Железнодорожное полотно: история и конструкция.

Железнодорожные пути: устройство, история и компоненты (рельсы, шпалы, балласт). От деревянных конструкций 1603 года до современных стальных путей.

21 мин чтения

100%

Источник: Railway track — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Железнодорожная инфраструктура

Железнодорожный путь (британский английский и терминология UIC) или железнодорожная колея (американский английский), также известный как железнодорожное полотно или постоянный путь (часто "perway" в Австралии), представляет собой конструкцию на железной дороге, состоящую из рельсов, крепежных элементов, шпал (британский английский – sleepers) и балласта (или монолитного пути), а также основания под ним. Он обеспечивает движение поездов, предоставляя надежную поверхность для хода их колес. Первые пути строились из деревянных или чугунных рельсов и деревянных или каменных шпал; с 1870-х годов рельсы практически повсеместно стали изготавливать из стали.

Историческое развитие

Первой железной дорогой в Британии была Воллатонская вагонная дорога, построенная в 1603 году между Воллатоном и Стрелли в Ноттингемшире. Она использовала деревянные рельсы и стала первой из примерно 50 деревянных рельсовых дорог, построенных в течение следующих 164 лет. Когда в 1804 году появились паровозы, существовавшие на тот момент рельсы оказались недостаточно прочными, чтобы выдерживать дополнительный вес. Пионерский локомотив Ричарда Тревитика в Пен-и-Дэррен сломал рельсовый путь и был вынужден быть отозванным. По мере распространения локомотивов в 1810-х и 1820-х годах инженеры строили жесткие путевые конструкции с железными рельсами, установленными на каменных шпалах, и чугунными креплениями, удерживающими их на месте. Это оказалось ошибкой, и вскоре их заменили гибкими конструкциями пути, которые обеспечивали определенную степень упругого движения при прохождении поездов. Большинство современных железных дорог с интенсивным движением используют бесшовные рельсы, которые крепятся к шпалам с помощью подошвенных пластин, распределяющих нагрузку. При использовании бетонных шпал между рельсом и подошвенной пластиной обычно помещают пластиковую или резиновую прокладку. Рельсы обычно крепятся к шпалам упругими креплениями, хотя в Северной Америке широко используются скобы. На протяжении большей части XX века на железнодорожных путях использовались шпалы из мягкой древесины и соединенные рельсы, и значительная часть этих путей сохранилась на второстепенных и третичных маршрутах. В Северной Америке и Австралии рельсы с плоским подошвенным профилем обычно крепились к шпалам с помощью собачьих шипов через плоские подошвенные пластины. В Великобритании и Ирландии рельсы с головкой в виде бычьей головы устанавливались в чугунные кресла, которые прикреплялись к шпалам шипами. В 1936 году Лондонская, Мидлендская и Шотландская железная дорога первой в Великобритании осуществила переход на рельсы с плоским подошвенным профилем, хотя ранее некоторые линии уже использовали их. Первоначально использовались соединенные рельсы, поскольку современная технология не предлагала альтернативы. Однако присущая слабость при сопротивлении вертикальной нагрузке приводит к оседанию балласта и создает значительную нагрузку на техническое обслуживание для предотвращения неприемлемых геометрических дефектов в местах соединений. Соединения также требовали смазки, а износ поверхностей стыковки на рыбных пластинах (соединительных планках) требовал исправления с помощью прокладок. По этой причине соединенный рельсовый путь экономически нецелесообразен для железных дорог с интенсивным движением. Шпалы из древесины изготавливаются из различных доступных пород дерева и часто обрабатываются креозотом, хромированным медным арсенатом или другими средствами защиты древесины. Предварительно напряженные бетонные шпалы часто используются там, где древесина дефицитна, а тоннаж или скорость высоки. Сталь используется в некоторых областях применения. Балласт обычно состоит из дробленого камня, и его назначение состоит в том, чтобы поддерживать шпалы и обеспечивать некоторую регулировку их положения, обеспечивая при этом свободный дренаж.

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.

