Załącznik nr 7
WARUNKI EKSPLOATACJI TORU BEZSTYKOWEGO

1. Podstawy fizyczne tom bezstykowego

Tor bezstykowy powstaje w wyniku trwałego połączenia (zespawania bądź zgrzania) bezpośrednio w torze odcinków szyn długich normatywnej długości. Długość toru bezstykowego jest ograniczona jedynie warunkami układu torowego wymagającego przecięcia toku szynowego (np. założenie styku, ułożenia rozjazdu niespawanego itp ). Na długości toru bezstykowego występują trzy strefy: odcinek oddychający, strefa centralna i kolejny odcinek oddychający.

Na odcinkach oddychających, począwszy od styku, następuje równoważenie powstających w szynach sił termicznych i oporu podłużnego toru. Niezrównoważona część siły termicznej powoduje ruch końca szyny w styku. Długość odcinka oddychającego jest zależna od oporu podłużnego toru oraz zmian temperatur; w torze spełniającym warunki określone w § 33 " Warunków technicznych"- Id1(D1), długość ta wynosi od 30 m do 100 m.

W strefie centralnej, gdy nie występują przemieszczenia podłużne szyn, wartość siły termicznej wynosi:

Temperatura szyny, przy której nie występuje siła podłużna, nosi nazwę temperatury neutralnej. W strefie centralnej, gdyby nie występowały przemieszczenia lokalne toru lub szyn, temperatura neutralna byłaby równa temperaturze przytwierdzenia szyn do podkładów. Jednak zmienny opór podłużny na długości toru (spowodowany różnym stanem zagęszczenia podsypki, różną siłą docisku stopki szyny do przekładki), okresowo działające siły od pojazdów, zmienna wartość przyczepności kół z szynami, a także różny stopień nagrzania szyny, powodują odcinkowe zaburzenia stanu równowagi. W pewnych przypadkach może to spowodować występowanie mikroprzemieszczeń szyn, które mogą przybrać formę pełzania szyn, prowadzące do zmian wartości sił podłużnych na długości odcinka, na którym wystąpiło przemieszczenie (co można uznać za zmianę temperatury neutralnej). Wartość siły podłużnej ulegnie zmianie jak to przedstawiono na rys. 1.

Rys. 1 Zmiana rozkładu sił podłużnych w szynach na skutek pełzania toru

Efekt wzrostu siły ściskającej na odcinku toru będzie analogiczny do obniżenia na tym odcinku temperatury neutralnej o wartość:

Jeżeli więc przed zaobserwowaniem pełzania, temperatura neutralna była równa temperaturze przytwierdzenia, to po pomiarze wartości pełzania i obliczeniu wartości temperatura neutralna będzie na części odcinka pełzania większa o wartość, a na części odcinka niższa o wartośćod temperatury neutralnej pozostałej części toru, na której nie stwierdzono pełzania.

2. Obserwacja miejsc podatnych na pełzanie przy zastosowaniu punktów stałych

Dla szczegółowego pomiaru ewentualnych przemieszczeń szyn, należy bezpośrednio w trakcie przytwierdzania szyn długich do podkładów założyć punkty stałe.

Punkty stałe należy zakładać w tych samych przekrojach po obu tokach toru bezstykowego, wyłącznie w strefie centralnej (tj. nie bliżej niż ok. 100 m od styku) wg następujących zasad:
1) przy objęciu obserwacją odcinka toru o długości większej niż kilometr, po dwa punkty na jednej szynie długiej przed jej zgrzaniem w odległości ok. 50 m od końców szyny,
2) przy objęciu obserwacją odcinka toru krótszego niż kilometr, punkty stałe w odległościach od 50 do200m od siebie, w zależności od warunków lokalnych. Punkty stałe powinny umożliwiać poprowadzenie prostej odniesienia, w stosunku do której dokonywany będzie pomiar odległości do punktu bazowego na szynie (punkt kontrolny nacięty na zewnętrznej, bocznej płaszczyźnie główki szyny wykonywany podczas pierwszego pomiaru). Należy zwrócić uwagę na jednoznaczną odtwarzalność prostej przy kolejnych pomiarach nawet w dużych odstępach czasu. Prostą odniesienia może być żyłka rozpięta pomiędzy obiektami. Zaleca się geodezyjny pomiar tych odległości i wówczas na punkcie stałym należy przymocować podstawkę na przyrząd geodezyjny.

