PL173957B1 - Nawierzchnia kolejowa o stabilnym podłożu oraz sposób wytwarzania takiej nawierzchni - Google Patents

Abstract

1. Nawierzchnia kolejowa o stabilnym podlozu ze wspierajacymi szyny podkladami na stalej asfaltowej lub betonowej warstwie nosnej, znamienna tym, ze podklady (2) sa z jednej strony polaczone sztywno z przynaj- mniej jednym ksztaltownikiem (7) rozciaga- jacym sie rów nolegle do szyn (3) pod podeszwa (9) podkladu i odchodzacym od niej do dolu, przy czym ksztaltownik (7) jest sklejony w rowku (8) z warstwa nosna (1). PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy nawierzchni kolejowej o stabilnym podłożu ze stałą jezdnią oraz sposobu wytwarzania takiej nawierzchni.

W technice kolejowej rozróżnia się nawierzchnię tłuczniową i jezdnię stałą, która przeważnie spoczywa na podtorzu z betonu lub mieszaniny asfaltowej.

Tego rodzaju nawierzchnia z wielopoziomowych warstw asfaltowych o dużej wytrzymałości i z umieszczonego na nich toru ze stalowymi podkładami do wspierania szyn przedstawiona jest w niemieckim czasopiśmie ETR (28) 5 - 1979, s. 437-438. Podkład typu Y jest mocowany w podtorzu z asfaltowych warstw nośnych przez przyspawany do blachy sworzeń kotwiący i

173 957 przez jego wysokość, a pochylenie szyn jest regulowane za pomocą odpowiednich środków mocujących sworznia kotwiącego na podkładzie. Podeszwa podkładu jest złożona z równoległych kształtowników H, które są połączone przez dwa elementy profilowe umieszczone w obszarze poniżej szyny. Tworzona przez te kształtowniki szczelina pomiędzy powierzchnią asfaltowej warstwy nośnej i podeszwą podkładu lub poza dolną krawędzią podkładu, jest wypełniona specjalną zalewą. Pomiędzy szyną i górną stroną podkładu umieszczona jest gumowa płyta, natomiast pod samą szyną, która jest prowadzona w płycie żebrowanej, umieszczona jest jeszcze warstwa pośrednia z tworzywa sztucznego. Przyspawany sworzeń kotwiący oprócz niwelacji podkładu lub szyny ma jeszcze za zadanie stabilizowanie toru w położeniu na działające siły boczne, siły przesunięcia poprzecznego oraz na wynikające z wygięcia szyny siły podnoszące podkład.

Według DE-OS 37 22 627, w którym przedstawiono podobną nawierzchnię, podkłady typu Y mogą być swą płaszczyzną podparcia na dolnej stronie podkładu również dodatkowo klejone do asfaltowej warstwy nośnej za pomocą termoplastycznego kleju.

Z DE-OS 37 22 627 znane jest powiększenie wytrzymałości podkładów stalowych typu Y w' podłożu tłuczniowym na przesunięcie poprzeczne. W rozwiązaniu tym spawa się pod podkładami poprzeczne rygle.

Z DE-Ps 4 285 155 i DE-OS 28 06 128 znane jest przykręcanie stalowych podkładów na stalowych ceownikach, które są osadzone w podtorzu. W rozwiązaniu tym konieczne jest punktowo dokładne ułożenie podkładów, co na zakrętach torów w praktyce jest całkowicie niemożliwe. Ponadto trzeba odczekać aż beton stwardnieje zanim można przykręcić podkłady, ponieważ w przeciwnym razie ceowniki będą wyciągane z położenia.

Z DE-PS 12 75 081 znane jest układanie w podtorzu tak zwanych podkładów dwublokowych w korytkowych zagłębieniach betonowego podtorza z pośrednim umieszczeniem elastomerycznego materiału o strukturze zamknięto komórkowej. Szyny mocuje się elastycznie na betonowym podkładzie na który nakłada się płytę podkładową z rowkowanej gumy.

