Теміржол инфрақұрылымы

Кіріспе

Темір жол инфрақұрылымы

Темір жол (британдық ағылшын және UIC терминологиясы) немесе теміржол (американдық ағылшын), сондай-ақ пойыз жолы немесе тұрақты жол (көбінесе Австралияда "perway" деп аталады) – бұл рельстер, бекіткіштер, темір жол байланыстары (орындықтар, британдық ағылшын) және балласттан (немесе плиталық жолдан) және оның астындағы негізден тұратын темір жол немесе теміржолдағы құрылым. Ол пойыздардың дөңгелектеріне жүруге сенімді бетті қамтамасыз ету арқылы қозғалуына мүмкіндік береді. Алғашқы рельстер ағаштан немесе шойыннан жасалған рельстермен және ағаштан немесе тастан жасалған төсеулермен салынған; 1870 жылдардан бері рельстер көбінесе болаттан жасалған.

Тарихи дамуы

Ұлыбританиядағы алғашқы темір жол 1603 жылы Ноттингемширдегі Волатон мен Стрелли арасында салынған Волатон вагон жолы болды. Ол ағаш рельстерді пайдаланды және келесі 164 жылда салынған шамамен 50 ағаш рельсті трамвайлардың біріншісі болды. 1804 жылдан бастап бу локомотивтері енгізілгенде, сол кездегі жолдар қосымша салмақты көтеруге тым әлсіз екені анықталды. Ричард Тревитиктың Пен-и-Даррендегі локомотиві рельсті бұзып, қайтаруға мәжбүр болды. 1810-1820 жылдары локомотивтер кеңінен тараған сайын, инженерлер берік рельс негіздерін, тас төсектеріне орнатылған темір рельстерді және оларды бекітетін құйма темірлік тіреуіштерді жасады. Бұл қателік болды және жақын арада пойыздар өткенде эластикалық қозғалысқа мүмкіндік беретін икемді жол құрылымдарымен алмастырылды. Көптеген қазіргі заманғы темір жолдар, жоғары жүк көлемімен жұмыс істейтіндер, жүктемені таратуға арналған тақталармен бекітілген, үздіксіз дәнекерленген рельстерді қолданады. Бетон төсектері қолданылғанда, рельс пен төсеу тақтасы арасында пластик немесе резеңке төсемдер орналастырылады. Рельс әдетте төсектеріне сенімді бекіткіштермен бекітіледі, бірақ Солтүстік Америкада кесілген тікенектер жиі қолданылады. 20-ғасырдың көп бөлігінде темір жолдар жұмсақ ағаш төсектерін және біріктірілген рельстерді пайдаланды, осы рельстердің маңызды бөлігі екінші және үшінші деңгейдегі бағыттарда сақталды. Солтүстік Америка мен Австралияда, жалпақ түбі бар рельстер әдетте иттің тікенектері арқылы жалпақ төсеу тақтасына бекітілді. Ұлыбритания мен Ирландияда бұқа басты рельстер құйма темір тіреуіштерде орналастырылды, олар төсектеріне қадалады. 1936 жылы Лондон, Мидленд және Шотландия темір жолы Ұлыбританияда жалпақ түбі бар рельске көшуді бастады, бірақ бұрынғы желілер оны кейбір жағдайларда қолданған. Алғашында біріктірілген рельстер қолданылды, өйткені заманауи технология басқа балама ұсынбады. Алайда, тік жүктемеге қарсы тұрудың ішкі әлсіздігі балластың шөгуіне және буындарда қабылдауға болмайтын геометриялық ақаулықтарды болдырмау үшін ауыр техникалық жұмыс жүктемесіне әкелді. Буындарды сондай-ақ майлау қажет болды, ал балық табағының (буын штангасының) жұптасу беттеріндегі тозуды жылтырату арқылы түзету қажет болды. Осы себепті біріктірілген жолдар жоғары қарқынды темір жолдар үшін қаржылық тұрғыдан тиімді емес. Ағаш төсектері көптеген түрлі ағаштардан жасалады және көбінесе креозот, хроматты мыс арсенаты немесе басқа да ағаш консерванттарымен өңделеді. Престресстелген бетон төсектері көбінесе ағаш тапшы болған және тоннаж немесе жылдамдық жоғары болған жерлерде қолданылады. Болат кейбір жағдайларда қолданылады. Жолдың балласты әдетте ұсақталған таспен жасалады, оның мақсаты төсектерін қолдау және олардың орнын реттеуге мүмкіндік беру, сонымен қатар еркін дренажға мүмкіндік беру.