Безбалластная дорожка

Недостатком традиционных конструкций пути является высокая потребность в техническом обслуживании, особенно в уплотнении балласта (подбивке) и выравнивании, для восстановления требуемой геометрии пути и плавности хода подвижного состава. Слабость основания и недостатки дренажа также приводят к высоким затратам на содержание пути. Эту проблему можно решить, используя бесбалластный путь. В простейшем варианте он представляет собой сплошную бетонную плиту (подобную конструкции автомобильной дороги) с рельсами, опирающимися непосредственно на ее верхнюю поверхность (через упругую прокладку). Существует множество запатентованных систем; варианты включают сплошную железобетонную плиту и использование сборных предварительно напряженных бетонных элементов, уложенных на основание. Предложено множество конструктивных решений. Однако бесбалластный путь имеет высокую первоначальную стоимость, а модернизация существующих железных дорог до такого типа требует длительного закрытия линии. Его стоимость жизненного цикла может быть ниже за счет снижения затрат на обслуживание. Бесбалластный путь обычно рассматривается для новых высокоскоростных или сильнонагруженных линий, для коротких участков, требующих повышенной прочности (например, железнодорожных станций), или для локальной замены участков с особо сложным обслуживанием, например, в тоннелях. Большинство линий скоростного трамвая и метро с резиновыми шинами используют бесбалластный путь.

Непрерывная продольная рельсовая система

Ранние железные дороги (ок. 1840-х годов) экспериментировали с рельсовым полотном с непрерывной поддержкой, при котором рельсы поддерживались по всей длине. Примерами служат конструкция Брунеля на Великой западной железной дороге, а также использование на железной дороге Ньюкасла и Норт-Шилдс, на железной дороге Ланкашир и Йоркшир по проекту Джона Хокшоу и в других местах. Конструкции с непрерывной поддержкой также продвигались другими инженерами. Система была испытана на железной дороге Балтимора и Огайо в 1840-х годах, но оказалось, что её обслуживание обходится дороже, чем обслуживание пути со поперечными шпалами. Этот тип пути до сих пор существует на некоторых мостах сети Network Rail, где деревянные балки называются продольными балками или продольными брусьями. Обычно скорость движения по таким сооружениям ограничена. Более поздние применения пути с непрерывной поддержкой включают в себя «встроенное плиточное полотно» Balfour Beatty, использующее округленный прямоугольный профиль рельса (BB14072), встроенный в бетонное основание, сформированное методом скользящей опалубки (или предварительно отлитое) (разработка 2000-х годов). «Встроенная рельсовая конструкция», используемая в Нидерландах с 1976 года, изначально использовала обычный рельс UIC 54, встроенный в бетон, а затем была усовершенствована (в конце 1990-х годов) для использования рельсового профиля SA42 в форме «гриба». Также была разработана версия для легкорельсового транспорта, использующая рельс, поддерживаемый в стальном корыте, заполненном асфальтобетоном (2002). Современный «лестничный путь» можно рассматривать как развитие конструкции с продольными брусьями. Лестничный путь использует шпалы, выровненные в том же направлении, что и рельсы, с поперечными элементами, удерживающими колею, напоминающими ступени. Существуют как балластные, так и безбалластные типы.

Железная дорога

Современные железнодорожные пути обычно изготавливаются из горячекатаной стали с профилем асимметричной округлой двутавровой балки. В отличие от многих других применений железа и стали, железнодорожные рельсы подвергаются очень высоким напряжениям и должны быть изготовлены из высококачественного стального сплава. Улучшение качества материалов заняло десятилетия, включая переход от железа к стали. Чем прочнее рельсы и другие элементы пути, тем более тяжелые и быстрые поезда могут по ним проходить. Существуют и другие профили рельсов, такие как: рельсы с головкой быка, рельсы с канавкой, рельсы с плоским подошвой (рельсы Виньоля или рельсы с Т-образным фланцем), мостовые рельсы (имеющие перевернутую U-образную форму и используемые в балластном пути) и рельсы Барлоу (имеющие перевернутую V-образную форму). До середины и конца XX века североамериканские железные дороги использовали рельсы длиной 39 футов (12 метров), чтобы их можно было перевозить в гондольных вагонах (открытых вагонах), часто длиной 40 футов (12 метров); с увеличением размеров гондольных вагонов увеличивалась и длина рельсов. По данным Railway Gazette International, для запланированной, но отмененной 150-километровой железнодорожной линии для рудника Баффинленд на острове Баффин планировалось использовать более старые сплавы углеродистой стали вместо более современных высокоэффективных сплавов, поскольку современные сплавные рельсы могут становиться хрупкими при очень низких температурах.