Wreszcie z DE-OS 19 22 055 znane jest układanie ciągłych podkładów również całą płaszczyzną na betonowym podtorzu spoczywającym na grubej sprężystej warstwie pośredniej. Siły działające na tor są przenoszone zarówno do dołu jak i na boki przez sprężystą warstwę pośrednią. Podkład może być przy tym również wykonany z odstającym od strony dolnej garbem, który spoczywa w zagłębieniu betonowego podtorza ułożonego na sprężystej warstwie pośredniej. Warstwa ta powinna być wykonana z piankowego tworzywa sztucznego lub z mieszaniny bitumicznych spoiw, materiałów mineralnych, odpadowej gumy i/lub kauczuku lateksowego. Fakultatywnie podano, ze podkłady mogą być wykonane również ze stali lub drewna, albo z tworzywa sztucznego i podobnie podtorze może być wykonane z betonu lub ze stali, albo z tworzywa sztucznego. Ponadto fakultatywnie podano, że podkłady, sprężysta warstwa pośrednia i podtorze, jeśli konieczne, mogą być ze sobą klejone. Zadaniem fachowca jest umieszczenie przedstawionej możliwie równomiernie grubej sprężystej warstwy pośredniej pomiędzy podkładem i podtorzem w celu tłumienia drgań i hałasu, przy czym odpowiednie siły boczne i siły skierowane do dołu są przenoszone tylko przez tę sprężystą warstwę.

Wreszcie z DE-OS 41 13 566 znane jest układanie podkładów dwublokowych lub jednoblokowych z betonu na asfaltowej warstwie nośnej z szerokim środkowym cokołem dla sił poprzecznych. Koryto dla cokołu sił poprzecznych może być wycięte, a następnie wytwarza się dokładnie niwelowaną warstwę nośną. Taki sposób budowy nie daje żadnego zabezpieczającego przed falą podnoszenia i tylko przeciwdziała poprzecznemu przesunięciu toru.

Celem wynalazku jest rozwiązanie problemu podnoszenia szyn to znaczy, aby oprócz sił przesunięcia poprzecznego, które działają bocznie na podkłady kompensować również falę podnoszenia powodowanego przez siły wynikające z wygięcia szyn, które mają tendencję do podnoszenia szyn. Celem wynalazku jest również tani, szybki sposób układania wszystkich typów podkładów, a zwłaszcza lekkich podkładów ze stali lub drewna, albo podobnych materiałów, który może znaleźć zastosowanie przy tego rodzaju nawierzchni.

Według wynalazku nawierzchnia kolejowa o stabilnym podłożu ze wspierającymi szyny podkładami na stałej asfaltowej lub betonowej warstwie nośnej, charakteryzuje się tym, że podkłady są z jednej strony połączone sztywno z przynajmniej jednym kształtownikiem rozcią4

173 957 gającym się równolegle do szyn pod podeszwą podkładu i odchodzącym od niej do dołu, przy czym kształtownik ten jest sklejony z warstwą nośną w wykonanym w niej rowku. Jeden kształtownik jest korzystnie umieszczony w rowku w warstwie nośnej pośrodku toru, a najkorzystniej dwa kształtowniki są umieszczone w dwóch rowkach w obszarze w przybliżeniu pod szynami, przy czym kształtownik jest obustronnie sklejony z warstwą nośną. Rowek jest korzystnie wykonany w warstwie nośnej za pomocą narzędzia tnącego i na swych bokach ma odcinki służące jako powierzchnie klejenia, które nie są zwilżone środkami organicznymi i wodą. Kształtownik jest korzystnie kształtownikiem stalowym, a najkorzystniej płaskownikiem stalowym. Pomiędzy szyną i podkładem korzystnie umieszczona jest elastyczna, tłumiąca drgania podkładka, a pomiędzy podkładem i warstwą nośną korzystnie umieszczona jest niwelująca warstwa wyrównawcza. Kształtownikjest korzystnie przyspawany pod podeszwą podkładu jako element dystansowy dwóch sąsiednich dwuceowników tworzących podkład typu Y. Jako klej korzystnie stosuje się zalewany, utwardzalny klej polimerowy.