The first railway in Britain was the Wollaton Wagonway, built in 1603 between Wollaton and Strelley in Nottinghamshire. It used wooden rails and was the first of around 50 wooden railed tramways built over the next 164 years. When steam locomotives were introduced, starting in 1804, the track then in use proved too weak to carry the additional weight. Richard Trevithick's pioneering locomotive at Pen y darren broke the plateway track and had to be withdrawn. As locomotives became more widespread in the 1810s and 1820s, engineers built rigid track formations, with iron rails mounted on stone sleepers, and cast iron chairs holding them in place. This proved to be a mistake, and was soon replaced with flexible track structures that allowed a degree of elastic movement as trains passed over them. Most modern railroads with heavy traffic use continuously welded rails that are attached to the sleepers with base plates that spread the load. When concrete sleepers are used, a plastic or rubber pad is usually placed between the rail and the tie plate. Rail is usually attached to the sleeper with resilient fastenings, although cut spikes are widely used in North America. For much of the 20th century, rail track used softwood timber sleepers and jointed rails, and a considerable amount of this track remains on secondary and tertiary routes. In North America and Australia, flat bottomed rails were typically fastened to the sleepers with dog spikes through a flat tie plate. In Britain and Ireland, bullhead rails were carried in cast iron chairs which were spiked to the sleepers. In 1936, the London, Midland and Scottish Railway pioneered the conversion to flat bottomed rail in Britain, though earlier lines had made some use of it. Jointed rails were used at first because contemporary technology did not offer any alternative. However, the intrinsic weakness in resisting vertical loading results in the ballast becoming depressed and a heavy maintenance workload is imposed to prevent unacceptable geometrical defects at the joints. The joints also needed to be lubricated, and wear at the fishplate (joint bar) mating surfaces needed to be rectified by shimming. For this reason jointed track is not financially appropriate for heavily operated railroads. Timber sleepers are of many available timbers, and are often treated with creosote, chromated copper arsenate, or other wood preservatives. Pre stressed concrete sleepers are often used where timber is scarce and where tonnage or speeds are high. Steel is used in some applications. The track ballast is customarily crushed stone, and the purpose of this is to support the sleepers and allow some adjustment of their position, while allowing free drainage.

Балластсыз жол

Дәстүрлі рельс жолдарының бір кемшілігі – жоғары техникалық қызмет көрсету қажеттілігі, әсіресе жол геометриясын және көлік құралдарының тегіс қозғалысын қалпына келтіру үшін жол төсемін (тегістеу) және рельс жатағын реттеу. Жер астының нашарлығы және дренаждың жеткіліксіздігі де жоғары қызмет көрсету шығындарына әкеледі. Бұл мәселені баластсыз жолдарды пайдалану арқылы шешуге болады. Ең қарапайым түрінде, бұл бетоннан жасалған үздіксіз плитадан тұрады (автокөлік жолы сияқты), ал рельстер тікелей оның үстіңгі бетіне (серпімді төсемді пайдалана отырып) орнатылады. Әртүрлі өндірістік жүйелер бар; олардың арасында үздіксіз темір бетон плитасы және негізгі қабатқа орнатылған жиналмалы, алдын ала керілген бетон блоктары бар. Көптеген дизайндық нұсқаулар ұсынылған. Дегенмен, баластсыз жолдың бастапқы құны жоғары, ал ескі теміржолдарды жаңарту үшін бағытты ұзақ мерзімге жабу қажет. Техникалық қызмет көрсетуді азайту есебінен, оның толық өмірлік циклының шығындары төмен болуы мүмкін. Баластсыз жолдар көбінесе жаңа, өте жоғары жылдамдықты немесе өте жоғары жүктемелі бағыттар үшін, қосымша беріктік қажет болатын қысқа учаскелерде (мысалы, теміржол станцияларында) немесе ерекше техникалық қызмет көрсету қиындықтары бар жерлерде, мысалы, туннельдерде ауыстыру үшін қарастырылады. Көптеген жылдам транзиттік желілер және резеңке дөңгелекті метро жүйелері баластсыз жолдарды пайдаланады.

Ұзындығы бойынша тіреліп тұратын үздіксіз жол

Ерте темір жолдар (шамамен 1840 жылдары) үздіксіз тіреуге арналған рельстік жолдармен тәжірибе жасады, онда рельс бойымен тіреліп тұрады. Мысалдарға Ұлы Батыс темір жолындағы Брунелдің ағаш жолы, сондай-ақ Ньюкасл мен Солтүстік Шилдс темір жолында, Ланкашир мен Йоркшир темір жолында Джон Хокшоудың жобасы бойынша және басқа да жерлерде қолданылу жатады. Үздіксіз тіреу дизайнын басқа инженерлер де ұсынды. Жүйе 1840 жылдары Балтимор және Огайо темір жолында сынақтан өтті, бірақ оның күтіп ұстауы, рельстік төсектермен салыстырғанда қымбат екені анықталды. Мұндай жолдың түрі әлі де Network Rail желісіндегі кейбір көпірлерде сақталып қалған, онда ағаш арқалықтар жол арқалықтары немесе бойлық ағаштар деп аталады. Мұндай құрылымдардағы жылдамдық әдетте төмен болады. Кейінірек үздіксіз тіреуге арналған жолдарға Балфур Биттінің «бетон плитаға енгізілген жолы» кіреді, ол дөңгеленген тікбұрышты рельс профилін (BB14072) сырғытып құйылған (немесе алдын ала құйылған) бетон негізіне енгізеді (2000 жылдары әзірленген). Нидерландыда 1976 жылдан бері қолданылып келе жатқан «бетонға енгізілген рельс құрылымы» бастапқыда бетонға орнатылған стандартты UIC 54 рельсін пайдаланған, ал кейіннен (1990 жылдардың соңында) «саңырауқұлақ» пішіндес SA42 рельс профилін пайдалану үшін жетілдірілді. Жеңіл рельстік жолға арналған, асфальт бетонмен толтырылған болаттан жасалған науаға орнатылған рельс нұсқасы да әзірленді (2002). Қазіргі заманғы сатылы жол ағаш жолдың дамуы деп қарастырылуы мүмкін. Сатылы жол рельстермен бір бағытта тіктелген төсектерді пайдаланады. Баласты және баластсыз түрлері бар.