Деревянные рельсы с железной вершиной

Ранние североамериканские железные дороги использовали железо, уложенное поверх деревянных рельсов, из соображений экономии, но отказались от этого метода строительства, когда железо начало отрываться, скручиваться и проникать в пол вагонов. Железные полосы, проходящие сквозь пол вагонов, получили прозвище "змеиные головы" среди первых железнодорожников. Трамвай Дезид в Северном Уэльсе использовал такую конструкцию рельсов. Он был открыт примерно в 1870 году и закрыт в 1947 году, при этом на протяжении значительных участков пути продолжали использоваться эти рельсы. Это было одно из последних применений рельсов, состоящих из железа, уложенного на деревянный брус.

Классификация рельсов (вес)

Железнодорожные рельсы классифицируются по их линейной плотности, то есть по массе на единицу длины. Более тяжелые рельсы способны выдерживать большие осевые нагрузки и более высокие скорости поездов без повреждений, чем более легкие, но при этом стоят дороже. В Северной Америке и Великобритании рельсы классифицируются в фунтах на ярд (обычно обозначается как фунт или lb), поэтому рельс весом 130 фунтов будет весить… Обычный диапазон – … В Европе рельсы классифицируются в килограммах на метр, а обычный диапазон – … Самая большая масса рельса, когда-либо произведенная, составляла … кг и была изготовлена для Пенсильванской железной дороги.

Длина рельсов

Рельсы, используемые в железнодорожном транспорте, производятся секциями фиксированной длины. Длину рельсов стремятся сделать максимально возможной, поскольку стыки между рельсами являются слабым местом. На протяжении всей истории производства рельсов их длина увеличивалась по мере совершенствования производственных процессов.

Многократные

Новые рельсы большей длины обычно изготавливаются как простые кратные старых рельсов меньшей длины, чтобы старые рельсы можно было заменять без подрезки. Однако некоторая резка всё же потребуется, так как на внешних сторонах крутых поворотов нужны рельсы немного большей длины, чем на внутренних.

Защитные отверстия

Рельсы могут поставляться с предварительно просверленными отверстиями под болты для стыковых планок или без них, в последнем случае они будут привариваться на место. Обычно на каждом конце имеется два или три отверстия.

Соединительные рельсы

Рельсы производятся в фиксированной длине и должны соединяться с торца, чтобы создать непрерывную поверхность для движения поездов. Традиционный метод соединения рельсов – это скрепление их болтами с использованием металлических рыбных пластин (соединительных планок в США), что образует стыковой путь. Для более современных применений, особенно при высоких скоростях, рельсы могут свариваться вместе, образуя бесшовный рельсовый путь (CWR).