Według wynalazku sposób wytwarzania nawierzchni o stabilnym podłożu w której podkłady są z jednej strony połączone sztywno z przynajmniej jednym kształtownikiem rozciągającym się równolegle do szyn pod podeszwą podkładu i odchodzącym od niej do dołu, przy czym kształtownik jest sklejony w rowku z warstwą nośną, charakteryzuje się tym, że wytwarza się wytrzymałą warstwę nośną z betonu lub mieszanki asfaltowej, a następnie w powierzchni tej warstwy nośnej wykonuje się co najmniej jeden rowek i przygotowuje się podkłady z wystającymi pod ich podeszwą kształtownikami, rozciągającymi się w kierunku wzdluz szyn, a następnie układa się podkłady nawarstwię nośnej tak, że kształtowniki wchodzą w rowki i zalewa się pozostawione w rowkach wolne przestrzenie przynajmniej na długości kształtowników przygotowanym klejem oraz korzystnie przykrywa się warstwę nośną środkami izolującymi akustycznie, najkorzystniej tłuczniem.

Z konstrukcji torów znany jest łatwy do zaobserwowania w podłożach tłuczniowych, często występujący efekt pompowania, powodowany przez przechylny ruch podkładów. Przy często pożądanym elastycznym ruchu pociągu po torze nie można uniknąć wyginania się szyn. Wyginanie szyn wynika z ich lokalnych obciążeń kołami i powoduje powstanie fali podnoszącej podkłady usytuowane z przodu i z tyłu obciążenia. Daje się to zauważyć zwłaszcza wtedy, gdy tor na stałym podtorzu wykonany jest z betonu lub mieszaniny asfaltowej i stosowane są lekkie podkłady, np. z drewna, betonu lub stali, przykładowo w postaci podkładów korytowych, podkładów z kształtowników stalowych o przekroju w kształcie litery H i również stalowe podkłady typu Y. Problem ten nie jest tak istotny w przypadku podkładów betonowych, które mają tak duży ciężar i siły ciężkości są większe niż siły podnoszenia. Siły podnoszenia mogą przykładowo wynosić około 5 kN przy stosowaniu szyny o konstrukcji UIC 60 i szkieletu toru z podkładami typu Y. Jednakże taka siła podnoszenia i efekt pompowania zależą głównie od rodzaju szyn, a dokładniej od ich momentu bezwładności względem pionowego obciążenia, od odstępu pomiędzy podkładami i od ciężaru podkładów, wielkości podparcia szyny na podkładzie, prędkości przejeżdżania przez podkład i od sprężystości warstwy nośnej. Oznacza to, że dla zmieniających się okoliczności trzeba by przygotować różne postacie konstrukcji nawierzchni kolejowej.

W praktyce zaproponowano już obciążanie takich lekkich podkładów przez nakładanie ciężarów lub przez przytrzymywanie specjalnymi sworzniami kotwiącymi.

Według wynalazku proponuje się inny nadający się do uniwersalnego stosowania układ mocowania podkładów na stałej warstwie nośnej w którym pod spodem podkładów umieszczone są kształtowniki, które wchodzą w warstwę nośną i są z nią sklejone.

W tym celu między innymi proponuje się wyposażenie warstwy nośnej uprzednio wykonanej lub podczas jej wytwarzania w jeden lub więcej rowków, korzystnie w obszarze pod szynami, gdzie na podkład działają największe siły podnoszące, i umieszczenie w tych rowkach kształtowników, które następnie są wewnątrz rowków klejone obustronnie z warstwą nośną.