Темір жол

Қазіргі заманғы рельстер әдетте асимметриялық дөңгеленген I-арқалық пішіндес ыстық прокатталған болаттан жасалады. Темір мен болаттың басқа қолданылуларынан өзгеше, теміржол рельстері өте жоғары кернеуге ұшырайды және жоғары сапалы болат қорытпасынан жасалуы тиіс. Материалдардың сапасын жақсарту, соның ішінде темірден болатқа көшу көптеген онжылдықтарды алды. Рельстер мен рельстік құрылымның қаншалықты берік болса, рельс арқылы жүретін пойыздың салмағы мен жылдамдығы соншалықты жоғары болады. Рельстердің басқа пішіндері: бұқабас рельс, жолақты рельс, тегіс табанды рельс (Виньоль рельсі немесе фланцты Т-тәрізді рельс), көпір рельсі (баульк жолында қолданылатын инвертті U-тәрізді) және Барлоу рельсі (инвертті V-тәрізді). Солтүстік Америка теміржолдары 20-ғасырдың ортасына дейін 39 фут (12 метр) ұзындықты рельстерді пайдаланды, оларды гондола вагондарында (ашық вагондарда) тасымалдауға болады, көбінесе 40 фут (12 метр) ұзындығындағы вагондарда; гондола вагондарының көлемі ұлғайған сайын рельстердің ұзындығы да ұлғайды. Railway Gazette International хабарлағандай, Баффин аралындағы Баффинленд темір кеніші үшін жоспарланған, бірақ кейіннен тоқтатылған 150 километрлік теміржол желісінде рельстер үшін қазіргі заманғы, жоғары өнімділікке ие қорытпалардың орнына ескі көміртекті болат қорытпалары қолданылуы тиіс еді, себебі қазіргі заманғы қорытпа рельстер өте төмен температурада сынғыш болуы мүмкін.

Темірден жасалған, ағаштан жасалған рельстер

Солтүстік Американың алғашқы темір жолдары экономия үшін ағаш рельстердің үстіне темір салып қолданған, бірақ темір босап, иіліп, вагондардың еденіне кіріп жатқан соң, бұл құрылыс әдісінен бас тарқан. Вагондардың еденінен шығып тұратын темір жолақты ерте теміржолшылар "жылан басы" деп атаған. Солтүстік Уэльстегі Дезид трамвай жолы осы типтегі рельстерді пайдаланған. Ол 1870 жыл шамасында ашылып, 1947 жылы жабылды, соның ішінде ұзын бөліктерінде осы рельстер сақталған. Бұл темірмен жабылған ағаш рельстерді пайдаланудың соңғы мысалдарының бірі болды.

Рельсті жіктеу (салмақ)

Теміржол желілік тығыздығы бойынша, яғни стандартты ұзындығына шаққандағы массасы бойынша жіктеледі. Салмағы ауыр рельстер, жеңіл рельстерге қарағанда зақымданусыз үлкен осьтік жүктемелерді көтере алады және жоғары жылдамдықпен қозғала алады, бірақ олардың құны жоғары. Солтүстік Америкада және Ұлыбританияда рельстер бір ярдқа шаққандағы фунттармен (әдетте фунт немесе фунт деп көрсетіледі) бағаланады, сондықтан 130 фунттық рельс салмағы болады. Әдеттегі диапазон – Еуропада рельстер бір метрге шаққандағы килограммдармен бағаланады және әдеттегі диапазон – ең ауыр рельс массасы құрады және Пенсильвания темір жолы үшін жасалды.

Рельс ұзындығы

Теміржол көлігінде пайдаланылатын рельстер белгілі бір ұзындықтағы бөліктерде шығарылады. Рельстердің ұзындығы мүмкіндігінше ұзын жасалады, себебі рельстер арасындағы қосылыстар әлсіздік тудырады. Рельс өндірісі тарихында, өндіріс процестері жақсарған сайын, рельстердің ұзындығы артты.

Көбейтулер

Жаңа, ұзын рельстер көбінесе ескі, қысқа рельстердің қарапайым еселіктері түрінде жасалады, осылайша ескі рельстерді кесусіз ауыстыруға болады. Бірақ өткір бұрылыстардың сыртқы жағындағы рельстерге ішкі жағындағы рельстерге қарағанда сәл ұзынырақ рельстер қажет болғандықтан, кейбір кесу жұмыстары қажет болуы мүмкін.

Бөлшектер

Рельстер алдын ала саңылаулармен (тесіктермен) бекіткіш планкалар үшін немесе дәнекерленуге арналған болып беріледі. Әдетте, әр басында екі-үш саңылау болады.

Бірлескен рельстер

Рельстер белгілі бір ұзындықта шығарылады және пойыз жүретін үздіксіз бет жасау үшін оларды ұштарынан біріктіру қажет. Рельстерді біріктірудің дәстүрлі әдісі – оларды металл біріктіргіш табақтармен (АҚШ-та – біріктіру тақталары) болттап бекіту арқылы біріктірілген рельс жолын жасау. Көбірек заманауи қолданыста, әсіресе жоғары жылдамдықтар қажет болған жағдайларда, рельстердің ұзындығын үздіксіз дәнекерлеп біріктіріп, үздіксіз дәнекерленген рельс (CWR) құруға болады.