Соединенные пути

Соединенные пути изготавливаются из рельсов длиной, обычно около длин (в Великобритании) и длин (в Северной Америке), соединенных между собой с помощью перфорированных стальных плит, известных как рыбные пластины (Великобритания) или скрепляющие планки (Северная Америка). Рыбные пластины обычно имеют длину и используются парами с обеих сторон концов рельсов, скрепляясь вместе (обычно четырьмя, но иногда шестью болтами на соединение). Болты устанавливаются с чередующейся ориентацией, чтобы в случае схода с рельсов и удара колесного полка о стык, срезались лишь некоторые болты, уменьшая вероятность смещения рельсов относительно друг друга и усугубления схода. Эта техника не применяется повсеместно; в европейской практике все головки болтов располагаются на одной стороне рельса. Между концами рельсов намеренно оставляют небольшие зазоры, выполняющие роль компенсаторов температурного расширения, чтобы обеспечить расширение рельсов в жаркую погоду. В европейской практике стыки на обоих рельсах располагаются рядом друг с другом, в то время как в Северной Америке их обычно смещают. Из-за этих небольших зазоров при прохождении поездов по соединенным путям возникает характерный звук "стук-стук". Если соединенные пути не поддерживаются в надлежащем состоянии, они уступают по качеству хода сварным путям и менее предпочтительны для высокоскоростных поездов. Однако соединенные пути все еще широко используются во многих странах на линиях с низкой скоростью и на подъездных путях, а также распространены в странах с ограниченными финансовыми возможностями из-за более низкой стоимости строительства и простоты оборудования, необходимого для их установки и обслуживания. Серьезной проблемой соединенных путей является образование трещин вокруг отверстий под болты, что может привести к поломке головки рельса (поверхности, контактирующей с колесами). Это стало причиной железнодорожной катастрофы в Хитер-Грин, после которой Британские железные дороги начали масштабную замену путей на бесшовные сварные рельсы.

Изолированные соединения

Если существуют путейные цепи для целей сигнализации, требуются изолированные стыки. Они усиливают недостатки обычных стыков. Специально изготовленные склеенные стыки, где все зазоры заполнены эпоксидной смолой, вновь повышают прочность. В качестве альтернативы изолированному стыку можно использовать путевые цепи звуковой частоты, использующие настроенный контур, сформированный примерно в пределах рельса как часть блокировочной цепи. Некоторые изолированные стыки неизбежны в составе стрелочных переводов. Другой альтернативой является счетчик осей, который может уменьшить количество путевых цепей и, следовательно, количество необходимых изолированных рельсовых стыков.

Продолжительное сварное рельсо

Большинство современных железных дорог используют непрерывные сварные рельсы (CWR), иногда называемые ленточными или бесшовными рельсами. В этом типе пути рельсы соединяются сваркой контактно-точечным способом, образуя один непрерывный рельс длиной в несколько километров. Благодаря небольшому количеству стыков, этот тип пути очень прочный, обеспечивает плавный ход и требует меньше обслуживания; поезда могут двигаться по нему с более высокой скоростью и с меньшим сопротивлением. Сварные рельсы дороже в укладке, чем состыкованные пути, но имеют значительно более низкие затраты на обслуживание. Первые сварные пути были использованы в Германии в 1924 году и с 1950-х годов стали обычным явлением на основных магистралях. Предпочтительный процесс контактно-точечной сварки включает в себя автоматизированную машину для укладки пути, пропускающую сильный электрический ток через соприкасающиеся торцы двух несоединенных рельсов. Торцы раскаляются добела из-за электрического сопротивления, а затем сжимаются вместе, образуя прочный сварной шов. Термитная сварка используется для ремонта или соединения существующих сегментов CWR. Это ручной процесс, требующий реакционного тигля и формы для удержания расплавленного железа. В Северной Америке принято сваривать сегменты рельсов на рельсовом заводе и загружать их в специальный поезд для транспортировки на место работ. Этот поезд предназначен для перевозки множества рельсовых сегментов, которые размещаются таким образом, чтобы они могли соскальзывать со своих опор в задней части поезда и прикрепляться к шпалам в непрерывном режиме. Если не обеспечивать удержание, рельсы будут удлиняться в теплую погоду и сжиматься в холодную. Для обеспечения этого удержания рельс предотвращается от перемещения относительно шпалы с помощью клипс или анкеров. Необходимо уделять внимание эффективному уплотнению балласта, в том числе под, между и у торцов шпал, чтобы предотвратить их перемещение. Анкеры чаще используются для деревянных шпал, в то время как большинство бетонных или стальных шпал крепятся к рельсу специальными клипсами, которые сопротивляются продольному перемещению рельса. Теоретически не существует ограничений на длину сварного рельса. Однако, если продольного и поперечного удержания недостаточно, путь может деформироваться в теплую погоду и привести к сходу с рельсов. Деформация из-за теплового расширения известна в Северной Америке как солнечный изгиб, а в других местах как коробление. В экстремально теплую погоду требуются специальные проверки для мониторинга участков пути, которые, как известно, являются проблемными. В Северной Америке экстремальные температурные условия приводят к введению ограничений скорости, чтобы дать возможность бригадам реагировать на коробление или "солнечные изгибы", если они обнаружатся. Немецкая железнодорожная компания Deutsche Bahn начала окрашивать рельсы в белый цвет, чтобы снизить пиковые температуры, достигаемые в летние дни. После укладки новых сегментов рельсов или замены дефектных (сварных) рельсы могут быть искусственно напряжены, если температура рельса во время укладки ниже желаемой. Процесс напряжения включает в себя нагрев рельсов, вызывая их расширение, или растяжение рельсов с помощью гидравлического оборудования. Затем они прикрепляются (закрепляются клипсами) к шпалам в расширенном состоянии. Этот процесс гарантирует, что рельс не будет расширяться дальше в последующую теплую погоду. В холодную погоду рельсы стремятся сжаться, но, поскольку они надежно закреплены, не могут этого сделать. По сути, напряженные рельсы похожи на натянутую резинку, прочно закрепленную. В экстремально холодную погоду рельсы нагревают, чтобы предотвратить "разрыв". CWR укладывается (включая крепление) при температуре, примерно находящейся посередине между экстремальными температурами, наблюдаемыми в этом месте. (Это известно как "нейтральная температура рельса".) Эта процедура установки предназначена для предотвращения коробления пути в летнюю жару или разрыва в зимний холод. В Северной Америке, поскольку обрывы рельсов обычно обнаруживаются путем прерывания тока в сигнальной системе, они рассматриваются как менее потенциально опасные, чем необнаруженные тепловые изгибы. Соединения используются в непрерывных сварных рельсах, когда это необходимо, обычно для обеспечения зазоров в сигнальных цепях. Вместо соединения, проходящего прямо через рельс, концы двух рельсов иногда срезаются под углом, чтобы обеспечить более плавный переход. В крайних случаях, например, в конце длинных мостов, компенсатор (известный в Северной Америке и Великобритании как компенсационный шов) обеспечивает плавный путь для колес, позволяя концу одного рельса расширяться относительно следующего.