Korzystnie warstwa nośna jest rowkowana za pomocą narzędzia, np. freza, w miejscach, gdzie później są montowane kształtowniki. Szczelinę tnie się przy tym większą niz przekrój poprzeczny kształtownika, przykładowo o przynajmniej 20 mm, aby otrzymać wystarczająco duże wycięcie dla późniejszego zalania szczeliny. Rowki korzystnie frezuje się w asfaltowych

173 957 warstwach nośnych, ponieważ przy tym cięte są kamienie znajdujące się w warstwie nośnej. Powierzchnie przecięcia służą jako powierzchnie klejenia dla nakładanego kleju. Przy betonowych warstwach nośnych z reguły wystarczy do tego powierzchnia klejenia wykonana z cementu lub hydraulicznie związanych materiałów nieorganicznych tak, że betonowa warstwa nośna może być już uprzednio wykonana z ukształtowanym rowkiem. W tym celu powierzchnie klejenia nie powinny być zwilżane środkami organicznymi, jak na przykład materiałami roślinnymi lub też resztkami asfaltowymi lub bitumicznymi, a ponadto w miarę możliwości powinny być pozbawione wody, aby móc uzyskać dobre sklejenie.

Jako kształtownik stosuje się zwłaszcza płaskownik stalowy spawany pod podkładami. Można jednak również wprowadzać w rowki innego kształtu profile, np. teowniki, aby otrzymać dalsze kształtowe i siłowe połączenie po zamknięciu szczeliny przez klejenie.

Profile te w zależności od rodzaju podkładów mogą być korzystnie spawane do podkładów stalowych, ale mogą również być przykręcane lub nitowane, albo też klejone. Ważne jest jedynie sztywne połączenie podkładu z profilem i jego wystarczające wystawanie z podkładu. W przypadku podkładów betonowych profile te mogą być zalewane z odpowiednimi uchwytami podczas montowania lub skręcane sztywno z podkładem za pomocą np. śrub przelotowych.

W przypadku podkładów typu Y można stosować profil, który równocześnie służy jako element dystansowy sąsiednich tworzących podkład typu Y dwuceowników lub dwuteowników, które są spawane pod podeszwą podkładu. Zastępują one również elementy dystansowe, które są umieszczone pomiędzy kształtownikami tworzącymi podkład.

Jako klej pomiędzy kształtownikiem i warstwą nośną stosuje się korzystnie zalewany, twardniejący klej polimerowy. Klej taki jest znany jako materiał zalewowy np. pod nazwą towarową ICOSIT KC z firmy SIKA-Chemie GmbH i stosowany zwłaszcza do szyn tramwajowych. Tego rodzaju dwuskładnikowy klej jest mieszany na miejscu i zestalany za pomocą odpowiedniego utwardzacza. Stosuje się klej dwuskładnikowy na bazie poliuretanu lub żywicy epoksydowej. Ma on dobrą przyczepność zarówno do stali, np. do stosowanego kształtownika z blachy stalowej, jak również do kamieni warstwy nośnej. W stanie świeżym jest on spieniany wodą lub innym środkiem i z tego powodu powierzchnie cięcia szczelin powinny być pozbawione środków organicznych oraz nie powinny być zwilżane wodą. Można również stosować inne materiały klejące, które mają silne powinowactwo do betonu lub bitumów, albo podobnych spoiw chemicznych, jeżeli mają one równocześnie wystarczającą przyczepność do stali.

Badania wykazały, że tego rodzaju połączenie pomiędzy warstwą nośną i pionowymi powierzchniami klejenia kształtownika wytrzymuje znacznie większe siły niż można oczekiwać od fali unoszenia. Badania prowadzone aż do zniszczenia wykazały, że przy wyrwaniu kształtowników z rowka z reguły następuje zniszczenie struktury betonowej lub asfaltowej warstwy nośnej a połączenia klejone kształtownika ze ścianką rowka są nieuszkodzone.

Przenoszone przez kształtowniki na asfaltową lub betonową warstwę nośną siły boczne są również wystarczające, gdy kształtowniki wchodzą przynajmniej 30 mm w asfaltową lub betonową warstwę nośną. Zależnie od zastosowania, zwłaszcza przy ciężkich podkładach i/łub małych wypadkowych siłach podnoszących lub poprzecznych, może być wystarczające sklejanie nie każdego podkładu z jednym lub dwoma kształtownikami. Można kleić tylko co drugi lub co trzeci podkład za pomocą kształtownika z warstwą nośną.