Бірлескен жол

Бірлескен рельстік жол әдетте Ұлыбританияда шамамен ұзын, ал Солтүстік Америкада шамамен ұзын болатын рельс кесектерінен жасалады, олар "балық тақталары" (Ұлыбритания) немесе "біріктіру тақталары" (Солтүстік Америка) деп аталатын тесіктелген болат тақталармен біріктіріледі. Балық тақталары әдетте ұзын болады, рельс ұштарының екі жағында жұптап орнатылып, бұраулармен (әдетте төрт, кейде алты) бекітіледі. Бұраулардың бағыты кезектесіп орналасады, сонда егер пойыз жолдан шығып, дөңгелек фланеці рельс біріктіруіне тисе, бұраулардың бір бөлігі ғана қиылады, бұл рельстердің бұрыс қалыптасуын азайтып, жолдан шығу қаупін төмендетеді. Бұл тәсіл әрқашан қолданылмайды; еуропалық тәжірибеде барлық бұрау бастары рельстің бір жағында орналасады. Рельстердің ыстық ауа райында кеңеюіне мүмкіндік беру үшін рельс ұштары арасында кішкентай кеңістіктер (кеңейтім буындары) қасақана қалдырылады. Еуропалық тәжірибеде екі рельстің де біріктірулері бір-біріне жақын орналасады, ал Солтүстік Америка тәжірибесінде олар кезектестіріледі. Осы кішкентай кеңістіктердің арқасында пойыздар бірлескен рельстік жолдан өткенде "кірпік-құрақ" дыбысын шығарады. Жақсы күтім болмаса, бірлескен рельстік жолдың жүріс сапасы дәнекерленген рельстік жолға қарағанда нашар, сондықтан ол жоғары жылдамдықты пойыздар үшін қолайлы емес. Дегенмен, бірлескен рельстік жол әлі де көптеген елдерде төмен жылдамдықты желілерде және қосымша жолдарда қолданылады, сондай-ақ құрылыс құнының төмендігі және орнату мен күтімге қажетті қарапайым жабдықтар болғандықтан, дамып келе жатқан елдерде кеңінен қолданылады. Бірлескен рельстік жолдың басты мәселесі – бұрау тесіктерінің айналасындағы жарықтар, ол рельс басының (жүріс беті) сынуына әкелуі мүмкін. Осының салдарынан Хитэр Гриндегі теміржол апаты болды, одан кейін Британ теміржолдары көп бөлігін үздіксіз дәнекерленген рельстік жолға ауыстыруды бастады.

Оқшауланған буындар

Сигнал беру мақсатында рельс тізбектері болған жағдайда, оқшауланған блоктық қосылыстар қажет. Бұл әдеттегі қосылыстардың нашар тұрған жерлерін күшейтеді. Барлық кеңістіктер эпоксидтік шайырмен толтырылған, арнайы жасалған желімделген қосылыстар, қайтадан беріктігін арттырады. Оқшауланған қосылыстарға балама ретінде, рельстің шамамен бір бөлігінен жасалған реттелген контурды блоктау тізбегінің құрамы ретінде пайдалана отырып, дыбыс жиілікті рельс тізбектерін қолдануға болады. Кейбір оқшауланған қосылыстар бұрылыстардың ішінде қажет болады. Тағы бір балама – ось сандарының тіркегіші, ол рельс тізбектерінің және осыған байланысты қажетті оқшауланған рельс қосылыстарының санын азайта алады.

Тұрақты дәнекерленген рельс

Қазіргі заманғы теміржолдардың көпшілігі үздіксіз дәнекерленген рельс (CWR) пайдаланады, кейде оны лента рельстері немесе тігіссіз рельстер деп атайды. Бұл жолдың рельстерін бір-бірімен біріктіріп, бірнеше шақырымға дейін созылатын бірыңғай рельс жасау үшін флеш-бүкіттеу дәнекерлеуі қолданылады. Буындары аз болғандықтан, бұл жол өте мықты, тегіс жүреді және аз күтімді қажет етеді; пойыздар одан жоғары жылдамдықпен және аз үйкеліспен жүруге болады. Дәнекерленген рельстерді орнату біріктірілген рельстерге қарағанда қымбат, бірақ олардың күтімге кететін шығыны әлдеқайда төмен. Алғашқы дәнекерленген жол 1924 жылы Германияда қолданылды және 1950 жылдан бері басты магистральдарда кеңінен таралды. Флеш-бүкіттеу дәнекерлеуінің ең тиімді әдісі – автоматты жол төсеу машинасының көмегімен екі қосылмаған рельстің жанасқан ұштарынан күшті электр тогы өткізу. Электр кедергісінен ұштары қызып, ақ түске енеді, содан кейін біріктіріліп, берік дәнекерлеу жасалады. Қолданыстағы CWR сегменттерін жөндеу немесе біріктіру үшін термиттік дәнекерлеу қолданылады. Бұл қолмен жүргізілетін процесс, онда балқытылған темірді ұстап тұру үшін реакциялық тигель мен форма қажет. Солтүстік Америкада рельс сегменттерін дәнекерлеп, арнайы пойызға тиеп, жұмыс орнына жеткізіледі. Бұл пойыз көптеген рельс сегменттерін тасымалдауға арналған, олар өз сөрелерінен пойыздың арт жағына қарай жылжып, үздіксіз жұмыс істеу үшін тіреулерге (орындықтарға) бекітіледі. Егер рельс ұсталып тұрғызылмаса, ыстық ауа райында ұзарады, ал суық ауа райында қысқарады. Мұны қамтамасыз ету үшін рельс тіреуге қатысты қозғалуына клемпалар немесе бекіткіштер арқылы жол берілмейді. Баласты тиімді тығыздауға, соның ішінде тіреулердің астында, арасында және ұштарында, тіреулердің қозғалмауын болдырмауға назар аудару керек. Анкерлер көбінесе ағаш тіреулерге қолданылады, ал бетон немесе болат тіреулердің көпшілігі рельстің бойлық қозғалысына қарсы тұратын арнайы клиптермен бекітіледі. Дәнекерленген рельстің ұзындығы бойынша теориялық шектеу жоқ. Алайда, егер бойлық және көлденең ұстап тұру жеткіліксіз болса, ыстық ауа райында рельс бұрмаланып, жолдан шығуға себеп болуы мүмкін. Жылудың кеңеюінен туындайтын бұрмалану Солтүстік Америкада «күннің қисаюы» деп, ал басқа жерлерде бүктелу деп аталады. Ауыр ыстық ауа райында арнайы тексерулер жүргізу қажет. Солтүстік Америка тәжірибесінде экстремалды температуралық жағдайлар бригадаларға бүктелу немесе «күннің қисаюы» кездескен жағдайда жауап беруге мүмкіндік беру үшін баяу жылдамдық режимін қосуға себеп болады. Германияның Deutsche Bahn теміржол компаниясы жазғы күндері температураның жоғары деңгейін төмендету үшін рельстерді ақ түске бояуға кірісті. Рельстің жаңа сегменттері төселгеннен кейін немесе ақаулы рельстер ауыстырылғаннан кейін (іріктірілгеннен кейін), рельс температурасы қалағаннан төмен болса, рельстер жасанды түрде кернеуге түсірілуі мүмкін. Кернеу процесінде рельстерді қыздыру, олардың кеңеюіне себеп болу немесе рельстерді гидравликалық жабдықпен созу қарастырылады. Содан кейін олар тіреулерге (клиптермен) кеңейген күйінде бекітіледі. Бұл процесс рельс келесі ыстық ауа райында одан әрі кеңеймейтінін қамтамасыз етеді. Суық ауа райында рельстер жиырылуға тырысады, бірақ олар берік бекітілгендіктен, мұны істей алмайды. Шындығында, кернеулі рельстер берік бекітілген созылған иілгіш сияқты. Өте суық ауа райында рельстер «тартулардың» алдын алу үшін қыздырылады. CWR төселеді (бекітуді қоса), сол жерде кездесетін экстремалды температуралардың шамамен ортасында. (Бұл «рельс бейтарап температурасы» деп аталады.) Бұл орнату процедурасы жолдың жазғы аптапта бүктелуіне немесе қысқы суықта бөлініп кетуіне жол бермеуге бағытталған. Солтүстік Америкада, сынған рельстер әдетте сигнал беру жүйесіндегі токтың үзілуі арқылы анықталады, сондықтан олар анықталмаған жылулық бұрмалануларға қарағанда аз қауіпті деп есептеледі. Жүйелі дәнекерленген рельсте қажет болған жағдайда, әдетте, сигнал тізбегінің саңылаулары үшін жалғаулар қолданылады. Тік өтетін буынның орнына кейде екі рельс ұшы тегіс өту үшін бұрыштап кесіледі. Ұзын көпірлердің соңындағы сияқты өте ауыр жағдайларда, дем алушы ауыстырғыш (Солтүстік Америкада және Ұлыбританияда кеңейту буыны деп аталады) дөңгелектерге тегіс жол береді, сонымен бірге бір рельстің соңы келесі рельске қатысты кеңеюіне мүмкіндік береді.

Most modern railways use continuous welded rail (CWR), sometimes referred to as ribbon rails or seamless rails. In this form of track, the rails are welded together by utilising flash butt welding to form one continuous rail that may be several kilometres long. Because there are few joints, this form of track is very strong, gives a smooth ride, and needs less maintenance; trains can travel on it at higher speeds and with less friction. Welded rails are more expensive to lay than jointed tracks, but have much lower maintenance costs. The first welded track was used in Germany in 1924. and has become common on main lines since the 1950s. The preferred process of flash butt welding involves an automated track laying machine running a strong electric current through the touching ends of two unjoined rails. The ends become white hot due to electrical resistance and are then pressed together forming a strong weld. Thermite welding is used to repair or splice together existing CWR segments. This is a manual process requiring a reaction crucible and form to contain the molten iron. North American practice is to weld segments of rail at a rail facility and load it on a special train to carry it to the job site. This train is designed to carry many segments of rail which are placed so they can slide off their racks to the rear of the train and be attached to the ties (sleepers) in a continuous operation. If not restrained, rails would lengthen in hot weather and shrink in cold weather. To provide this restraint, the rail is prevented from moving in relation to the sleeper by use of clips or anchors. Attention needs to be paid to compacting the ballast effectively, including under, between, and at the ends of the sleepers, to prevent the sleepers from moving. Anchors are more common for wooden sleepers, whereas most concrete or steel sleepers are fastened to the rail by special clips that resist longitudinal movement of the rail. There is no theoretical limit to how long a welded rail can be. However, if longitudinal and lateral restraint are insufficient, the track could become distorted in hot weather and cause a derailment. Distortion due to heat expansion is known in North America as sun kink, and elsewhere as buckling. In extreme hot weather special inspections are required to monitor sections of track known to be problematic. In North American practice, extreme temperature conditions will trigger slow orders to allow for crews to react to buckling or "sun kinks" if encountered. The German railway company Deutsche Bahn is starting to paint rails white to lower the peak temperatures reached in summer days. After new segments of rail are laid, or defective rails replaced (welded in), the rails can be artificially stressed if the temperature of the rail during laying is cooler than what is desired. The stressing process involves either heating the rails, causing them to expand, or stretching the rails with hydraulic equipment. They are then fastened (clipped) to the sleepers in their expanded form. This process ensures that the rail will not expand much further in subsequent hot weather. In cold weather the rails try to contract, but because they are firmly fastened, cannot do so. In effect, stressed rails are a bit like a piece of stretched elastic firmly fastened down. In extremely cold weather, rails are heated to prevent "pull aparts". CWR is laid (including fastening) at a temperature roughly midway between the extremes experienced at that location. (This is known as the "rail neutral temperature".) This installation procedure is intended to prevent tracks from buckling in summer heat or pulling apart in the winter cold. In North America, because broken rails are typically detected by interruption of the current in the signaling system, they are seen as less of a potential hazard than undetected heat kinks. Joints are used in the continuous welded rail when necessary, usually for signal circuit gaps. Instead of a joint that passes straight across the rail, the two rail ends are sometimes cut at an angle to give a smoother transition. In extreme cases, such as at the end of long bridges, a breather switch (referred to in North America and Britain as an expansion joint) gives a smooth path for the wheels while allowing the end of one rail to expand relative to the next rail.

