Жильцов - Устройство и содержание московского метрополитена (1960)

В.Н. Жильцов, Е.Т. Мосин

УСТРОЙСТВО И СОДЕРЖАНИЕ ПУТИ МОСКОВСКОГО МЕТРОПОЛИТЕНА 1960

ОТ АВТОРОВ

Грандиозные масштабы роста социалистического производства в текущем семилетии, а также значительное расширение сети предприятий и учреждений науки, культуры, просвещения и здравоохранения, общественного питания, торговли, жилищно-коммунального обслуживания населения вызовут значительный рост численности рабочих и служащих в народном хозяйстве.

В связи с этим существенно возрастут потребности в  перевозках городским транспортом. В крупнейших городах Советского Союза Москве и  Ленинграде в освоении растущих перевозок большую роль играют  метрополитены. В 1960 г. будет введен в эксплуатацию  метрополитен в Киеве.

Метрополитен представляет собой сеть внеуличных городских железных дорог для пассажирского движения. Он является  современным транспортным средством, обеспечивающим надежное,  быстрое и удобное передвижение населения внутри города.

Сеть линий метрополитена проектируется и строится в  соответствии со структурой города и генеральным планом его развития. При этом предусматривается в первую очередь соединение  центральной части города с промышленными и густонаселенными районами. По мере дальнейшего развития сооружаются кольцевые линии и различные ответвления. Схема линий составляется так, чтобы  пассажир мог проехать из одного пункта города в другой с наименьшим числом пересадок.

Прокладываются линии метрополитена преимущественно под землей, так как сооружение его предусматривает освобождение улиц города от рельсового транспорта. Имеются и наземные  участки, а также участки на эстакадах и мостах.

Метрополитен в целом представляет собой весьма сложный  комплекс различных технических устройств и сооружений, от четкости и слаженности работы которых зависят бесперебойность и  безаварийность его работы. Путевые устройства метрополитена, в том числе и контактный рельс, являются весьма ответственными элементами. От их  состояния непосредственно зависит безопасность движения поездов. Чтобы содержать путевые устройства метрополитена в постоянно исправном состоянии, нужно хорошо знать их конструкцию, отчетливо представлять взаимодействие отдельных элементов, своевременно распознавать начинающиеся расстройства и применять правильные методы содержания и ремонта.

Настоящая книга предназначается для расширения знаний, главным образом работников путевого хозяйства метрополитена, в области конструкции пути и его элементов, технических условий и норм содержания пути и путевых устройств. В книге изложены также методы ремонта и содержания пути и устройств, приведена технология выполнения путевых работ, дано описание применяемых механизмов и организационной структуры путевого хозяйства метрополитена.

Авторы выражают благодарность проф. П. Г. Козийчуку,  инженерам Ё. А. Саковичу и П. А. Грибунину, замечания и советы которых учтены при подготовке книги к печати.

ГЛАВА I

ПЛАН И ПРОФИЛЬ ПУТИ. ГАБАРИТЫ

Путь метрополитена — это совокупность устройств и  сооружений, необходимых для обеспечения плавного, безопасного и  бесперебойного движения поездов с установленными максимальными  скоростями. Он состоит из верхнего и нижнего строения.

§ 1. План и профиль

При взгляде на железнодорожный путь сверху видно, что он  состоит из прямолинейных участков, расположенных под углом друг к другу, и закруглений между ними. В дальнейшем для краткости прямолинейные участки будем называть прямыми, а закругления — кривыми.

Вид на путь сверху называется его планом. Подземные пути метрополитена в плане также состоят из прямых и кривых участков. С точки зрения плавности прохождения поездов, меньших силовых воздействий на путь и подвижной состав прямые имеют несомненные преимущества перед кривыми. При одних и тех же условиях движения в прямых путь расстраивается значительно медленнее, чем в кривых. При прохождении по прямым подвижной состав испытывает меньшие воздействия, чем в кривых, и, следовательно, не так интенсивно изнашивается. 

Однако путь не может состоять только из одних прямых. Устройство  кривых вызывается следующим. Станции метрополитена расположены не на одной прямой и  подход к каждой из них требует поворота линии, а значит —  устройства кривой.

