неблагоприятно сказывается повышенный уровень вибрации и на сами сооружения как'тоннельной'обделки, так и за ее пределами. Только в г.Москве свыше 500 жилых домов подвержены воздейс. jrco повышенного уровня шума и вибраций от проходящих по-ездез метро. Из десятков домов городские адмииистрашпі вынуждены переселять жильцов из-за превышения вши нормы уровня шума н вибраций.
Использз омая в тоїщелях всех метрополитенов России и' других стран СНГ конструкция пути с замоиоличеїшьши в.бетон деревянными шпалами принципиально не претерпела изменений, с момента строительстза первых линий Московского метрополитена. По данным Московского'и Санкт-Петербургского метрополитенов стоимость замены деревянной шпалы обходится в 10...15 раз дороже самой шпалы (сравнение приведено применительно к ценам 1990...1991 г.г.). Работы по замене шпал ведутся с нелс.тьзозаннем отбойных молотков, что сопровождается повышенными запыленностью и уровнем шума.
Следует заметить, что срок службы дерезянных замоноличенных в путевой бетон шпи в метрополитенах постройки 60-х годов и более
* v поздних лет значительно ниже срока службы шпал в аналогичных условиях эксплуатации в тоннелях метрополитенов довоенной постройки;
На вновь строящихся метрополитенах в странах дальнего зарубежья отказались от использования деревянных шпал в качестве подрельсового основания. В этих странах используют, как правило, железобетонные подрельсовые основания различных модификаций.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Целью работы является разработка конструкции пути, повышающей эффективность се использования за счет: продления срока службы подрельсового основания; снижения уровня вибраций и шума; снижения материалоемкости деталей рельсового скрепления; повышения производительности труда при изготовлении деталей подрельсового основания, при текущем содержании и ремонтах пути с заменой подрельсового основания.
Достижению поставленной цели должно предшествовать решение следующих задач: разработка модели железнодорожного пути; установление влияния показателей жесткости узла скрепления и подрельсового основания на условия взаимодействия элементов пути; выбор рациональных значений пространственной жесткости пути и отдельных его элементов; изготовление Деталей пути, устройство опытных участков и испытание в полигонных и эксплуатационных условиях; отработка вариантов новых конструкций пути с определением сфер их применения.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ. Решение поставленных выше задач осуществлялось на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований.
В общем объеме теоретических исследований содержатся задачи и системы уравнений, решение которых осуществлялось с использованием вычислительной техники.
5 .
Экспериментальные исследования содержат материалы лабораторных, полигонных и эксплуатационных испытаний.
Лабораторные испытания натурных образцов проводились при статических и динамических нагрузках. При этом выбор геометрических и прочностных параметров вновь предлагаеммх деталей пути проводился с учетом запаса прочности.
При лабораторных испытаниях осуществлялся также п- чбор различных по характеристикам вертикальной и поперечной горизонтальной жесткости типов промежуточных рельсовых скреплений. Подобранные в лабораторных условиях варианты скреплений цитировались в условиях полигонных испытаний как при статической, так и при динамической нагрузках с помощью специально разработанного приспособления.
Полигонные испытания проводились, в основном, на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа, где специально был устроен опытный участок.
На этом участке испытаны: виброзаншный путь с железобетонными малогабзрігпшмн рамами и леглгсми; путь с зачополнченпыми в путевой бетон железобетонными легліями и шпалами-коротышами, а также путь с монолитным бетонным подрельсовым основанием. . Прошли также испытания конструкции пути с железобетонными лежнями в сочетании с поперечными связями и щебеночным балластным слоем и железобетонные шпалы с предложенным автором бесподкладочным промежуточным рельсовым скреплением.
Кроме того, на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа проведены испытания конструкции пути с легеневим основанием применительно к балочным и коробчатым металлическим пролетным строениям.
Во всех случаях полигонных испытаний в качестзе испытательного поезда нсполмован есстаз обшей массой 10000... 12000 тонн,
. 6
обращающийся со скоростями преи.уществешю 70 км/ч при статической вагонной нагрузке 210,230,250,270 кН/ось.