Ұйқышылдар

Ұйық (рейка тірегі) - рельстердің тіреліп, бекітілетін тіктөртбұрышты нысан. Ұйықтың екі негізгі міндеті бар: рельстерден жүктемені рельстік балластың және төмендегі жердің үстіне беру, сондай-ақ рельстерді қажетті енде ұстап тұру (рельс аралығын сақтау). Олар көбінесе рельстерге көлденеңінен төселеді.

Рельстерді төсемелерге бекіту

Рельсті ұйыққа бекітудің әртүрлі әдістері бар. Тарихи тұрғыдан алғанда, қақпақтар төселген темірден жасалған тіреуіштерге алмастырылды. Жақында, рельсті тіреуішке бекіту үшін серіппелер (мысалы, Пандрол ұстағыштары) қолданылуда.

Көлденең жол

Кейде теміржол жолдары қажеттілікке қарай бір жерден екінші жерге жылжытылатын етіп жасалады. Панама каналын салу кезінде қазба жұмыстарының айналасына рельстер жылжытылды. Бұл рельстердің ені 5 фут, ал пойыз құрамы толық өлшемде болды. Ашық карьерлерде көшпелі рельстер жиі қолданылады. 1880 жылы Нью-Йорк қаласында ауыр көшпелі рельстердің бөлімдері (басқа көптеген шешімдермен бірге) Орталық саябақтағы ежелгі обелискіні SS Dessoug жүк кемесінен түсірілген доктан оның соңғы орнына көшіруге көмектесті. Қамыстың теміржолдары көбінесе басты линияларға тұрақты рельстерге ие болды, ал көшпелі рельстер қамыс егістіктеріне қызмет етті. Бұл рельстер тар енді (мысалы, 2 фут) болды және көшпелі рельстер тік, қисық және бұрылыстармен келді, модельдік теміржолға ұқсас. Декавиль көптеген көшпелі жеңіл рельстердің көзі болды, олар сондай-ақ әскери мақсаттарда да қолданылды. Тұрақты жол деп аталады, өйткені осы тұрақты жолды салу кезінде уақытша рельстер жиі пайдаланылды.

Орналасу

Жолдардың геометриясы табиғаты бойынша үш өлшемді, бірақ жолдың ені, бағыты, биіктігі, қисықтығы және жол беті саласындағы жылдамдық шектері мен басқа да ережелерді көрсететін стандарттар көбінесе көлденең және тік жазықтықтар үшін екі бөлек схемада жазылады. Көлденең схема – жолдың көлденең жазықтықтағы орналасуы. Бұл үш негізгі жол түрінің орналасуын қамтиды: түзу жол (тіке сызық), қисық жол және жолдың өтпелі қисығы (өтпелі спираль немесе спираль деп те аталады), ол түзу және қисық жолдарды байланыстырады. Тік схема – көлденең еңіс, көтерілім және градиент сияқты ұғымдарды қамтитын, тік жазықтықтағы жолдың схемасы. Қосалқы жол – негізгі жолға көмекші болып табылатын, басты жолдан өзге теміржол учаскесі. Бұл сөз сондай-ақ пойыздар мен вагондардың басты жолдан қосалқы жолға ауысуын білдіретін етістік ретінде де қолданылады, сондай-ақ, күнделікті тілде басты тақырыптан алшақтауды білдіру үшін де қолданылады. Теміржолдар жолдың жақтауларын теміржол қозғалысын реттеу және ұйымдастыру үшін пайдаланады.

Өлшегіш

Темір жолдың алғашқы жылдары әртүрлі жүйелерде қолданылатын рельс еніне қатысты үлкен айырмашылықтар болды. Ұлыбританияда 1840 жылдардағы теміржол құрылысының қарқынды даму кезеңінде Брунельдің 7 фут 1/4 дюймдік кең рельсі сол кездегі «тар» рельспен бәсекелесті. Ақырында, кең рельс жеңіске жетіп, стандартты рельс еніне айналды, ал «тар рельс» термині одан әрі жаңа стандарттан тар рельс еніне қолданылатын болды. 2017 жылғы мәліметтер бойынша, әлемдегі теміржолдардың шамамен 60% стандартты немесе халықаралық рельс енін қолданады. Стандартты рельс енінен кеңірек рельс – кең рельс, ал тар рельс – тар рельс деп аталады. Кейбір учаскелерде екі рельстің орнына үш (немесе кейде төрт) параллель рельс орнатылып, екі түрлі рельс ені бар пойыздың бір рельсті пайдалануына мүмкіндік беріледі. Рельс ені белгілі бір шекте қауіпсіз түрде өзгеріп отыруы мүмкін. Мысалы, АҚШ-тың федералдық қауіпсіздік стандарттары стандартты рельс енінің 4 футтан (1 метрден) 4 футқа (1 метрге) дейін ауытқуына жол береді.