Ze względu na łatwe zalewanie, przy podkładach nie umieszcza się kształtownika zakrywającego całą szerokość podkładu, ale dwa lub więcej małych kawałków, które łatwiej można oblać. Kształtowniki mogą przy tym wystawać z boku poza podkład. Ewentualnie stal i/lub powierzchnię boczną szczeliny należy pokryć podkładem dla uzyskania lepszej przyczepności.

Przedstawione wartości z badań aż do zniszczenia zostały osiągnięte po bardzo krótkim czasie utwardzania trwającym kilka godzin. Wynika stąd, że tego rodzaju nawierzchnia kolejowa może być wykonana w ciągu jednej zmiany roboczej i nadaje się potem do jeżdżenia.

W przeciwieństwie do stanu techniki w nawierzchni kolejowej według wynalazku nie umieszcza się pod podkładem żadnych grubych elastycznych podkładek, ale jedynie cienką warstwę przyczepną lub cienką warstwę tworzywa piankowego, która wyrównuje nierówności betonowej lub asfaltowej warstwy nośnej. Układane podkłady z produkcji masowej mają gładką powierzchnię dolną i przez wprowadzenie tej pośredniej cienkiej warstwy można uzyskać ścisłe

173 957 przyleganie podkładów. Właściwe elastyczne podparcie szyn następuje w obszarze pod szyną lub przy stosowaniu płyt żebrowanych pod tymi płytami żebrowanymi, jednakże w każdym przypadku nad podkładem. Ma to tę dużą zaletę, że sprężynowane masy są mniejsze i nie trzeba tłumić drgań całego systemu podkładów.

Nawierzchnia według wynalazku może być łatwo wykonywana, przy czym stosuje się zasadniczo takie same techniki jak przy robieniu ulicy, np. przez nakładanie podłoża z mieszanki asfaltowej lub betonu. Można potem zastosować wydajne frezowanie, jakie normalnie stosuje się przy budowie dróg, aby wyciąć rowki w powierzchni podłoża, w które następnie wkłada się prefabrykowane podkłady tak, że kształtowniki zachowują w miarę możliwości wycentrowane zadane położenie w uprzednio wyciętych rowkach. Następnie kształtowniki zalewa się przygotowanym na miejscu klejem, przykładowo opisanym klejem polimerowym lub też stosuje się dostępne w handlu prefabrykowane spoiwa do zalewania rowków. Jeśli jest to konieczne, można następnie przestrzenie pomiędzy podkładami wypełnić tłuczniem lub innymi środkami izolującymi akustycznie. W przypadku nawierzchni asfaltowej należy przeciwdziałać promieniowaniu słonecznemu przez odpowiednie pokrycie asfaltu, które równocześnie może działać izolująco akustycznie.

Wynalazek zostanie dokładniej objaśniony w przykładzie jego wykonania pokazanym na rysunku na którym przedstawiono w przekroju połowę toru. Nawierzchnia kolejowa złożona jest z warstwy nośnej 1 z mieszanki asfaltowej, w której za pomocą urządzenia frezującego zostały wycięte rowki 8. Stalowy podkład 2 z przyspawanymi od spodu stalowymi płaskownikami 7 umieszcza się na asfaltowej warstwie nośnej 1 za pośrednim umieszczeniem cienkiej folii wyrównującej 4 tak, że płaskowniki 7, np. o grubości 10 mm, są usytuowane pośrodku w szczelinach o szerokości około 60 mm. Dzięki wprowadzonej niwelującej folii wyrównawczej 4 podeszwa9 może przylegać dokładnie do asfaltowej warstwy nośnej. Następnie szczelinę zalewa się klejem polimerowym 11 typu Sika ICOSIT KC 330-U tak, że podkład jest nieruchomo połączony z asfaltową warstwą nośną 1. Szyny 3 mogą być mocowane na podkładach 2 za pomocą dostępnych w handlu elementów mocujących 5 z pośrednim umieszczeniem podkładki 6 zapewniającej elastyczny bieg pociągu. Przestrzenie pomiędzy podkładami wypełnia się tłuczniem 10, przy czym w celu dalszego zwiększenia odporności na poprzeczne przesunięcie można jeszcze umieścić tłuczeń również przed główką podkładu 2. Tłuczeń 10 umieszczony przed główką służy jednak w pierwszym rzędzie dalszej izolacji akustycznej, by tłumić drgania przenoszone z szyn 3 ewentualnie na podkład 2, oraz dla ochrony warstwy nośnej przed promieniowaniem słonecznym.