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.

Спящие

Спящая балка – это прямоугольный элемент, на котором опираются и закрепляются рельсы. Спящая балка выполняет две основные функции: передавать нагрузки от рельсов на балласт пути и основание под ним, а также удерживать рельсы на правильном расстоянии друг от друга (для поддержания ширины колеи). Обычно они укладываются поперек рельсов.

Прикрепление рельсов к шпалерам

Существуют различные способы крепления рельса к шпале. Исторически шипы уступили место чугунным креслам, закрепляемым на шпале. В последнее время для крепления рельса к креслу используются пружины (например, клипсы Пандрол).

Портативная рельса

Иногда железнодорожные пути проектируются как переносные и перемещаются из одного места в другое по мере необходимости. Во время строительства Панамского канала пути перемещались вокруг мест проведения земляных работ. Ширина этих путей составляла 5 футов, а подвижной состав был полноразмерным. Переносные пути часто использовались в открытых карьерах. В 1880 году в Нью-Йорке секции тяжелых переносных путей (наряду с другими импровизированными технологиями) помогли в масштабной операции по перемещению древнего обелиска в Центральный парк с причала, где он был выгружен с грузового судна SS Dessoug, к его окончательному месту установки. Железные дороги для перевозки сахарного тростника часто имели постоянные пути для основных линий, а переносные пути использовались непосредственно в полях с тростником. Эти пути были узкоколейными (например, 2 фута), а переносные пути выпускались в виде прямых, кривых и стрелочных переводов, как на макетной железной дороге. Decauville был поставщиком многих переносных легкорельсовых путей, которые также использовались в военных целях. Термин "постоянный путь" возник из-за того, что временные пути часто использовались при строительстве этого постоянного пути.