Сақтау

Жолдың жақсы күйде болуы үшін, әсіресе жоғары жылдамдықты пойыздар қатынайтын кезде, оны үнемі күтіп-ұстау қажет. Жарамсыз техникалық қызмет көрсету апаттарды болдырмау үшін "жылдамдық шектеу" (Солтүстік Америка терминологиясы немесе Ұлыбританияда уақытша жылдамдықты шектеу) (қараңыз: Slow zone) режимін енгізуге әкелуі мүмкін. Жолды күтіп ұстау бір кезде ауыр қол еңбегі болды, жұмысшылар немесе жолшылар (АҚШ: ганди билеушілер; Ұлыбритания: пластиналар; Австралия: феттлер) қажет болды, олар жолдың көлденеңіне (сызығына) енгізілген бұрмалаушылықтарды түзету үшін бедерлеу тақталарын, ал тік бұрмалаушылықтарды (үстіңгі жағын) түзету үшін тығыздау және жақтау құралдарын қолданды. Қазіргі уақытта техникалық қызмет көрсетуді әртүрлі арнайы машиналар жеңілдетеді. Екі рельстің бас жағын рельс тістеу машинасы арқылы күтіп ұстауға болады. Көбінесе техникалық қызмет көрсету жұмыстарына төсектерді ауыстыру, кілттерді майлау және реттеу, босаңсыған жол бөліктерін бекіту, тік учаскелерді түзу және қисықтарды техникалық қызмет көрсету нормаларына сәйкес ұстау үшін жолды бедерлеу және қаптау кіреді. Жолды жаңарту пойызы арқылы төсек пен рельс ауыстыру процесін автоматтандыруға болады. Арамшөптердің өсуін болдырмау үшін балласты гербицидпен шашыру және балласты қайта тарату әдетте арнайы арамшөптерді жою пойызымен жасалады. Уақыт өте келе, балласт пойыздардың салмағынан ұсақталып немесе жылжып, мерзімді түрде қайта қаптау ("тығыздау") және соңында тазалау немесе ауыстыру қажеттігін тудырады. Егер бұл іс жасалмаса, рельстер тегіс болмай, шайқалып, қиындық тудырып, тіпті жолдан шығуына әкелуі мүмкін. Тығыздауға балама ретінде рельстер мен төсектерді көтеріп, астындағы балласты қайта орнатуға болады. Мұндай жұмыстар үшін арнайы "тас себу" пойыздары қолданылады. Рельстерді тексеруде рельстердің ішкі ақауларын анықтау үшін бұзбайтын сынау әдістері қолданылады. Бұл үшін арнайы жабдықталған HiRail жүк көліктері, тексеру вагондары немесе кейбір жағдайларда қолмен ұсталатын тексеру құралдары пайдаланылады. Рельстерді рельс басының пішіні сызықтан шығуға әкелетіндей тозғанша ауыстыру қажет. Тозған магистральдық рельстер кейіннен тармақ желісінде, қосымша жолдарда немесе қысқа учаскелерде пайдалануға жеткілікті қызмет ету мерзіміне ие болады және осы мақсаттар үшін "қайта бағытталады". Темір жолдың бойындағы экологиялық жағдайлар ерекше темір жол экожүйесін құрайды. Бұл, әсіресе, Ұлыбританияда айқын байқалады, онда бу локомотивтері тек арнайы рейстерде қолданылады және өсімдіктер мұқият кесілмейді. Бұл ұзақ құрғақ ауа райында өрт қаупін тудырады. Ұлыбританияда жол жөндеушілер жұмыс орнына жету үшін және пойыз өтетін кезде қауіпсіз тұру үшін жолдың жанындағы кеңістікті (cess) пайдаланады. Бұл шағын жұмыстарды орындау кезінде, пойыздардың қозғалысын тоқтатпай, жұмысшыларды тасымалдау үшін HiRail немесе тасымалдау көлігін пайдалану қажеттілігін жою арқылы пойыздардың үздіріссіз жүрісіне көмектеседі.