В отдельных случаях тоннели прокладывают под улицами, и они следуют за их изгибами и поворотами. Если линия метрополитена прокладывается на поверхности земли, то приходится огибать такие препятствия, как водоемы, улицы, здания.

Из формулы видно, что величина центробежной силы тем больше, чем меньше радиус кривой. Поэтому с точки зрения  удлинения срока службы верхнего строения пути и подвижного состава стремятся устраивать кривые возможно большего радиуса. Однако увеличение радиуса кривой вызывает повышение стоимости  строительства тоннеля. Поэтому при определении радиуса кривой  приходится взвешивать как стоимость первоначальных затрат, связанных со строительством, так и последующие затраты на эксплуатацию,  выбирая наиболее выгодное решение, лица Наименьшие величины радиусов

Наименьшие радиусы кривых, кривых, допускаемых на главных допускаемые для главных путях метрополитена, приведены в путей табл. 1.

На служебных путях наименьшая величина радиуса принята 100 м, а на парковых путях всех очередей, кроме 5-й,—60 м. Для линий 5-й  очереди на служебных ветках, по  которым организовано временное  пассажирское движение, допускаются  наименьшие радиусы, равные 150 м, а на парковых путях — 75 м.

Для всех очередей строительства наибольшая величина радиуса равна 4 000 м. Стандартными приняты величины радиусов, равные 3 000, 2 000, 1 500, 1 200, 1 000, 800, 600, 500, 400, 350, 300, 250, 200, 175, 150, 100, 90 и 75 м. Отступать от стандартных величин  радиусов можно лишь при серьезном обосновании невозможности их применения.

В момент перехода подвижного состава из прямой в кривую  возникает центробежная сила, направленная наружу кривой и вызывающая боковой толчок, вредно отражающийся на состоянии пути и подвижного состава.

Чтобы сделать нарастание центробежной силы постепенным и тем самым уменьшить величину бокового толчка, между прямой и кривой укладывают переходную кривую. Переходная кривая обладает тем свойством, что имеет  переменный радиус, изменяющийся от бесконечности до значения радиуса  круговой кривой, к которой она  примыкает. Переходную кривую  укладывают перед круговой кривой и за ней, считая по ходу поезда (рис. 2). 

Половину длины переходной кривой  укладывают на круговой кривой,  остальную часть на прямой. Перед пологими круговыми  кривыми и за ними переходные кривые не устраивают (см. табл. 2).

В зависимости от направления  линии две соседние кривые могут  поворачивать в одну или в разные стороны.

Длина прямой вставки / между точками тангенсов двух  несоприкасающихся круговых кривых, направленных в одну (рис. 3, а) или в разные стороны (рис. 3, б), установлена не менее полусуммы длин переходных кривых, сопрягающих эти круговые кривые с прямой вставкой плюс 15 ж на линиях 1; 2; 3 и 4-й очередей и не менее суммы длин переходных кривых плюс 20 м на линиях 5-й очереди  строительства.

Наименьшая длина прямой вставки 15 м берется из тех  соображений, чтобы каждый вагон в поезде, выйдя из одной кривой,  принимал горизонтальное положение, прежде чем он войдет в другую  кривую. Этим исключается возможность скручивания рамы вагона.  Увеличение размеров прямой вставки с 15 до 20 м улучшает плавность прохождения вагона. В особо затруднительных случаях переходные кривые могут  укладываться без прямой вставки, однако расстояние между точками тангенсов должно быть не менее 50 м.

При радиусах круговых кривых, не требующих устройства  переходных кривых, длину прямой вставки принимают также не менее 50 м. Наименьшая длина круговой кривой между концом и началом, сопрягающих ее переходных кривых (рис. 4) или между точками тангенса при отсутствии переходных кривых принята 15 м на  линиях 1; 2; 3 и 4-й очередей и 20 м на линиях 5-й очереди  строительства.