Планировка

Геометрия пути по своей природе трехмерна, но стандарты, определяющие ограничения скорости и другие правила в отношении ширины колеи, выравнивания, уклона, кривизны и поверхности пути, обычно представляются в виде двух отдельных схем для горизонтальной и вертикальной плоскостей. Горизонтальная схема – это расположение пути в горизонтальной плоскости. Она включает в себя три основных типа пути: прямолинейный участок, кривая и переходная кривая (также называемая спиралью), соединяющая прямолинейный участок и кривую. Вертикальная схема – это расположение пути в вертикальной плоскости, включающее такие понятия, как поперечный уклон, боковой уклон и продольный уклон. Боковой путь – это железнодорожный путь, отличный от разъезда, служащий вспомогательным для главного пути. Это слово также используется как глагол (без дополнения) для обозначения перемещения поездов и вагонов с главного пути на разъезд, а в разговорной речи – для обозначения отвлечения от основной темы. Боковые пути используются железными дорогами для организации и упорядочения движения поездов.

Галка

В первые годы развития железных дорог различные системы использовали разные ширины колеи, и в Великобритании во время бума железнодорожного строительства в 1840-х годах широкая колея Брунеля, равная 7 футам 1/4 дюйма, конкурировала с тем, что тогда называли "узкой" колеей. В конечном итоге, эта колея победила и стала стандартной, а термин "узкая колея" стал использоваться для обозначения колеи, уже новой стандартной. По состоянию на 2017 год около 60% железных дорог мира используют колею, известную как стандартная или международная колея. Колея шире стандартной называется широкой колеей, а уже стандартной – узкой колеей. Некоторые участки пути имеют двойную колею, с тремя (а иногда и четырьмя) параллельными рельсами вместо обычных двух, чтобы поездам двух разных ширин колеи можно было использовать один и тот же путь. Ширина колеи может безопасно варьироваться в определенных пределах. Например, федеральные стандарты безопасности США допускают изменение стандартной колеи от 4 футов (1 метр) до 4 футов (1 метр) для эксплуатации на скорости до .

Содержание

Для поддержания железнодорожного пути в надлежащем состоянии требуется регулярное обслуживание, особенно при эксплуатации высокоскоростных поездов. Недостаточное обслуживание может привести к введению "ограничения скорости" (североамериканская терминология, или временного ограничения скорости в Великобритании) для предотвращения аварий (см. "Опасный участок"). Обслуживание пути ранее было тяжелым ручным трудом, требовавшим бригад рабочих, или путейцев (США: ганди-дэнсеры; Великобритания: плательщики; Австралия: феттлеры), которые использовали выравнивающие рейки для исправления неровностей горизонтального выравнивания (оси) пути, а также трамбовки и домкраты для исправления вертикальных неровностей (поверхности). В настоящее время обслуживание облегчается использованием различных специализированных машин. Поверхность головок обоих рельсов может поддерживаться с помощью рельсошлифовального станка. Типичные работы по обслуживанию включают замену шпал, смазку и регулировку стрелочных переводов, подтяжку ослабленных элементов пути, а также выравнивание и корректировку пути для сохранения прямолинейности прямых участков и соответствия кривых нормативным пределам. Процесс замены шпал и рельсов может быть автоматизирован с помощью поезда для обновления пути. Опрыскивание балласта гербицидом для предотвращения роста сорняков и перераспределение балласта обычно выполняются специальным поездом для уничтожения сорняков. Со временем балласт разрушается или перемещается под весом проходящих поездов, что периодически требует выравнивания ("уплотнения") и, в конечном итоге, очистки или замены. В противном случае путь может стать неровным, что приведет к раскачиванию, некомфортной езде и, возможно, к сходу с рельсов. Альтернативой уплотнению является поднятие рельсов и шпал и повторная укладка балласта под них. Для этого используются специализированные поезда "камнедувы". При проверке рельсов используются методы неразрушающего контроля для обнаружения внутренних дефектов рельсов. Это выполняется с помощью специально оборудованных автомобилей HiRail, инспекционных вагонов или, в некоторых случаях, портативных устройств контроля. Рельсы необходимо заменять до того, как профиль головки рельса износится до степени, которая может спровоцировать сход с рельсов. Изношенные магистральные рельсы обычно имеют достаточный ресурс для использования на второстепенных линиях, подъездных путях или запасных участках и "перенаправляются" для этих целей. Экологические условия вдоль железнодорожного пути создают уникальную железнодорожную экосистему. Это особенно заметно в Великобритании, где паровозы используются только для специальных рейсов, а растительность не подрезается так тщательно. Это создает пожарную опасность в периоды продолжительной засухи. В Великобритании сэс используется бригадами по ремонту пути для доступа к месту работы, а также в качестве безопасного места для стояния при прохождении поезда. Это помогает при выполнении небольших работ, когда необходимо продолжать движение поездов, без использования рельсового транспорта HiRail или другого транспортного средства, блокирующего путь для доставки бригады к месту работы.

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.

Постель и фундамент

Железнодорожные пути обычно укладываются на каменный балласт или основание пути, которое, в свою очередь, опирается на подготовленные земляные работы, известные как земляное полотно пути. Земляное полотно состоит из подстилающего слоя и слоя песка или каменной крошки (часто заключенного в водонепроницаемый пластик), называемого защитным слоем, который препятствует подъему влажной глины или ила. Также могут использоваться слои водонепроницаемой ткани для предотвращения проникновения воды в подстилающий слой. Пути и балласт образуют постоянное полотно пути. Под основанием понимается балласт и земляное полотно, то есть все искусственные сооружения под рельсами. Некоторые железные дороги используют асфальтовое покрытие под балластом, чтобы предотвратить попадание грязи и влаги в балласт и его разрушение. Свежий асфальт также стабилизирует балласт, предотвращая его смещение. При прокладке пути через вечную мерзлоту, например, на железной дороге Цинцзян в Тибете, требуются дополнительные меры. Например, поперечные трубы, проложенные через подстилающий слой, позволяют холодному воздуху проникать в земляное полотно и предотвращать таяние подстилающего слоя.

Геосинтетическое армирование

Геосинтетические материалы используются для уменьшения или замены традиционных слоев при строительстве и реабилитации железнодорожного пути по всему миру с целью улучшения поддержки пути и снижения затрат на его содержание. Армирующие геосинтетики, такие как геоячейки (основанные на механизмах трехмерного ограничения грунта), показали свою эффективность в стабилизации слабых грунтов основания и усилении подстилающих слоев для предотвращения прогрессирующей деградации пути. Армирующие геосинтетики повышают несущую способность грунта, ограничивают перемещение и разрушение балласта, а также снижают неравномерную осадку, влияющую на геометрию пути. Они также сокращают время и стоимость строительства, одновременно снижая воздействие на окружающую среду и углеродный след. Рост использования геосинтетических армирующих решений поддерживается появлением новых высокоэффективных материалов для геоячеек (например, NPA – Novel Polymeric Alloy), опубликованными исследованиями, практическими примерами и международными стандартами (ISO, ASTM, CROW/SBRCURnet).

Гибридное использование высокоэффективных геосеток в основании и высокоэффективных геоячеек в верхнем подбаластном слое позволяет увеличить коэффициент армирования в большей степени, чем простая сумма их отдельных показателей, и особенно эффективно снижает пучение экспансивных глинистых грунтов основания. Полевые испытания, проведенные на северо-восточном участке Amtrak, где наблюдалась выталкивание глины, показали, что гибридное решение значительно улучшило индекс качества пути (TQI), существенно снизило деградацию геометрии пути и сократило объем работ по обслуживанию поверхности пути в 6,7 раза при использовании высокоэффективных геоячеек NPA. Геосинтетическая арматура также применяется для стабилизации железнодорожных насыпей, которые должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать многократные циклические нагрузки. Геоячейки позволяют использовать переработанные отсевы или плохо сортированный гранулярный материал для создания устойчивых насыпей, что делает железнодорожное строительство более экономичным и экологичным.

Автобусы

Некоторые автобусы могут использовать специальные полосы (направляющие). Эта концепция возникла в Германии и называлась O Bahn [de]. Первая такая полоса, O Bahn Busway, была построена в Аделаиде, Австралия.