Искусственные сооружения устраивают при пересечении железной дорогой рек, суходолов, ущелий, гор, различных путей сообщения, а также для защиты железнодорожного пути от осыпей, обвалов, селей, лавин, подмыва его течением рек и волнением моря, для укрепления склонов местности и на крутых косогорах.
Эти сооружения должны обеспечивать высокий уровень надежности, так как при возникновении на них неисправностей и тем более при разрушении требуется много времени и средств для их восстановления.
Бригадиры пути и путевые бригады осуществляют надзор за состоянием верхнего строения пути, мостового полотна, обеспечивают содержание этих элементов в исправности, выполняют осмотр и отдельные работы по содержанию малых искусственных сооружений.
Бригадиры и монтеры пути должны знать основные конструкции сооружений, уметь обнаруживать дефекты в этих конструкциях, знать порядок и правила надзора за ними и их содержания.
Виды искусственных сооружений
Местные условия, в которых возводят искусственные сооружения, различия в их назначении, конструкции, размерах и материалах, из которых их строят, определяют большое разнообразие этих сооружений.
Мосты (рис. 3.1) устраивают при пересечении железной дорогой рек и водотоков как постоянных, так и периодического действия. Мосты могут быть однопролетными и многопролетными; в зависимости от их полной длины они разделяются на малые - до 25 м, средние - от 25 до 100 м и большие - более 100 м. Полной длиной моста считается расстояние между задними гранями устоев.
Опоры мостов - береговые (устои) и промежуточные (быки) - перекрываются пролетными строениями. В качестве материала для опор применяют бетон, железобетон, камень, металл. Однако металлические опоры строят редко.
К устоям примыкает земляное полотно, которое заканчивается конусами, отсыпаемыми с боков устоев; поверхность конусов во избежание размывов и обрушения, как правило, укрепляют различными одеждами (см. главу 1).
При сооружении на БАМе и в других аналогичных районах страны малых мостов возникают трудности при устройстве опор. Массивные опоры мостов являются хорошим проводником тепла, что способствует деградации вечной мерзлоты в основании опоры. Если при этом опора поставлена не на скалу или плотную глину, то возможна деформация опоры. При строительстве таких массивных опор приходится разрабатывать большие объемы грунта. Это в условиях,вечной мерзлоты дорого и требует много времени. Кроме того, при отрытии котлована происходит оттаивание грунта у стенок и дна, что будет отрицательно влиять на устойчивость сооружения. В этих случаях применение находят столбчатые опоры. При такой конструкции опор не отрывают котлован, а в грунте пробуривают отверстия диаметром 80 - 100 см до скального или другого непросадочного основания. В пробуренные отверстия опускают заранее приготовленные железобетонные столбы. Пазуху между столбом и грунтом заполняют цементно-песчаным раствором.
Передняя стенка устоев и верх быков перекрываются подферменной плитой, на которой располагаются подферменники, служащие основанием для опорных частей.
Опорные части передают вертикальные нагрузки от пролетных строений на опоры. Конструкция опорных частей определяется характером их работы. При изменении температуры пролетные строения удлиняются или укорачиваются. Поэтому если закреплен один конец пролетного строения, то опорные части должны обеспечить перемещение другого его конца вдоль оси моста. Для этого опорные части устраивают неподвижные и подвижные (рис. 3.2). Когда пролетное строение загружено поездной нагрузкой, то вследствие его прогиба происходит не только продольное перемещение одного конца пролетного строения, но и поворот обоих концов на некоторый угол. Опорные части за счет шарнира позволяют пролетному строению свободно прогибаться и возвращаться в исходное положение после прекращения действия нагрузки.
Подвижные опорные части имеют катки или устраиваются секторного, а на малых мостах тангенциального типов. На мостах длиной до 10 м опорные части делают из плоских металлических листов.
Пролетные строения могут выполняться в виде ферм или балок. В первом случае верхний и нижний пояса пролетного строения соединяют отдельными стержнями в виде решетки, во втором случае - сплошной стенкой.
Две противолежащие фермы или балки пролетного строения соединяют продольными и поперечными связями, обеспечивающими работу элементов пролетного строения как единой системы. Если путь располагается сверху пролетного строения, то такое пролетное строение называют с ездой поверху. Если путь располагается в нижней части пролетного строения, то пролетное строение называют с ездой понизу.
Мосты по применяемому для их изготовления материалу подразделяются на металлические, каменные, бетонные, железобетонные и деревянные. Деревянные мосты являются временными сооружениями и в настоящее время встречаются сравнительно редко.
