Верхнее строение пути

К верхнему строению пути относятся рельсы, шпалы, рельсовые скрепления, балластный слой (балластная призма). Все эти элементы инженерного сооружения взаимосвязаны, изменения в условиях работы одного из них отражаются на остальных элементах.

Рельсы (англ. rails, множеств. число от rail – рельс, от латинского regula – прямая палка, брусок, планка) являются наиболее ответственным элементом верхнего строения пути.

Впервые «рельсы» – простые деревянные продольные лежни-брусья появились в рудниках и угольных шахтах в XVI в. Первые металлические рельсы были изготовлены в Великобритании на чугунно-литейном заводе в Колбрукдейле Р. Рейнольдсом в 1767 г. Дорогу Рейнольдса считают родоначальницей железнодорожного пути.

Особые требования предъявлялись к материалу для рельсов. Первые рельсы были чугунными, затем перешли к изготовлению рельсов из железа, позже – из специальной рельсовой стали, качество которой определяется способом производства и химическим составом.

В России чугунные рельсы были применены в 1788 г. для рудничных и заводских путей на Александровском пушечном заводе в Петрозаводске. Со II половины XIX века начали распространяться катаные стальные рельсы (в России, например, изготавливались на Путиловском заводе в Петербурге).

При строительстве первых железных дорог применялся различный профиль рельсов. Рельсы Рейнольдса имели корытообразный (U-образный) профиль. Дж. Курр (1776 г.) применил уголковые рельсы. В 1798 г. Джессоп предложил рельс грибовидный формы. Применялись также рельсы: рыбообразный, английский двухголовый, корытообразный.

В XIX в. распространение получили две конструкции рельсов – двухголовый и широкоподошвенный. Русские инженеры выбрали широкоподошвенный рельс: такие рельсы, изготовленные на Людиновском заводе, были уложены на линии С.- Петербург – Москва. Впоследствии широкоподошвенные рельсы распространились по всем железным дорогам мира.

При строительстве железных дорог шло увеличение массы рельса (с 20-24 до 75-77 кг/м) и увеличение длины рельса. Рельсы Рейнольдса имели длину около 1,5 м. В России на железной дороге С.-Петербург – Москва укладывались рельсы длиной в 5,5 м.

С начала 1930-х гг. начали укладывать длинные рельсы (60 – 100 м); с 1950-х гг. – внедрялся бесстыковой путь. Современный бесстыковой путь, в основном, представляет собой чередование 550 – 800-метровых сварных рельсов с участками звеньевого пути уравнительных рельсов. К 2003 г. бесстыковой путь был уложен на полигоне более 50 тыс. км российских железных дорог.

Шпалы (от голланд. spalk - подпорка) – подрельсовые основания имели разнообразные формы.

Сначала рельсовые опоры изготавливались из целого куска дерева, затем использовались деревянные шпалы брусковой формы. На большинстве первых железных дорог укладывали непропитанные шпалы, их древесина выходила из строя через 8-12 лет.

В России при строительстве дороги С.-Петербург – Москва шпалы пропитывали под давлением, на Московско-Нижегородской железной дороге – медным купоросом.

В настоящее время на всех дорогах мира в путь укладываются деревянные шпалы, пропитанные антисептиком, что повышает срок их службы в 2 раза.

За рубежом применяются шпалы из деревьев твердых пород (дуб, бук). На отечественных железных дорогах – из древесины хвойных пород (в основном сосна). На ряде европейских железных дорог с 1890-х гг. применялись металлические шпалы.

В начале ХХ века были изготовлены железобетонные шпалы, которые получили широкое применение в Европе и Азии с 1950-х гг., срок их службы достигает 50 – 60 лет.