4. Tor kolejowy w przekroju poprzecznym.

Tor kolejowy składa się z nawierzchni, podtorza oraz obiektów inżynierskich. Obiektami inżynierskimi znajdującymi się w ciągu dróg kolejowych są: mosty, wiadukty, tunele, przepusty, mury oporowe. Nawierzchnia jest konstrukcją w postaci dwóch równoległych toków szynowych przytwierdzonych w ustalonej odległości do podkładów osadzonych w podsypce. Elementy nawierzchni kolejowej to: szyny, złączki, podkłady oraz podsypka. Podtorze kolejowe jest budowlą ziemną, wykonaną w postaci nasypu bądź przekopu.

Zadaniem podtorza kolejowego jest przyjęcie statycznych i dynamicznych nacisków od taboru kolejowego, przekazywanych poprzez szyny, podkłady i podsypkę (czyli nawierzchnię), oraz nacisków pochodzących od ciężaru własnego nawierzchni i podtorza. Innym zadaniem podtorza jest prawidłowe odwodnienie nawierzchni kolejowej. W związku z zadaniami jakie ma spełniać, podtorze powinno charakteryzować się:

• sprężystością przy przyjmowaniu nacisków od taboru (nie powinno wykazywać trwałych odkształceń)

• odpornością na uderzenia i drgania pochodzące od ciężkich i szybkich pociągów

• odpornością na długotrwałe, zmienne warunki atmosferyczne, zwłaszcza na niekorzystne działanie wód

• niezmiennością kształtu i wymiarów (jakość gruntu)

Jeżeli tor kolejowy jest usytuowany wysokościowo powyżej terenu, to podtorze wykonuje się w postaci nasypu. Nasyp jest budowlą ziemną wykonywaną na podłożu, którym jest naturalny grunt rodzimy.

Jeżeli tor kolejowy jest usytuowany wysokościowo poniżej terenu, to podtorze wykonuje się w postaci przekopu. Przekop jest budowlą ziemną wykonaną w podłożu (naturalnym gruncie rodzimym)

Kształt i wymiary podtorza kolejowego zależą od: kategorii linii, ilości torów oraz odległości między torami i podane są w tzw. przekrojach normalnych.

Elementy podtorza kolejowego.

Torowisko jest to górna powierzchnia podtorza. W zależności od rodzaju linii torowisko przyjmuje różny kształt. Dla linii jednotorowych torowisko wykonuje się w postaci trapezu, a dla linii dwutorowych - trójkąta.

Górna, pozioma część torowiska trapezowego odpowiada długości podkładu. Przykładowe wymiary torowiska podano dla torowiska linii magistralnej.

Przykładowe wymiary torowiska trójkątnego podano dla torowiska linii magistralnej.

Krawędź torowiska jest to linia powstała w wyniku przecięcia się torowiska ze skarpą.

Ława torowiska jest to część torowiska pomiędzy nawierzchnią a krawędzią torowiska. Na niej ustawia się słupy trakcyjne, sygnały, materiały remontowe itp.

Skarpa jest to boczna, pochyła powierzchnia nasypu bądź przekopu. Pochylenie skarpy wyraża się ułamkiem 1:n, gdzie zazwyczaj n = 1,5. Nachylenie skarpy zależy od wysokości nasypu oraz rodzaju gruntu, z którego wykonuje się podtorze.

Rowy boczne są urządzeniami hydrotechnicznymi, które mają za zadanie odprowadzić wodę spływającą po skarpach podtorza do odbiornika. Rowy są niezbędne w wypadku przebiegu linii w przekopie. Zazwyczaj pochylenie skarp rowów nie jest jednakowe i od strony krawędzi torowiska wynosi ono 1:m, gdzie m = 1. Typowe wymiary rowów to h = 0,5 m i s = 0,4 m.

5. Geometria przestrzenna toru kolejowego.

Tor kolejowy w planie może składać się z odcinków prostych oraz łuków kołowych (wraz z krzywymi przejściowymi).