Pomiar z wykorzystaniem punktów stałych polega na pomierzeniu z dokładnością do 1 mm odległości od prostej odniesienia (napiętej żyłki lub celowej instrumentu) do punktu bazowego na główce szyny. Pomiaru dokonuje się przy pomocy ekierki tak przygotowanej, że "0" na skali odczytu pokrywa się z punktem przyłożenia ekierki do żyłki (w czasie pomiaru nie wolno naciskać ekierką na żyłkę) lub z celową instrumentu. Ważne jest przyjęcie znaków kierunku pomiaru. Jeżeli pomiar jest w kierunku zgodnym z kilometrażem, to odczyt oznaczany jest jako"+", jeżeli natomiast jest w kierunku przeciwnym to oznaczany jest jako " -".

Przy stosowaniu żyłki jako osi odniesienia, pomiar polega na wykonaniu następujących czynności:
a)   prac przygotowawczych polegających na rozciągnięciu żyłki pomiędzy stałymi punktami na obiektach stałych ; należy zwrócić uwagę aby żyłka zawsze była podczas każdego pomiaru zaczepiana w tych samych punktach, miała zawsze jednakowy naciąg i położenie,
b)   pomiaru zasadniczego polegającego na:
zmierzeniu temperatury szyny na główce szyny,
zmierzeniu odległości nacięcia na główce szyny od rozpiętej i naciągniętej żyłki,
zapisaniu obu wartości w dzienniku pomiaru punktów stałych dla dokonania
obliczeń po zakończeniu pomiarów.

Pierwszy pomiar musi być dokonany bezpośrednio po ułożeniu szyny długiej na podkładach i przytwierdzeniu jej do podkładów w trakcie procesu technologicznego układki toru bezstykowego. Stanowi on odniesienie dla wykonywanych obliczeń sił przy kolejnych pomiarach i dlatego konieczne jest wpisanie go do dziennika pomiarów - wzór nr 1.

Po zakończeniu wszystkich robót w trakcie których układano tor bezstykowy, należy wykonać pomiar kontrolny, który pozwala na określenie wpływu robót wykonanych po przytwierdzeniu szyn długich na zmiany w wartości sił podłużnych.Następne pomiary należy przeprowadzać co najmniej raz w roku. Zasady instalowania punktów stałych i dokonywania pomiarów przedstawiono na rys. 2

Rys.2 Zasady instalowania punktów stałych i dokonywania pomiarów

3. Inne metody obserwacji miejsc podatnych na pełzanie

W nowo układanych torach bezstykowych zaleca się stosować metodę bezpośrednią wyznaczania temperatur neutralnych. Wymaga ona posiadania specjalnego przyrządu pomiarowego - Elektronicznego miernika temperatury neutralnej" oraz założenia na szynie, w trakcie przytwierdzania jej do podkładów, baz pomiarowych. Bazy pomiarowe stanowią dwa specjalnie ukształtowane bolce, które zamocowuje się na stałe w otworach wywierconych w osi obojętnej szyny. Odległość pomiędzy otworami musi być wyznaczana według szablonu. Po zamocowaniu na stałe bolców dokonuje się, bezpośrednio po przytwierdzeniu szyny do podkładów, (gdy szyna jest wolna od sił podłużnych), zerowania bazy pomiarowej. Dokonuje się jej poprzez:
1)   ułożenie na bolcach przyrządu pomiarowego,
2)   doprowadzenie za pomocą śrub rektyfikacyjnych do wskazania na wyświetlaczu przyrządu aktualnej temperatury szyny,
3)  utrwalenie śrubami kontrującymi położenia śrub rektyfikacyjnych.
Od poprawności wykonania tych czynności (podobnie jak od dokładności pierwszego pomiaru przy punktach stałych) zależy wiarygodność późniejszych pomiarów. Pomiar temperatury neutralnej polega na położeniu przyrządu na bolcach po ich uprzednim oczyszczeniu i odczytaniu na wyświetlaczu aktualnej temperatury neutralnej.

