CC BY
10УДК 625.143.482.004
Д.В. ВЕЛИЧКО (Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС), г. Новосибирск)
ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ БЕССТЫКОВОГО ПУТИ ПРИ ПРЕВЫШЕНИИ НОРМАТИВНОГО ТОННАЖА
В статье анализируются показатели надежности рельсов на участке Транссибирской магистрали в условиях наработки сверхнормативного пропущенного тоннажа.
Общеизвестны высокие эксплуатационные параметры работы железнодорожного пути на Западно-Сибирской дороге, и в первую очередь это касается участка Новосибирск— Омск.
Показательной в этом плане является Калачинская дистанция пути (I путь — класс 1, группа Б, категория 1). Особенностью участка Валерино — Колония — Каратканск (км 2806-2855) является высокие эксплуатационные параметры (грузонапряженность 132 млн т-км бр./ км в год, скорость движения 130/80 км/ч; осевая нагрузка по годам колебалась в пределах — 168-175 кН / ось), а также наличие пологих уклонов линии (доля горизонтальных участков — 50,9 %) и единственной кривой R 3506 м (длина круговой кривой 63 м). На участке эксплуатируется современная конструкция пути (бесстыковые плети длиной с блок-участок, рельсы Р65 объемнозакаленные 1 группы (АО «КМК»), железобетонные шпалы, щебеночный балласт, геотекстиль и пенополистирол).
Кроме того, особенностью этого направления является малая доля кривых участков и кривых малого радиуса.
В соответствии с ЦПТ-53 нормативное значение пропущенного тоннажа для назначения усиленного капитального ремонта, для рассматриваемых условий, с учетом коэффициента на подбалластный разделительный слой, составляет 770 млн т бр.
Существующие нормативные документы не учитывают в полной мере факторы геометрических условий плана и профиля железнодорожного пути, т.е. отсутствуют коэффициенты повышающие норму периодичности ремонта — потому обосновать их можно только опытом эксплуатации и анализом фактического состояния пути.
В современных экономических условиях, одной из важнейших задач ведения путевого хозяйства является ресурсосбережение и технико-экономическая эффективность.
В связи с этим, большой интерес представляет динамика появления дефектов элементов железнодорожного пути в процессе эксплуатации, особенно с учетом наличия периода пропуска сверхнормативного тоннажа.
На рассматриваемом участке к 2009 г. пропущенный тоннаж превысил уровень 1050 млн т бр. (с июля 1999 г.), однако по параметру одиночного выхода рельсов показатель только сейчас достиг граничного значения — 4 шт. /км (рис. 1).
За период с 1999 г. по 2008 г. наблюдается существенное увеличение интенсивности выхода рельсов по годам — в 2-2,5 раза (с 0,02 до 0,042 шт./ км в год), необходимо знать по каким причинам происходят эти процессы и каковы основные дефекты вызывающие такой большой и резкий рост.
4,5
н
В
я о о л н и
л
«
о
X
Я я
к
«
и л О
3,5
2,5
1,5 1
0,5 0
н-1-1-1-1-1-г
100 200 300 400 500 600 700 800 Пропущенный тоннаж, млн т
Т-г
900 1000 1100
Рис. 1. Помесячный график выхода рельсов
Следует отметить, что начиная с 2006 г. (после наработки нормативного тоннажа 770 млн т) наблюдается резкий рост замен рельсов по дефектам 1 и 2 групп (рис. 2).
1 группа
5 группа
2 группа
9 группа
3 группа
0
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
Годы
Рис. 2. Выход рельсов по группам дефектам
В связи с этим интенсивность выхода рельсов разделим на два этапа: 1-й этап — с момента укладки до периода наработки порядка 770 млн т бр. (граница соответствует уровню нормативного пропущенного тоннажа); 2-й этап — с периода наработки порядка 770 млн т бр. до настоящего времени.
Существенное изменение характера дефектности рельсов 1, 2 и 5 групп наглядно представлено в таблице, доли дефектов по остальным группам остались без существенного изменения.
На 2-м этапе доля отказов рельсов по дефекту 10.2 в общем числе дефектов 1 группы (см. рис. 2) составляет 58 %, тогда как в 2005 г. его доля составляла только 15 %, т.е. именно ростом по дефекту 10.2 определяется общий рост дефектности 1 группы. Остальные дефекты (10.1; 11.2) хотя и имеют рост, но не оказывают столь существенного влияния на выход рельсов. Среди дефектов
4
3
2
0
2 группы резко выделяется дефект 21.2 составляющий 68 % от общей доли (см. рис. 2), его интенсивный рост наблюдается начиная с 2007 г. с уровня в 33 %. Выход рельсов по группе 9 хотя и не несет такого обвального характера как 1 и 2 группы, однако начиная с 2007 г. имеет повышенный рост, определяемый ростом дефектности 99.1 (85 % всей группы).
Номер Доля дефектов рельсов, % Коэффициент
группы 1 этап (до 770 млн т) 2 этап (более 770 млн т) изменения
1 34 48 1,41
2 8 22 2,75
3 5 2 0,40
4 1 3 0,33
5 40 13 0,32
6 1 1 1
9 11 11 1
Следует отметить, что к наработке максимального тоннажа состояние подошвы рельсов характеризуется существенным износом (1-2 мм) по причине ржавления, что объясняется неудовлетворительным состоянием подрельсовых прокладок армированных кордом (ОАО «Омскшина»).