Такая длина принята из тех соображений, что каждый вагон поезда должен занимать в круговой кривой вполне определенное положение и подвергаться  воздействию только тех сил, на которые он рассчитан. Если круговая кривая является составной, т. е. состоит из двух  круговых кривых различных радиусов и для их сопряжения не требуется устройства переходной кривой, то наименьшая длина каждой из  круговых кривых принимается равной 20 м. Это требование диктуется  условиями плавного прохождения  вагонов поезда по каждой из кривой. Станции метрополитена, как правило, располагают на прямых. Этим обеспечивается удобство посадки и высадки пассажиров. Сооружают станции метрополитена на различной глубине,  поэтому путь, проложенный между ними, то поднимается вверх, то опускается вниз или следует на некотором расстоянии  горизонтально. Если сделать вертикальный разрез через ось пути, а затем развернуть его на плоскость, то получится продольный профиль пути. В профиле горизонтальные участки пути называют  площадками, а наклонные — уклонами.

В зависимости от направления движения поезда по уклону этот уклон называется подъемом или спуском (рис. 5). Крутизна уклона измеряется отношением разности высот двух крайних точек к горизонтальному расстоянию между ними и выражается в тысячных.

При проектировании стремятся к тому, чтобы длина каждого элемента профиля, измеряемая  между смежными точками  перелома, была, возможно, большей. Однако это  условие не всегда удается  соблюсти, поэтому  устанавливают наименьшую  допустимую длину элемента продольного профиля. На линиях 1; 2; Зи4-й очередей наименьшая  длина элемента продольного профиля принималась равной 150 м, в  затруднительных условиях допускалась до 75 м. На линиях 5-й очереди длина элемента продольного профиля  установлена не менее расчетной длины поезда, что улучшает условия движения поездов.

§ 2. Габариты

Для того чтобы проходящий в тоннелях или на поверхности  земли подвижной состав ни при каком положении не мог задевать за сооружения, оборудование и части верхнего строения пути и в то же время имел постоянное питание от контактного рельса, на  метрополитене установлены следующие габариты: а) габарит подвижного состава; б) габарит приближения строений; в) габарит приближения оборудования; г) габарит верхнего строения пути в нижней  части; д) габарит контактного рельса.

Габаритом подвижного состава называется предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, в котором, не выходя наружу, должен помещаться как груженый, так и порожний подвижной состав метрополитена. Габарит подвижного состава учитывает положение экипажей с поломанными одним или двумя комплектами рессор при стоянке на прямом горизонтальном пути и в. движении по прямым и  кривым. Особенно опасным  является случай поломки двух люлечных рессор с одной стороны.

При движении вагона  принимается во внимание его  раскачка на рессорах и вынос кузова на кривых (рис. 9). Габаритом  приближения строений называется предельное,  поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, внутрь  которого не должны заходить  никакие части строения (выступы тоннеля, платформы, колонны).

В стены и свод тоннеля вделывают кронштейны, на которые  укладывают кабели, подвешивают осветительную арматуру,  прикрепляют релейные шкафы, головки светофоров и т. д. Все это оборудование размещается в пространстве между  тоннелем и некоторым предельно допустимым очертанием, которое  гарантирует от задевания подвижным составом за оборудование. Габаритом приближения оборудования называется предназначенное для пропуска подвижного состава  предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, внутрь которого не могут заходить никакие части оборудования (кабели, релейные шкафы, трубы водопровода и др.).

Габариты на линиях 2-й и 3-й очередей одинаковы. На линиях 1-й очереди они несколько отличны. На линиях 4-й и 5-й очередей по сравнению со 2-й и 3-й  очередями изменены габариты приближения строения и приближения оборудования. На рис. 10—14 указаны габариты приближения строения,  оборудования и подвижного состава для отдельных очередей  строительства. Габаритом верхнего строения пути в  нижней части называется предельное поперечное  (перпендикулярное оси пути) очертание, за пределы которого не должна выходить ни одна часть пути. Стесненные условия в тоннеле требуют высокой точности в размещении отдельных устройств. Особенно точно должны размещаться различные детали в пути, в непосредственной  близости от которых проходит скоба срывного клапана,  установленного на подвижном составе. Скоба может легко зацепить за неточно уложенные детали, что вызовет экстренную остановку поезда.