При тензометрических испытаниях пути использовали состав, состбящйй из грузовых вагонов, имеющих статические нагрузки на ось 5.8, 170, 210, 230, 250 кН, а также электроподвижной состав ЭР2, сходный по качественному воздействию на путь с электроподвнжным составом метрополитенов.
Эксплуатационным испытаниям были подвергнуть!:
виброзащитный: путь с рамным и лежневым железобетонным подрельсовым основанием в условиях соответственно Московского и Киевского метрополіггенов;
путь с лежневым железобетонным подрельсовым основанием и железобетонными шпалами-коротышами, замоноличенными в путевой бетон, в условиях, соответственно Новосибирского и Киевского метрополитенов; путь с железобетонными шпалами, содержащими в узлах скреплений натяжные болты с фиксаторами в сочетании с пустотообразователями - на участках Казатинской и Фастовскон дистанций пути Юго-Западной железной дороги.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В результате анализа работы отечественных и зарубежных конструкций пути разработано направление решения задачи по созданию с учетом габаритов тоннелей отечественных метрополитенов вариантов пути, исключающих недостатки известных технических решений.
По результатам проведенного комплекса теоретических и экспериментальных (главным образом в полигонных и эксплуатационных условиях) исследований с использованием разработанной автором аппаратуры, позволяющей имитировать по характеристикам жесткости различные типы промежуточных рельсовых скреплений, представилось возможным:
установить рациональные значения жесткости скреплений и подрельсовых оснований в вертикальном и поперечном горизонтальном направлениях, а также рациональные формы и размеры железобетонных подрельсовых оснований;
?
предложить варианты железнодорожного пути, удовлетворяющие экологическим требованиям в части ремонтов и вибраций тоннельной обделки.
Опыт эксплуатации разработанных автором конструкций пути в тоннелях городов Москва, Киев, Новосибирск подтвердил: правильность нового направления в разработке вариантов пути; существенное сокращение расходоз при текущем содержаний и ремонтах.
Новизна подкреплена более чем двадцатью авторскими свидетельствами и патентами.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Предложенные
рекомендации по рациональным значениям жесткости пути и отдельных
его элементов, а также новые конструкции пути позволяют отказаться от
использования на метрополитене деревянных шпал и перейти на новые
конструкции пупі с. различными ' вариантами железобетонных
подрельсовых оснований, обеспечивающих по сравнению - с типовой
конструкцией: ,."..'.-''
снижение трудозых затрат при текущем содержании в 2...2,5 раза, а при ремонтах пути с заменой подрельсового основания - не менее, чем в 10 раз;
снижение уровня виброускорений тоннельной обделки з 3...3.5 раза в частотном диапазоне 31,5...63 Гц,
уменьшение материалоемкости съемных деталей в узле скрепления в 2...3 раза (в зависимости от типа предложетого варианта);
- полную механизацию работ по очистке лотковой зоны пути.
Результаты исследований предназначены для использования
специалистами проектных, метростроительных, эксплуатационных организаций. Сни могут быть полезны дія других специалистов, связанных с проектированием, строительством и эксплуатацией пути мггистральных железных дорог, промышленного транспорта и трамвайного хозяйства.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. На различных этапах исследований
результаты работы докладывались -на Всесоюзных и Всероссийских
конференциях: . .
"Некоторые задачи механики скоростного наземного транспорта" (г.Днепропетровск, 1974 г.); "Научно-технический прогресс - основа повышения эффективности рабсил метрополитенов" (г.Москва, 1977 г.); Совершенствование перевозочного процесса и технических средств метрополитенов СССР" (гЛещшгрзд, 19S2 г.); "Повышение качества строительства метрополитенов" (^Днепропетровск, I9S6 г.); "Основные направления совершенствования конструкции и. технологии строительства метрополитенов" (г.Москва, 19S9 г.);. "Транссиб и научно-технический прогресс- на железнодорожном транспорте" (г.Новосибирск, 1991 г.); "Снижение ілуш и вибраций от метрополитена - важная экологическая проблема городов". (Г.Москва, 1995 г.); "Актуальные проблемы и .-перспективы развития железнодорожного транспорта" (г.Москва, 1997 г.).
