Секрет вечных железнодорожных шпал: история успеха инженера Долгова

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.