Следует также помнить, что для безопасного движения поезда колеса с ребордами должны иметь свободный проход по рельсам, что учитывается габаритом верхнего строения пути в нижней части. Почти на всем пути следования поезд должен иметь нормальное питание электрическим током, который снимается токоприемником с контактного рельса. Чтобы не нарушалось снимание  электрического тока, контактный рельс должен занимать по отношению к  ходовым рельсам положение, определяемое габаритом. Габаритом контактного рельса называется предельное поперечное перпендикулярное оси контактного рельса очертание, за пределы которого не должна выступать ни одна часть устройств контактного рельса.

В местах, где нет контактного рельса, габарит, установленный для него, также тщательно соблюдается, в противном случае не  исключена возможность задевания токоприемника за предметы,  попавшие в габарит контактного рельса. Габарит приближения оборудования ежеквартально  проверяется работниками цеха геодезических работ с помощью  габаритной рамы. Наблюдение за габаритом верхнего строения пути в нижней  части и за габаритом контактного рельса возложено на старших  дорожных мастеров и бригадиров пути, которые систематически  проверяют габаритные размеры и немедленно устраняют обнаруженные  отступления. За габаритом подвижного состава следят работники  службы подвижного состава.

При движении поезда по кривым радиусом менее 500 м вынос кузова вагона становится настолько большим, что появляется  необходимость увеличивать расстояние между осями параллельных путей на двухпутных участках. На линиях с 1-й по 4-ю очередь включительно в двухпутных  тоннелях наименьшее расстояние между осями параллельных путей в прямых и кривых радиусом 500 м и более установлено равным 3 300 мм. В кривых радиусом менее 500 м приняты расстояния,  приведенные в табл. 4.

На линиях 5-й очереди в двухпутных тоннелях и на поверхности наименьшее расстояние между осями параллельных путей на  прямых и кривых радиусом 500м и более берется равным 3 400 мм. В кривых радиусом менее 500 м эти расстояния увеличиваются  соответственно изменению габарита подвижного состава. Увеличение расстояния между осями параллельных путей с 3 300 до 3 400 мм, вызвано возросшими габаритами контактного рельса.

При радиусе кривой, равном 60 м, пути параллельно не  укладываются, так как в этом случае по внутренней нити одного из путей получается радиус меньше 60 м, т. е. меньше допустимого. Отвод уширения междупутья делается на протяжении  переходной кривой.

В местах укладки перекрестных съездов расстояние между осями параллельных путей, соединяемых съездами, принимается равным 4 л, а при укладке одиночного съезда с нормальными стрелочными переводами марки 1/9 это расстояние должно быть 4,2 м. На парковых путях, по которым обращается лишь подвижной состав метрополитена, ширина междупутья должна быть не менее 4,2 м. На парковых путях, по которым обращается подвижной состав  наземных железных дорог, имеющий большие габаритные размеры, расстояние между осями параллельных путей для первых  четырех очередей строительства установлено не менее 4,9 м, а для  пятой очереди — не менее 4,8 м.

Все вновь строящиеся здания и сооружения на парковых путях должны располагаться не ближе 3 м от оси пути. Перевозка негабаритных грузов по путям метрополитена, как правило, не разрешается. В отдельных случаях, когда такая  перевозка диктуется крайней необходимостью, она делается с ведома  начальника дистанции пути, который лично проверяет правильность закрепления груза и определяет степень негабаритного груза. 

Перевозка негабаритного груза осуществляется под руководством лица, занимающего должность не ниже старшего дорожного мастера.

ГЛАВА II

ТИПЫ ПУТИ

Основной особенностью работы пути метрополитена, в отличие от работы пути наземной железной дороги, является то, что он  проложен в основном в тоннелях и потому в течение 20 ч в сутки  находится без достаточного надзора и практически в это время не может быть отремонтирован.

При этом следует учесть, что в каждом направлении по пути  метрополитена ежедневно проходит свыше 500 пассажирских поездов.

