Продолжительность безотказной работы пути, как любой конструкции, определяется двумя факторами: соотношением несущей способности конструкции с уровнем действующих на нее нагрузок и своевременным проведением профилактических работ по устранению возможных расстройств при обслуживании пути в период между обновлениями.

Виктор Певзнер, доктор технических наук, профессор АО "ВНИИЖТ". Примером создания запасов несущей способности конструкции могут служить мосты, построенные в конце XIX – начале XX века, многие из которых успешно прослужили до конца прошлого столетия, а опоры части из них служат и по сей день.

Начатый в 1985 году эксперимент с повышением осевых нагрузок вагонов с 22,5 до 25,75 тс, повышением веса поездов до 8000 тонн и сокращением времени хода пассажирских поездов был прекращен в 1990 году вследствие катастрофического роста количества выходов из строя рельсов по боковому износу и гребней колес по подрезу.

Сегодня осевая нагрузка вагонов установлена на уровне 25 тс, доля таких вагонов уже превышает 10% парка, и ряд производителей осваивают выпуск вагонов с осевой нагрузкой 27 тс. Вес поездов повышается до 7100 тонн, а сдвоенных – до 12 600 и 14 200 тонн. Пропускаются отдельные маршруты весом 8000 и 9000 тонн.

Чтобы в этих условиях увеличить продолжительность безотказной работы пути, прежде всего нужно установить, какие элементы пути являются лимитирующими с этих позиций. Анализ результатов многочисленных исследований показывает, что один из основных лимитирующих факторов – деформативность основной площадки земляного полотна. Это неудивительно, поскольку основная часть сети построена в конце XIX – начале XX века под нагрузки того времени. Достаточно сказать, что при строительстве Транссиба на ряде однопутных прямых участков ширина основной площадки составляла 4,6 м. (Нынешние нормативы устанавливают минимальную ширину для однопутных участков в 5,5 м.)

В ходе испытаний в 2014–2016 годах вагонов с осевой нагрузкой 27 тс на участке Ковдор – Пинозеро Октябрьской дороги было установлено, что абсолютная осадка пути на опытных участках составляет от 12 до 18 мм при пропуске около 33 млн тонн, в том числе около 10% в вагонах с нагрузкой 27 тс. Осадка бровки земляного полотна составила около 50% этой величины, при этом толщина балластного слоя на участках измерений составляла около 80 см. В испытаниях 2017–2018 годов на участке Качканар – Смычка Свердловской дороги при пропуске около 5 млн тонн осадки пути в целом составили 6–6,5 мм, а осадки бровки земляного полотна – 3–3,5 мм. На основании проведенных исследований можно констатировать, что причина происходящих процессов – вдавливание щебеночного балласта. Механизм этого явления был установлен совместными исследованиями ученых и специалистов АО "ВНИИЖТ" и ФГУП "Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (Саров) на базе результатов испытаний по оценке воздействия на путь поездов массой от 2000 до 8000 тонн. Было установлено, что уровень воздействия на путь зависит не только от осевой нагрузки, но и от числа циклов нагружения (масса поезда) и частоты приложения нагрузки (скорость движения). Это объясняется тем, что в пути имеет место не только упругая деформация, но и задержки восстановления профиля, связанные со свойствами грунтов. Это означает, что каж-дая последующая ось проходит по неровности нарастающей величины. А это приводит к увеличению сил давления на основание пути.

Современные диагностические комплексы измерений геометрии рельсовой колеи сети предназначены для выявления и оценки относительно коротких неровностей длиной до 30 м, а деформации земляного полотна имеют длину до 150 м. Выявление таких неровностей актуально как для участков тяжеловесного движения при высокой и сверхвысокой грузонапряженности, так и для участков скоростного движения, где длинные неровности могут вызывать резонансные колебания скоростного подвижного состава. Специалисты АО "ВНИИЖТ" разработали методику выявления таких неровностей. Она прошла согласование со всеми причастными службами и сейчас находится на утверждении в Центральной дирекции инфраструктуры (ЦДИ).