Szerokość toru jest to odległość między wewnętrznymi krawędziami główek szyn, mierzona prostopadle do osi toru 14 mm poniżej górnej powierzchni główki szyny. Szerokość normalna na liniach normalnotorowych wynosi 1435 mm. Wielkość ta odnosi się do odcinków prostych i łuków o R ≥ 300 m. W czasie eksploatacji szerokość może się zmieniać o +10 (poszerzenie) i -5 (zwężenie). Reasumując szerokość toru w czasie eksploatacji zawiera się w granicach 1430 - 1445 mm. W łukach o R < 300 m dla swobodnego toczenia się taboru należy zwiększyć szerokość toru o wielkość „e” zależną od promienia łuku (np. 250≤R<300 ⇒ e = 5). Maksymalne poszerzenie wynosi 25 mm dla łuków o R < 160 m. Poszerzenie „e” realizuje się na krzywej przejściowej lub na odcinku prostym, tak aby od początku do końca łuku uzyskać pełną wartość poszerzenia. Zmiana szerokości toru wykonywana jest stopniowo poprzez odsunięcie toku wewnętrznego o 1÷2,5 mm na długości pomiędzy dwoma sąsiednimi podkładami.

Odległość między osiami torów jest różna w zależności od charakteru międzytorza, tzn. czy jest ono zabudowane, czy nie, czy na międzytorzu stoją słupy trakcyjne itp. Rozstaw osiowy dwóch torów na odcinkach prostych i łukach o R ≥ 4000 m wynosi w zależności od powyższych 4,00÷4,90 m. Jeżeli międzytorze oddziela od siebie linie o różnych kategoriach to wartości te należy powiększyć o 1,60 m (międzytorze niezabudowane) lub 1,00 m (inne przypadki). Rozstaw osiowy torów na łukach o R < 4000 m może ulec powiększeniu w zależności od realizowanej na nich przechyłki i ich promieni. Wielkość poszerzenia zależy wtedy bezpośrednio od skrajni (uwaga na przypadki różnych przechyłek na liniach wielotorowych). Wartość poszerzeń międzytorza dla łuków o R < 4000 m podają przepisy D1.

Przechyłka toru jest to podniesienie jednego toku szynowego względem drugiego. Jest ona realizowana na długości krzywej przejściowej, w łukach o R ≤ 4000 m, poprzez tzw. rampę przechyłkową. Stosowanie przechyłki wynika z potrzeby przeciwstawienia się sile odśrodkowej, powodującej nierównomierny nacisk na toki szynowe, a tym samym większe zużycie boczne toku zewnętrznego. Wielkość przechyłki zależy od maksymalnej prędkości na linii kolejowej i obliczana jest wg wzoru h_z = 11,8v²/R, gdzie [v] = km/h i [R] = m, [h_z] = mm ; Jest to wartość przechyłki zasadniczej, którą zaokrągla się do 5 mm. Nie realizuje się przechyłek mniejszych od 20 mm i większych od 150 mm. Jeżeli obliczona przechyłka jest większa od 150 mm, można wtedy obliczyć tzw. przechyłkę minimalną obliczaną zależnie od R. Gdy nie można w torze zrealizować przechyłki mnimalnej to należy zmniejszyć prędkość dopuszczalną bądź przebudować tor (zwiększając R).

Krzywe przejściowe stosowane są na przejściach odcinków prostych w łuk kołowy. Krzywa przejściowa jest krzywą trzeciego stopnia, której promień zmienia się w sposób ciągły od wielkości nieskończonej do wielkości promienia łuku kołowego. Celem stosowania KP jest uzyskanie łagodnego przejścia z prostej w łuk, a tym samym zniwelowanie skutków działania siły bezwładności, pojawiającej się przy wjeździe pociągu z prostej bezpośrednio w łuk. Długość KP jest funkcją prędkości maksymalnej pociągu i oblicza się ją różnie w zależności od tego czy jest to linia nowa, czy modernizowana i czy na jej długości realizuje się przechyłkę.

Tor kolejowy w profilu składa się z odcinków położonych w poziomie i na pochyleniu oraz z załomów profilu podłużnego. Maksymalne pochylenia linii kolejowej w profilu zależą od kategorii danej linii i wynoszą one 0,6÷2 %. Minimalny spadek profilu w przekopie wynosi 0,3% i jest podyktowany minimalnym pochyleniem rowów. Projektując linię zaleca się stosowanie dłuższych odcinków o jednakowym pochyleniu (min. o długości najdłuższego pociągu na linii). Łuki pionowe stosuje się wówczas, gdy różnica pochyleń przekracza 0,25 %. Promienie wyokrągleń pionowych zależą od kategorii linii i przeznaczenia toru, a ich wartości minimalne wynoszą 2000÷10000 m. Gdy strzałka łuku f < 8 mm, łuków nie stosuje się.