Track needs regular maintenance to remain in good order, especially when high speed trains are involved. Inadequate maintenance may lead to a "slow order" (North American terminology, or temporary speed restriction in the United Kingdom) being imposed to avoid accidents (see Slow zone). Track maintenance was at one time hard manual labour, requiring teams of labourers, or trackmen (US: gandy dancers; UK: platelayers; Australia: fettlers), who used lining bars to correct irregularities in horizontal alignment (line) of the track, and tamping and jacks to correct vertical irregularities (surface). Currently, maintenance is facilitated by a variety of specialised machines. The surface of the head of each of the two rails can be maintained by using a railgrinder. Common maintenance jobs include changing sleepers, lubricating and adjusting switches, tightening loose track components, and surfacing and lining track to keep straight sections straight and curves within maintenance limits. The process of sleeper and rail replacement can be automated by using a track renewal train. Spraying ballast with herbicide to prevent weeds growing through and redistributing the ballast is typically done with a special weed killing train. Over time, ballast is crushed or moved by the weight of trains passing over it, periodically requiring relevelling ("tamping") and eventually to be cleaned or replaced. If this is not done, the tracks may become uneven, causing swaying, rough riding and possibly derailments. An alternative to tamping is to lift the rails and sleepers and reinsert the ballast beneath. For this, specialist "stoneblower" trains are used. Rail inspections utilize nondestructive testing methods to detect internal flaws in the rails. This is done by using specially equipped HiRail trucks, inspection cars, or in some cases, handheld inspection devices. Rails must be replaced before the railhead profile wears to a degree that may trigger a derailment. Worn mainline rails usually have sufficient life remaining to be used on a branch line, siding or stub afterwards and are "cascaded" to those applications. The environmental conditions along railroad track create a unique railway ecosystem. This is particularly so in the United Kingdom, where steam locomotives are only used on special services and vegetation has not been trimmed back so thoroughly. This creates a fire risk in prolonged dry weather. In the UK, the cess is used by track repair crews to walk to a work site, and as a safe place to stand when a train is passing. This helps when doing minor work, while needing to keep trains running, by not needing a Hi railer or transport vehicle blocking the line to transport crew to get to the site.

Төсек және іргетасы

Темір жолдар көбінесе тас жол балласты немесе жол төсенішіне төселеді, ол өз кезегінде жол формациясы деп аталатын дайындалған жер жұмыстарымен қамтамасыз етіледі. Формация субградтан және ылғалды саз немесе күлдің жоғары қарай жылжуын шектейтін, жамылғы деп аталатын құм немесе тас шаң қабатынан тұрады (көбінесе су өткізбейтін пластикпен қапталған). Судың субградқа енуіне жол бермеу үшін су өткізбейтін мата қабаттары да болуы мүмкін. Жол және балласт – тұрақты жол құрайды. Негіз – балласт пен формацияны, яғни рельстердің астындағы жасалған барлық құрылымдарды білдіруі мүмкін. Кейбір теміржолдар балластқа топырақ пен ылғалдың енуіне және оны бұзуына жол бермеу үшін балласт астына асфальт төсеуді қолданады. Жаңа асфальт балласты тұрақтандырып, оның оңай жылжуын болдырмайды. Тибеттегі Цинцзян темір жолы сияқты мәңгі тоңған жер үстіне төселген жолдар үшін қосымша шаралар қажет. Мысалы, субград арқылы орналасқан көлденең құбырлар суық ауаны формацияға өткізіп, субградтың еруіне кедергі келтіреді.

Геосинтетикалық арматура

Геосинтетикалық материалдар жол төсегін салу және жаңарту жұмыстарында бүкіл әлемде қолданылады, жолдың тұрақтылығын арттыру және жол күтіміне кететін шығындарды азайту мақсатында дәстүрлі қабаттарды азайтуға немесе толығымен алмастыруға мүмкіндік береді. Геоторлар (топырақтың 3D-көлемдік шектеу механизміне негізделген) сияқты нығайту геосинтетикалық материалдары, жұмсақ субградитті топырақты тұрақтандыруда және жолдың прогрессивті тозуын шектеу үшін инфрақұрылымдық қабаттарды нығайтуда тиімді екенін көрсетті. Нығайту геосинтетикасы топырақтың көтергіштік қабілетін арттырады, балластың қозғалысын және тозуын шектейді, сондай-ақ жол геометриясына әсер ететін тегіс емес шөгуді азайтады. Бұдан басқа, олар құрылыс уақытын және құнын қысқартады, сонымен қатар қоршаған ортаға тигізетін зиянды және көміртегі ізін азайтады. Жаңа, жоғары өнімділікке ие геотор материалдары (мысалы, NPA – Жаңа Полимерлік Қоспасы), жарияланған зерттеулер, тәжірибелік жобалар және халықаралық стандарттар (ISO, ASTM, CROW/SBRCURnet) геосинтетикалық нығайту шешімдерін кеңінен қолдануды қолдайды.

Жоғары өнімділікке ие геожелілерді субградитте және жоғары өнімділікке ие геоторларды жоғарғы суббазалық/суббалласт қабатында бірлесіп қолдану, нығайту коэффициентін олардың жекелеген жиынтысынан артық деңгейге көтереді, әсіресе кеңеймелі балшықты топырақтың көтерілуін басуға тиімді. Amtrak-тың Солтүстік-Шығыс дәлізінде балшық лайының сорылуын болдырмау бойынша жүргізілген сынақ жобасы, гибридтік шешімнің жол сапасының индексін (TQI) қалай жақсартқанын, жол геометриясының нашарлауын айтарлықтай азайғанын және жоғары өнімділікке ие NPA геоторын пайдалану арқасында жол бетін күтіп-жөндеу жұмыстарын 6,7 есе төмендеткенін көрсетті. Геосинтетикалық нығайту теміржол төбелерін тұрақтандыру үшін де қолданылады, олардың қайта-қайта жүктемелерге төтеп беруге жеткілікті берік болуы қажет. Геоторлар қайта өңделген, нашар сапалы немесе дұрыс сұрыпталмаған ұсақ материалдарды пайдаланып, тұрақты төбелер құруға мүмкіндік береді, бұл теміржол құрылысын экономикалық және экологиялық тұрақты етеді.

Автобустар

Кейбір автобустар рельстерді пайдалана алады. Бұл идея Германияда пайда болды және O-Bahn деп аталды. Мұндай алғашқы рельстік жол – O-Bahn автобус жолы – Австралияның Аделаида қаласында салынды.