Следует очевидный вывод: один из необходимых способов продления безотказной работы пути в вертикальной плоскости – укрепление основной площадки земляного полотна, исключающее образование остаточных деформаций. Об этом же говорит и зарубежный опыт, предусматривающий в первую очередь усиление и оздоровление земляного полотна.

Что касается сроков службы элементов верхнего строения пути, то они определяются своевременностью выполнения профилактических работ и их объемом, а также техническими решениями, позволяющими снизить силы взаимодействия подвижного состава и пути и, соответственно, сократить интенсивность расстройств пути. Примером такого технического решения могут служить упругие подшпальные прокладки, разработанные специалистами АО "ВНИИЖТ" и ООО "ЭМИРП". После укладки таких прокладок для выправки просадок в стыках на железобетонных шпалах на Экспериментальном кольце в Щербинке по ним было пропущено около 1 млрд тонн брутто без проведения каких-либо выправочных работ, поскольку они позволяют примерно в три раза снизить уровень действующих на путь сил и вибраций железобетонных шпал. Это актуально с точки зрения недопущения разрушения щебня в подшпальном сечении. Сегодня проходит согласование технической документации для их массового выпуска.

Важную роль играет также своевременное выявление факторов, представляющих угрозу с точки зрения обеспечения безопасности движения. При этом необходимо разделять физические процессы, происходящие в пути, и их отображение диагностическими средствами. Примером такого подхода может служить разработанная АО "ВНИИЖТ" Инструкция по определению и контролю величины подуклонки рельсов и порядку устранения выявленных отступлений. В ней четко зафиксировано положение о том, что подуклонка является индикатором состояния шпал и скреплений, и сформулирован порядок действий путейцев при обнаружении выхода значений за нормативы. Сейчас инструкция находится на утверждении в ЦДИ.

В 1945 году профессор Георгий Шахунянц в брошюре "Задачи текущего содержания пути" писал: "Основной задачей текущего содержания пути является предупреждение появления расстройств, а не их устранение, пусть даже и своевременное". К сожалению, основной принцип построения современных нормативов определения потребности в ремонтно-путевых работах основан именно на показателях накопления расстройств – выхода из строя рельсов и шпал для тяжелых видов ремонта, загрязненности щебня – для среднего ремонта, накопления количества отступлений для производства выправки.

Для продления срока службы пути в современных условиях требуется другой подход – потребность в ремонтах должна определяться по прогнозу изменения его состояния с учетом меняющихся условий эксплуатации (объемов перевозок, характеристик подвижного состава) на основе мониторинга ретроспективной информации. При этом должны определяться сроки выхода на предотказное состояние, характеристики которого, в свою очередь, зависят от конкретных условий. Очевидно, что для двух абсолютно одинаковых конструктивно участков пути при грузонапряженности 15 млн ткм/км и 150 млн ткм/км характеристики предотказного состояния будут различны.

При разработке схемы организации технического обслуживания для продления срока службы пути необходимо учитывать несколько новых обстоятельств. Сейчас расчет контингента монтеров пути и потребности в проведении ремонта работ и текущего содержания пути базируется на трех основных показателях – грузонапряженности участка, пропущенном тоннаже и скорости движения. Однако на ряде участков грузонапряженность уже превышает 150 млн ткм/км. Это означает, что интервалы между поездами сокращаются до 6–8 минут, а с учетом пропуска поездов по соседнему пути – до 3–5 минут. В этих условиях выполнение работ, требующих ограждения сигналами остановки (например, смена рельса) или ограничения скорости (например, укладки пучинных прокладок суммарной толщиной от 26 до 60 мм), в интервале между поездами становится невозможным.

Поэтому нужно разработать регламент проведения профилактических работ и устранения отступлений в сложных условиях эксплуатации. Он должен базироваться на выполнении основного требования: "окно" для профилактических работ или устранения возникших расстройств является неотъемлемым элементом графика движения. Регламент должен фиксировать сумму времени, предоставляемого для работы механизированных комплексов в неделю и месяц в зависимости от состояния пути и степени его загруженности.