Металлические мосты имеют наиболее широкое распространение, хотя при длине мостов до 33 м их все чаще сооружают железобетонными.
Для нового железнодорожного строительства разработаны типовые проекты металлических пролетных строений для пролетов длиной от 33 до 127 м. При длине пролетных строений до 33 м используют балки со сплошной стенкой, а при больших пролетах - сквозные фермы.
Элементы конструкций металлических мостов соединяют друг с другом одним из трех способов: заклепками, высокопрочными болтами или сваркой.
На мостах с ездой понизу, а при широкой расстановке главных ферм и на мостах с ездой поверху для размещения мостового полотна устраивают проезжую часть, состоящую из поперечных и продольных балок. Расстояние между поперечными балками от 1,5 до 6 м, между продольными балками - от 1,8 до 2 м. На продольные балки укладывают или поперечины, или железобетонные плиты, или железобетонное корыто, являющееся частями мостового полотна.
Каменные и бетонные мосты имеют, как правило, сводчатое очертание и сравнительно небольшую длину пролетов. Это массивные сооружения, хорошо воспринимающие поездную нагрузку, однако трудоемкие в строительстве.
Железобетонные мосты находят в последнее время все более широкое применение, особенно при перекрытии малых и средних пролетов. В этом случае применяют балочные пролетные строения. При пролетах от 33 до 66 м пролетные строения железобетонных мостов устраивают в виде сквозных ферм, а при пролетах более 100 м - в виде арок.
Если мост сооружают для пересечения в разных уровнях железнодорожной линии другой железной или шоссейной дорогой, то такой мост называют путепроводом.
При пересечении железной дорогой ущелий или глубоких оврагов вместо насыпей с большим объемом земляных работ возводят массивные мосты, называемые виадуками (рис. 3.3).
Если при строительстве железной дороги требуется пересечь гору и устройство в ней выемки связано с большим объемом земляных работ, то внутри горы сооружают тоннель. Для закрепления грунта в тоннеле устраивают обделку, которая состоит из верхнего свода и стен с фундаментами. Если в горном массиве действует не только вертикальное, но и боковое давление, то фундаменты распирают обратным сводом. Обделку можно не устраивать только в тех случаях, если тоннель проходит в особо крепких, не поврежденных трещинами скальных породах. Обделку выполняют в виде каменной кладки с облицовкой, из сборных железобетонных конструкций, из тюбингов. Для того чтобы не допустить проникновения воды в тоннель, швы между отдельными блоками обделки тщательно заделывают раствором и обделку с наружной стороны покрывают изоляционным материалом.
Для отвода грунтовых вод от тоннеля прокладывают дренажи различного типа, а внутри тоннеля - лотки.
При недостаточности естественного проветривания тоннеля
он оборудуется принудительной вентиляцией.
В тоннелях длиной более 50 м для размещения механизмов, материалов и укрытия людей делают камеры и ниши, располагаемые в шахматном порядке, с расстоянием между камерами 300 м и между нишами 50 - 60 м (см. главу 1).
Трубы так же, как и малые мосты, являются широко распространенными сооружениями в тех случаях, когда необходимо пересечь малые или периодически действующие водотоки. Для строительства труб используют камень, бетон, железобетон. На старых железных дорогах встречаются металлические трубы - чугунные и стальные. В последнее время находят применение конструкции гофрированных стальных труб.
Для того чтобы направить водный поток в трубу. предохранить от размыва грунт у трубы и откосы земляного полотна, на входе в трубу и на выходе из нее устраивают оголовки, которые могут быть каменными, бетонными или железобетонными.
части передают вертикальные нагрузки от пролетных строений на опоры. Конструкция опорных частей определяется характером их работы. При изменении температуры пролетные строения удлиняются или укорачиваются. Поэтому если закреплен один конец пролетного строения, то опорные части должны обеспечить перемещение другого его конца вдоль оси моста. Для этого опорные части устраивают неподвижные и подвижные (рис. 3.2). Когда пролетное строение загружено поездной нагрузкой, то вследствие его прогиба происходит не только продольное перемещение одного конца пролетного строения, но и поворот обоих концов на некоторый угол. Опорные части за счет шарнира позволяют пролетному строению свободно прогибаться и возвращаться в исходное положение после прекращения действия нагрузки.
пересечении железной дорогой ущелий или глубоких оврагов вместо насыпей с большим объемом земляных работ возводят массивные мосты, называемые виадуками (рис. 3.3).