При сооружении линий метрополитена всех очередей  строительства учитывались эти требования к пути, и потому современный путь метрополитена значительно отличается от пути наземных  железных дорог. Однако изменение конструкции пути метрополитена шло постепенно. На линиях 1-й очереди строительства для перегонов в качестве типового был принят обычный путь наземных железных дорог, максимально усиленный. Тип пути на прямой в однопутной тоннеле круглого сечения представлен на рис. 15.

В нижнюю часть тоннеля уложено бетонное основание с  водоотводными устройствами, на которое отсыпан щебеночный балласт. Нормальная толщина балластного слоя под шпалой, измеряемая под рельсовыми нитями, на прямой принята не менее 30 см и под внутренней (пониженной) нитью на кривых — не менее 24см.  Шпалы уложены сосновые, по форме прямоугольные, пропитанные  креозотовым маслом, на прямой 1 600 шт/км, на кривой 1 760 шт/км. Рельсы углеродистые типа Р50, промежуточное скрепление  нераздельного типа, подкладки двухребордчатые. Стыки располагаются на весу с расстоянием между осями шпал 440 мм, накладки двухголовые, противоугоны применены клинчатые системы Шестопаловых.

Отвод воды с пути первоначально предусматривался  непосредственно по бетонному основанию, для чего последнему придавался двусторонний поперечный уклон в 2% к оси тоннеля. В дальнейшем по оси тоннеля был сделан водоотводный лоток, перекрытый  железобетонными плитами с вырезами в их нижней части. Через каждые 25—30 м устроены колодцы для очистки лотков. На отдельных коротких участках линии, где из-за значительных отклонений при проходке тоннелей от габарита (по высоте) не  представлялось возможным уложить путь на балласте, его укладывали на бетоне на сквозных шпалах и шпалах-коротышах. Контактный рельс подвешен, как правило, с левой стороны по ходу поезда. На линиях 1-й очереди в пределах станционных платформ по  санитарно-гигиеническим соображениям путь уложен на бетоне (рис. 16) на шпалах-коротышах длиной 0,9 м. Часть коротышей, предназначенных для крепления  кронштейнов, на которые подвешивается контактный рельс, имеет длину 1,05 м. По оси пути устроен открытый водоотводящий лоток  шириной 700 и глубиной 450 мм, считая от уровня головки рельсов.

Для крепления рельсов к шпалам-коротышам применено то же промежуточное скрепление, что и на перегонных участках. Для отвода воды по оси пути через каждые 25—30 м устроены колодцы, перекрытые решетками. Из колодцев вода по поперечным трубам стекает в водоотводящий лоток или трубу, расположенные под платформой. Опыт эксплуатации пути на бетоне показал его надежность в  работе и удобства в обслуживании.

Для линий 2-й очереди этот тип пути был принят как основной (рис. 17), но он был несколько видоизменен. На перегонах путь имеет следующую конструкцию. В нижнюю часть тоннеля уложен слой бетона марки 50, а на него слой путевого бетона марки 150. Поверхности путевого бетона придан поперечный уклон в 3% в направлении к оси пути.

По оси пути сделан водоотводящий лоток шириной 700 см и  глубиной 530 мм, считая от уровня головок рельсов. В путевой бетон втоплены шпалы. Их укладывают так, чтобы только верхняя их постель возвышалась над поверхностью путевого бетона. На шпалах лежат подкладки раздельного скрепления, а на них установлены рельсы типа Р50. Стыки рельсов располагают на сдвоенных шпалах с расстоянием между осями шпал 250 мм.  Накладки двухголовые четырехдырные. На линиях 2-й очереди в пределах станционных платформ в  отличие от линий 1-й очереди вместо коротышей были уложены шпалы, а водоотводный лоток перенесен под платформу. Поверхности путевого бетона был придан поперечный уклон 1,5% в сторону отводящего лотка. Опыт эксплуатации показал, что такой тип пути на станциях  является неудовлетворительным с точки зрения отвода воды от шпал. Между боковыми гранями шпал и бетоном всегда имеются щели, в которые попадает вода. Не имея выхода, вода увлажняет шпалы, что способствует быстрому развитию в них гнилостных процессов. Кроме того, создаются выплески, загрязняющие облицовку стен станционных тоннелей. Ремонт отрясенных шпал был крайне неудобен без водоотводящего лотка по оси пути, и качество ремонта  получалось низкое. Поэтому в процессе эксплуатации шпалы были заменены коротышами и по оси пути в бетоне устроен водоотводящий лоток.