Материалы о новых конструкциях пути докладывались также:
при. встрече со специалистами-путейцами Министерства транспорта
и Пражского ...метрополитена во время служебной командировки в
Чехословакию в составе делегации МПС СССР (г.Прага, 1986 г.); на
семинаре специалистов,Федеративной республики Германии, МПС РФ,
Октябрьской железной дорога, ВНИИЖТа, ЛИИЖТа: "Технические
средства, материалы и технологии дл~ организации скоростного движения
пассажирских поездов" (г.Санкт-Петербург, 1996 г.); на совещании
экспертов V Комиссии ОСЖД по теме "Путь и инженерные сооружения:
технические условия для скоростной магистрали, безбалластный путь,
рельсы, балластная призма (Чешская республика, г.Марианске Лазне,
1997 г.). .
В соответствии с протоколом о научно-техническом сотрудничестве между ВНИИЖТом и Академией железнодорожного транспорта Китайской
Народной Республики автором настоящей работы в 1994 г. прочитан курс лекций для специалистов Академии (г.Пекин) и проектного института № 2 (г.Чэнду).
В процессе проведения исследований и отработки новых технических решений по конструкциям, пути работа докладывалась на Ученом совете ВНИИЖТа (1995 г.) и его путейской секции (1998г.); секции строительства тоннелей Госстроя СССР (1985 г.); путейской секции научно-технического совета МПС (1991,1998 г.г.) и других форумах.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Находят внедрение новые конструкции пути, просктн&ч документация на которые разработана по техническим заданиям ВНИИЖТа (при непосредственном участии автора) организациями:
АО "Метрогипротранс":
- внброзащитаый путь с. рамным' и ле:кневым железобетонным
подрельсовым основанием -в комплекте о бесподкладочным
промежуточном рельсовым скреплеїшгм; .
- пуіь с железобетонными шпзлгмп-корорттшгмп, коитакпфуюшимн
с путевым бетоном через ргзиновыв оболочки, а таз-кз замонолпченными в
путевой бетон. '
ОАО "Норосибметрсггроулгг";
путь с железобетонными лгхзиат, зшополпчешшми в путевой бетон;
виброзашлтиый путь с лезкиегым яселегобетонным подрельсовым основанием в комплекте с четырьмя вариантами бесподкладочных промежуточных рельсовых скреплений;
путь с лежневым .железобетонным подргльсовым основанием в сочетании с поперечными связями и щебеночным баллгетным слоем..
Проектная докумеїгташія утверждена руководством метрополитенов и метростроев Москвы п Новосибирска,
Кроме указанных городов, предусмотрено перейти на новые конструкции пути\в тоннелях строящихся метрополитенов городов Омска, Красноярска, Челябинска, Казани. Уфы, а также других городов России и страні СНГ, где перспективными планами намечается строительство метрополитенов.
Работы по новым конструкциям пути выполнялись в соответствии с планами проведения НИОКР, предусмотренными: координационным планом Госстроя СССР от 17 февраля 1977 г.; планами проведения научно-исследовательских работ МПС за 1982...1987 г.г.; координационным планом мэрии г.Новосибирска на 1994...1996 г.г. и др.
С 1996 г., согласно договору с Северо-Кавказской железной дорогой с 'ВНИИЖТом, институтом "Гипротранспуть", Департаментом пути и сооружений МПС ведутся работы по применению указанных выше вариантов пути с лежневым железобетонным подрельсовым основанием применительно к условиям работы магистральных железных дорог.
ГГУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации опубликованы в 57 печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных литературных источников (270 наименований) и приложений. Объем работы - 209 страниц машинописного текста, иллюстрированного рисунками и таблицами. Общий объем - 403 страницы.