По данным рассматриваемого участка (48 км), методом квантилей были определены параметры надежности рельсов: Т = 2148 млн т; а = 600 млн т. Для
ср
увеличения объема выборки рассмотрены данные всех участков I пути Калачин-ской дистанции, с различной наработкой тоннажа, (139 км): Тср = 2078 млн т; а = 580 млн т.
Дефектность железобетонных шпал составляет 0,7 %, что подтверждает высокий запас их надежности.
Дефектность подкладок и закладных болтов скрепления КБ-65 — около 1 %. После пропуска 300 млн т бр. начался интенсивный выход подрельсовых прокладок. В 2008 г. натурное обследование состояния прокладок (с учетом регулярных плановых замен) показало уровень дефектности: для подрельсо-вых — 25-30 %, для нашпальных — 30-40 %. Для решения проблемы продления срока службы прокладок, на ЗСЖД в последние годы используют прокладки армированные полимерными волокнами (ОАО «Союзспецмаш»), прошедшие полигонные испытания в Щербинке и отличающихся очень высокой надежностью.
За весь период службы на участке не проводились работы по очистке щебеночного балласта от загрязнителей, что привело к появлению отдельных мест выплески. Показательным является состояние балластного щебеночного слоя загрязненного на всю глубину. Учитывая очень высокую интенсивность перевозочного процесса и сложность в представлении «окон» такая ситуация выглядит оправданной, но в условиях сверхнормативного тоннажа появляются серьезные затраты связанные с устранением дефектов балластного слоя.
Состояние геотекстиля и пенополистирола оценивается как хорошее, геотекстиль сохраняет свои дренирующие свойства.
В изменении средней балловой оценки наблюдается тенденция плавного уменьшения уровня бальности и падения его в 2 раза относительно первого года эксплуатации, от 37 баллов (1999 г.) до 16 баллов (2008 г.). Наибольшее количества неисправностей приходится на период конец весны — начало лета, основные причины отступлений — нарушения требований к уровню и перекосам.
Оценка возможности изменения схемы промежуточных ремонтов пути
В условиях наработки сверхнормативного тоннажа, когда показатели выхода элементов верхнего строения только достигли нормативных значений, а геометрические показатели состояния колеи оцениваются лучше, чем в первый период эксплуатации, возникает необходимость рассмотрения возможности изменения схемы ремонтов пути на данном участке.
Анализ технических параметров показывает, что эксплуатационные условия направления Новосибирск — Омск позволяют превысить нормативное значение классического межремонтного периода (700 млн т) на 2-3 года, по критерию выхода рельсов.
В соответствии с ЦПТ-53, допускается вместо усиленного капитального ремонта пути (УКР) производить сплошную смену рельсов, сопровождаемую усиленным средним ремонтом пути (РС).
С точки зрения требований надежности, ресурсосбережения и экономической эффективности рационально применение схемы ремонтов со сплошной сменой рельсов, сопровождаемой усиленным средним ремонтом пути (РС). Такая схема, в условиях ЗСЖД, позволяет превысить нормативный межремонтный период в 1400 млн т.
За рациональность такого варианта говорят такие технические параметры как высокая надежность железобетонных шпал (40 лет) и достаточная надежность дорогостоящих разделительных слоев (укладываемых при реконструкции пути и рассчитанных не на один межремонтный период).
Большой сложностью внедрения новой схемы ремонтов является неотработанность общей технологии производства работ, технологии очистки балластной призмы при сохранении разделительных слоев, а также технологии сплошной машинизированной замены элементов промежуточных скреплений. Существует возможность очистки средней и верхней зоны балластной призмы (не приближаясь к разделительным слоям выгребными ножами машин по глубокой очистке щебня), однако она требует пополнения новым балластом для обеспечения необходимой толщины чистого слоя. Такая подъемка требует иметь запас по высоте для приближения к контактному проводу, а также вступает в противоречие СТН Ц 01-95 по условию соблюдения разности отметок головок рельсов смежных путей не более 0,15 м на станциях.
Одной из существенных особенностей выполнения технологического процесса РС заключается в оставлении разделительных слоев геотекстиля и пенополи-стирола на второй межремонтный период. Для обеспечения сохранности разделительных материалов, при выполнении глубокой очистки балласта, требуется сохранение буферной толщины старого загрязненного балласта — 10 см. В связи с этим возможны два варианта:
— габаритные расстояния до контактного провода, с учетом возможности корректировки его высоты, позволяют устройство балластной призмы с нормативной толщиной чистого балласта 40 см, т.е. существует возможность подъемки на 10 см;
— габаритные расстояния до контактного провода не обеспечивают возможность подъемки пути, что определяет соотношение нового чистого балласта 30 см и старого загрязненного 10 см.
Для обеспечения надежной работы железнодорожного пути в условиях эксплуатации по второму варианту необходимо предварительно скорректировать сроки службы — 500 млн т бр., с дальнейшим периодическим мониторингом состояния пути.
В дальнейшем, при выполнении реконструкции пути, необходимо учитывать особенности выполнения РС по сохранению разделительных слоев. Для этого требуется выполнение срезки старых балластных отложений с понижением отметок пути, учитывающих запас на последующую подъемку пути при выполнении РС.
Определяющими моментами в организации и осуществлении такой схемы ремонта является соблюдение необходимого объема и периодичности выполнения выправочных ремонтов, гарантированное предоставление необходимого количества «окон» и путевых машинных комплексов, а также поэлементная диагностика состояния пути в процессе эксплуатации.
Эффективность внедрения новой схемы ремонтов, в условиях Калачинской дистанции пути, определяется за счет уменьшения капитальных и амортизационных затрат, уменьшения затрат на предоставление «окон» для проведения капитального ремонта пути.