Для линий 3-й очереди тип пути на перегонах был принят тот же, что и на линиях 2-й очереди, с некоторыми изменениями,  позволяющими уменьшить количество бетона. Отметка поверхности путевого бетона, укладываемого на дно  тоннеля, была понижена на 150лш; в путевом бетоне, идущем на  бетонирование шпал, был уширен и углублен водоотводящий лоток. Его ширина была принята равной 1 100 и глубина 850 мм (рис. 18). На некоторых участках делалось только уширение водоотводящего  лотка с оставлением глубины 530 мм. В пределах станционных платформ на линиях 3-й очереди тип пути принципиально тот же, что и на линиях 1-й очереди. Путь уложен на шпалах-коротышах длиной 1 м, ширина водоотводящего лотка, расположенного по середине колеи, 700 и глубина 450 мм. На некоторых станциях, расположенных на площадках, глубина этого лотка переменная, что вызывается необходимостью придать требуемый уклон дну лотка. В таких случаях водоотводящий лоток, расположенный под платформой, также имеет различную глубину в сечениях по его длине.

На перегонах линий 4-й очереди принят тот же тип пути, что и для линий 3-й очереди, с изменением лишь размеров водоотводящего лотка и типа рельсового стыка. Ширина водоотводящего лотка  уменьшена до 900, глубина до 530 мм. Уменьшение размеров лотка  позволило надежнее закрепить шпалу в бетоне. Вместо стыка на  сдвоенных шпалах принят стык на весу с расстоянием между осями шпал 440 мм.

Тип пути в пределах станционных платформ на линиях 4-й очереди принципиально тот же, что и на линиях 3-й очереди.  Различие имеется только в размерах водоотводящего лотка,  который принят шириной 900 при глубине 630 мм. Увеличение  размеров лотка вызвано соображениями безопасности для пассажиров в случае падения их с платформы на путь. Длина коротышей 0,9 м. На линиях 5-й очереди принят тот же тип пути, что и на линиях 4-й очереди.

В связи с тем, что путь уложен на этой линии в тоннеле  диаметром 5,1 м, для безопасного прохода людей со стороны,  противоположной контактному рельсу, сооружена пешеходная площадка  высотой 200 мм над уровнем головок рельсов и шириной 370 мм. На линиях метрополитена имеются участки главного пути,  мостовой переход и пути перед зданиями депо, находящиеся на  поверхности земли.

На всех наземных участках, кроме мостового перехода,  нижним строением служит земляное полотно, а на мостовом  переходе — бетонное корыто эстакад и моста. В главном пути ширина земляного полотна равна 10 и 9,2 м. На основную площадку земляного полотна укладывают песчаную  подушку наименьшей толщиной 20 еж, а на нее слой щебня толщиной под рельсами 30 см (рис. 19). Шпалы применяют сосновые, пропитанные масляным антисептиком, рельсы укладывают углеродистые типа Р50, промежуточное скрепление нераздельное, противоугоны  системы Шестопаловых. Стыки устраиваются на весу с расстоянием между осями шпал 440 мм. Водоотводными устройствами служат дренажи, лотки и кюветы. На мостовом переходе тип пути принят как на линиях 1-й  очереди. Перед зданиями депо (рис. 20) ширина земляного полотна  определяется местными условиями. В поперечном направлении  земляному полотну придается уклон в 2% для обеспечения надежного стока воды в дренажные трубы, уложенные вдоль путей. Балластом служит щебень или карьерный гравий. Толщина балластного слоя под рельсовой нитью равна 30 см. Шпалы уложены сосновые,  пропитанные креозотом, рельсы типа I-а или Р43, промежуточное  скрепление— нераздельного типа. Стыки приняты на весу с расстоянием между осями шпал 440 мм, накладки четырехдырные.