Claims (8)

Zastrzeżenia patentowe

1. Nawierzchnia kolejowa o stabilnym podłożu ze wspierającymi szyny podkładami na stałej asfaltowej lub betonowej warstwie nośnej, znamienna tym, że podkłady (2) są z jednej strony połączone sztywno z przynajmniej jednym kształtownikiem (7) rozciągającym się równolegle do szyn (3) pod podeszwą (9) podkładu i odchodzącym od niej do dołu, przy czym kształtownik (7) jest sklejony w rowku (8) z warstwą nośną (1).

2. Nawierzchnia kolejowa według zastrz. 1, znamienna tym, że jeden kształtownik (7) jest umieszczony w rowku (8) w warstwie nośnej (1) pośrodku toru, a korzystnie dwa kształtowniki (7) są umieszczone w dwóch rowkach (8) w obszarze w przybliżeniu pod szynami (3), przy czym kształtownik (7) jest obustronnie sklejony z warstwą nośną (1).

3. Nawierzchnia kolejowa według zastrz. 1, albo 2, znamienna tym, że rowek (8) jest wykonany w warstwie nośnej (1) za pomocą narzędzia tnącego i na swych bokach ma odcinki służące jako powierzchnie klejenia, które nie są zwilżone środkami organicznymi i wodą.

4. Nawierzchnia kolejowa według zastrz. 1, albo 2, znamienna tym, ze kształtownik (7) jest kształtownikiem stalowym, korzystnie płaskownikiem stalowym.

5. Nawierzchnia kolejowa według zastrz. 1, albo 2, znamienna tym, że pomiędzy szyną (3) i podkładem (2) umieszczona jest elastyczna, tłumiąca drgania podkładka (6), a pomiędzy podkładem (2) i warstwą nośną (1) umieszczona jest niwelująca warstwa wyrównawcza (4).

6. Nawierzchnia kolejowa według zastrz. 1, albo 2, znamienna tym, że kształtownik (7) jest przyspawany pod podeszwą (9) podkładu (2) jako element dystansowy dwóch sąsiednich dwuceowników tworzących podkład typu Y.

7. Nawierzchnia kolejowa według zastrz. 1, albo 2, znamienna tym, że jako klej (11) stosuje się zalewany, utwardzalny klej polimerowy.

8. Sposób wytwarzania nawierzchni o stabilnym podłożu w której podkłady są z jednej strony połączone sztywno z przynajmniej jednym kształtownikiem rozciągającym się równolegle do szyn pod podeszwą podkładu i odchodzącym od niej do dołu, przy czym kształtownik jest sklejony w rowku z warstwą nośną, znamienny tym, że wytwarza się wytrzymałą warstwę nośną (1) z betonu lub mieszanki asfaltowej, a następnie w powierzchni tej warstwy nośnej (1) wykonuje się co najmniej jeden rowek (8) i przygotowuje się podkłady (2) z wystającymi pod ich podeszwą (9) kształtownikami (7), rozciągającymi się w kierunku wzdłuż szyn, a następnie układa się podkłady (2) na warstwie nośnej (1) tak, że kształtowniki (7) wchodzą w rowki (8) i zalewa się pozostawione w rowkach (8) wolne przestrzenie przynajmniej na długości kształtowników (7) przygotowanym klejem (11) oraz korzystnie przykrywa się warstwę nośną (1) środkami izolującymi akustycznie, korzystnie tłuczniem (10).