Сегодняшние железные
дороги, особенно скоростные, не мыслимы без применения бетонных шпал. Более 60% путей в России уложены железобетонными шпалами. Мы не задумывались о том, как
они появились и кто был первым их создателем. Основной и неоценимый вклад в
разработку внёс русский инженер — путеец Долгов Николай Емельянович (1871-1919
гг.). С целью повышения износостойкости железнодорожного полотна он предложил
конструкцию, которая включала в себя рельсы,
уложенные на металлические полосы, утопленные
в бетонное основание. Эта конструкция предотвращала появление просадок и частичное поднятие полотна
дороги вследствие вспучивания грунта.
В начале развития железных
дорог в железнодорожной инфраструктуре, использовались деревянные шпалы. Для их
создания обычно применяются долговечные сорта древесины — например, дуб, сосна
или кедр. Производство и установка деревянных шпал проста, а благодаря своей
эластичности они могут гасить удары от движущихся составов. Тем
не менее, они подвержены
износу, гниют (несмотря на пропитки), трескаются и поэтому требуют регулярного обслуживания и замены.
Железобетонные шпалы являются прочными и
долговечными. Их изготавливают из железобетона, который обеспечивает высокую
устойчивость к нагрузкам и воздействию снега и влаги. Преимущества железобетонных шпал
включают: их устойчивость к гниению, огнестойкость, дополнительную массу,
которая делает рельсы более стабильными (особенно при температурных
колебаниях); их способность лучше выдерживать пожар, по сравнению с деревянными
шпалами; обеспечение более надежного сцепления с рельсами; более
продолжительный срок эксплуатации (около 50 лет), по сравнению с деревянными
шпалами, и меньшее количество требуемого обслуживания, что снижает текущие
расходы и количество перебоев в работе путей. Кроме того, поскольку бетонные
шпалы обычно не пропитывают креозотом (как большинство деревянных шпал), они
считаются более экологичными.
В течение многих лет русский инженер работал над
улучшением жесткости колеи, увеличением срока эксплуатации железнодорожного
пути и снижением затрат на изготовление и ремонт. Он предложил уникальную
технологию создания железобетонных шпал, которые оказались в десять раз более
долговечными, чем обычные аналоги.
Долгов разработал технологию изготовления
бетонных шпал с внутренним напряжением, используя тонкие стальные тросы. Эти
тросы предварительно натягиваются специальным приспособлением внутри формы, а
затем эта форма заполняется бетоном.
Во время процесса заливки бетона, шпалы
подвергаются вибрации, чтобы удалить пузырьки воздуха из раствора. После
затвердевания бетона, форма снимается, а лишние стальные тросы удаляются. В
результате, внутри шпал остается 12 напряженных стальных нитей, которые создают
внутреннее напряжение в конструкции и делают бетон более прочным.
Первый опытный участок железной дороги,
построенный по системе Долгова, был открыт в 1911 году и показал свою
эффективность. К моменту революции, шесть лет спустя, ни одна из шпал на этом участке
не потребовала замены.
В 1957 году, когда экономика страны нуждалась в
переходе на мирные рельсы и строительстве новых заводов в Сибири, вспомнили о
методе Долгова. Научно-исследовательский институт подтвердил, что преднапряженные шпалы обладают большей устойчивостью к
воздействию внешних факторов. Преднапряженные шпалы — это особый вид шпал,
которые предварительно напряжены внутри с помощью арматуры или других материалов.
Суть преднапряжения шпал
заключается в том, что перед установкой в путь шпалы подвергаются натяжению,
которое создает в них внутреннее усилие. Это усилие направлено противоположно
внешним силам, которые действуют на шпалу в процессе эксплуатации, и таким
образом повышает их сопротивление и долговечность.
В ходе испытаний был обнаружен любопытный факт:
вибрация при заливке бетона влияет на его прочность.
Были проведены исследования, которые подтвердили
утверждения Долгова: бетонные шпалы имеют наибольшую прочность при вибрации
бетона в опалубке частотой 17 герц (или 17 колебаний в секунду). Эта вибрация
помогает удалить воздушные пузырьки из раствора, создавая упорядоченную
структуру и предотвращая разделение раствора.
Долгов был автором множества изобретений и
теоретических трудов по развитию железных дорог, включая имеющие мировое значение.
Путевой инженер Николай Долгов за свою короткую жизнь, оставил огромное
наследие, внёс значительный вклад в развитие железнодорожного транспорта и
создание надёжных и долговечных конструкций путей. Его идеи и технологии
используются и сегодня, обеспечивая безопасность движения поездов, увеличивают
пропускную способность и комфорт пассажиров на железных дорогах.
Зачем нужны уголки внутри рельсового пути (хорошо видны на втором фото).
Спасибо за внимание.
Изображение в превью: