Статьи

Взаимосвязь параметров железнодорожного пути и конструкций моста

01.01.2010

А. В. Портнов

ОАО «Институт Гипростроймост», Москва, Россия

Типовые пролетные строения мостов с ездой на безбалластном мостовом полотне на железобетонных плитах рассчитаны на их расположение на прямых при продольных уклонах до 4 ‰.

Однако такие объекты, как строительство подъездного железнодорожного пути пос. Улак — Эльга, железнодорожной линии от ст. Кызыл до ст. Курагино, участка пассажирской железнодорожной линии от ст. Адлер до курорта «Альпика-Сервис», характеризуются прохождением трассы в сложных условиях и необходимостью ее прокладки предельными уклонами в узких долинах попутных рек и отсутствием возможности ее искусственного развития для обеспечения таких условий для устройства мостовых переходов.

Ограничения, накладываемые параметрами плана и профиля железнодорожного пути на искусственных сооружениях с большими пролетами типовых серий для данных объектов, ставят под сомнение саму возможность реализации проекта. Для решения этой технической задачи потребовалась разработка конструкций индивидуальных унифицированных серий пролетных строений, которые позволяют располагать их в кривых малых радиусов (до 300 м) и на уклонах продольного профиля более 4 ‰.

ОАО «Институт Гипростроймост» на основании анализа трассы проектируемых железнодорожных линий Улак — Эльга (1999‑2001 гг.) и Адлер — горноклиматический курорт «Альпика-Сервис» (2008‑2010 гг.) разработало серию проектов металлических пролетных строений, где в качестве балластного корыта принята металлическая ортотропная плита.

Ортотропная плита

Ранее совместно с институтом «Гипротранспуть» разрабатывались аналогичные балочные пролетные строения с ездой поверху на балласте с пролетами на блоках, типовой проект № 2230.

Для железнодорожной линии Адлер — «Альпика-Сервис» ОАО «Институт Гипростроймост» разработана серия унифицированных пролетных строений под один и под два железнодорожных пути с пролетами 18‑33 в балочном исполнении с ездой поверху на балласте и с пролетами 33‑110 м, 154 м в виде сквозных ферм с ездой понизу на балласте. Данная серия позволяет применять пролетные строения на кривых в плане с радиусами от 600 до 2500 м и на продольных уклонах до 4 ‰. Применение пролетных строений с ортотропной плитой открывает не только новые возможности для строительства железных дорог в сложных условиях (на значительных продольных уклонах и кривых в плане), но и расширяет границы применения бесстыкового пути.

Конструктивные особенности моста связаны не только с планом и профилем железнодорожного пути, но и с типом верхнего строения пути. Взаимосвязь типа верхнего строения пути с конструкцией моста особенно четко прослеживается при проектировании пограничного мостового перехода через Амур у н. п. Нижнеленинское, которое осуществляет в настоящее время ОАО «Институт Гипростроймост».

При проектировании пограничного мостового перехода через Амур, характеризующегося большой протяженностью самого моста, равной 2,2 км по схеме 18 × 108 + 144 + 132 + 108 + 60, а также протяженными подходными насыпями (более 4 км) со стороны России, в связи с требованием укладки на мосту совмещенной колеи 1520/1435 мм четырехниточного плана решается задача по выбору типа мостового полотна, так как на данный момент времени отсутствуют типовые конструкции мостового полотна для совмещенного пути для пропуска по нему российского и китайского подвижного состава.

Одним из вариантов решения является применение пролетных строений с ортотропной плитой, позволяющих уложить путь на балласте. В таком случае в качестве верхнего строения может быть применен деревянный стрелочный брус или индивидуальный железобетонный брус под четырехниточный путь с возможностью установки контруголка и уравнительных стыков. Рассматриваются также и конструктивные решения верхнего строения пути на безбалластном мостовом полотне.

В качестве возможных решений рассматривались варианты устройства верхнего строения пути на металлических поперечинах и на деревянных мостовых брусьях. Конструктивные отличия от типовых решений заключаются только в геометрических размерах подрельсового основания и обусловлены совмещенной железнодорожной колеей 1520/1435 мм и необходимостью располагать стандартные уравнительные приборы (стыки) для компенсации температурных напряжений в конструкции пути. При этом путь проектируется бесстыковым с применением рельсовых плетей длиной, ограниченной длиной температурного пролета с типовыми уравнительными приборами. Такое решение предусматривает укладку стандартных уравнительных приборов, что, собственно, и определило расстояние между осями смежных путей, равное 800 мм, и потребовало проектировать индивидуальную плиту безбалластного мостового полотна (БМП) шириной 4 м. Это привело к значительному усложнению конструкции верхнего строения пути против стандартной под один путь колеи 1520 мм на типовых плитах БМП.

Совмещенная железнодорожная колея 1520/1435 мм изменила характер работы подрельсового основания, в первую очередь положения точки приложения временной вертикальной нагрузки относительно главных балок. Одним из вариантов решения по оптимизации размеров проектируемой плиты безбалластного мостового полотна и улучшения ее работы является устройство дополнительной (третьей) продольной балки мостового полотна по оси главной фермы. Это позволит улучшить режим работы подрельсового основания и продольных балок, но соответственно увеличит массу металлических конструкций пролетных строений. Рассматриваются также и нетрадиционные решения.

Удачные результаты серии испытаний плиты БМП на основе композитного материала конструкции НПП «АпАТэК», проведенной НИИ мостов, позволяют в качестве альтернативы рассматривать и это решение. Применение плит безбалластного мостового полотна из композитных материалов позволяет снизить нагрузку на пролет по сравнению с железобетонной плитой с 3,5 т/пог. м до 1 т/пог. м. По предварительным оценкам, это обеспечит снижение расхода металла на 2-3 %.

Рассматривается вариант применения мостового бруса из композитных материалов с погонной нагрузкой на пролет 0,3 т/пог. м, но при условии опирания на дополнительную продольную балку, что позволит не только еще больше снизить погонную нагрузку, но и уменьшить расход весьма дорогостоящего композитного материала подрельсового основания.

Отсутствие опыта эксплуатации и высокая стоимость конструкций подрельсового основания мостового полотна из композитных материалов могут ограничить возможности реализации данного варианта в проекте мостового перехода через Амур, имеющего жесткие рамки стоимости и сроков реализации. Для расширения сферы применения строительных материалов на основе композитных составляющих в конструкциях мостов ОАО «Институт Гипростроймост» продолжает совместную работу с НПП «АпАТэК».

Окончательное решение по конструкции верхнего строения пути данного моста определится по результатам технико-экономического сравнения описанных выше вариантов. Сложные технические задачи, стоящие при строительстве таких объектов, как строительство железнодорожных линий Улак — Эльга, Кызыл — Курагино и др., требуют комплексного подхода к их решению с учетом сложной взаимосвязи параметров железнодорожного пути и конструкций мостов.