4.   Metryka toru bezstykowego

Podstawowym dokumentem umożliwiającym podejmowanie decyzji w zakresie utrzymania i eksploatacji toru bezstykowego jest metryka toru bezstykowego - wzór 2. Zawiera ona dane o:
1) konstrukcji i stanie toru,
2) warunkach, w jakich był układany tor bezstykowy,
3) pęknięciach szyn.

Metrykę zakłada się po zakończeniu wszystkich robót związanych z układaniem toru bezstykowego na całym odcinku toru tj. od styku do styku. Metryka toru musi być uaktualniana przynajmniej raz w roku, na wiosnę, przed okresem wysokich temperatur. Notatki z zapisami temperatur powinny być przechowywane jako załącznik do metryki toru bezstykowego.

5.   Weryfikacja temperatury neutralnej na podstawie badań diagnostycznych

1) obliczenia aktualnej temperatury neutralnej pomiędzy punktami stałymi przeprowadza się podstawie wyników pomiarów w następujący sposób:

a) wyznacza się wartość przemieszczenia punktu bazowego (i) jakie nastąpiło w okresie od pierwszego pomiaru do aktualnego:

b) wyznacza się wartość przemieszczenia punktu bazowego (i+1) jakie nastąpiło w okresie od pierwszego pomiaru do aktualnego:

c)   na podstawie tych danych sporządza się wykres pełzania wg wzoru 3,

d)   wyznacza się zmianę długości odcinka pomiędzy punktami bazowymi (i, i+1):

e) oblicza się wartość zmiany temperatury odpowiadającej zmianie sił podłużnych wywołanych przemieszczeniem z uwzględnieniem znaków, które przy przyjętych wyżej założeniach oznaczają: siła ściskająca znak "+", siła rozciągająca znak "-":

f) aktualna temperatura neutralna na odcinku pomiędzy punktami stałymi wynosi:

2)   na odcinkach, na których założono bazy do pomiaru bezpośredniego temperatury neutralnej, nie zachodzi potrzeba dokonywania obliczeń. Możliwa jest automatyczna rejestracja wyników w pamięci przyrządu celem późniejszego przegrania ich do komputera stacjonarnego dla dalszej analizy,

3)   regulację sił podłużnych należy przeprowadzić, jeżeli różnica temperatur neutralnych pomiędzy kolejnymi rocznymi pomiarami jest większa niż:
a) przy dobrym stanie podsypki i pełnym jej oprofilowaniu 15° C,
b)   przy przeciętnym stanie podsypki i pełnym jej oprofilowaniu 10°C,
c)   w pozostałych stanach podsypki lub przy brakach w jej oprofilowaniu 7° C.
Stan podsypki określany wg zał. 14 tabl. 6.

Do czasu przeprowadzenia regulacji należy na odcinku przeprowadzić prace podnoszące stateczność toru, takie jak:
- uzupełnienie podsypki ze szczególnym zwróceniem uwagi na obsypanie czół podkładów do pełnej ich wysokości oraz na wykonanie nadsypki na pryzmie tłucznia o szerokości nie mniejszej niż 450 mm,
-   regulacja położenia toru w płaszczyźnie poziomej wraz z jego podbiciem i zagęszczeniem podsypki w okienkach i od czół podkładów,
-  dokręcenie śrub stopowych, wymiana i uzupełnienie przekładek oraz pierścieni sprężystych lub łapek sprężystych, ewentualnie założenie opórek przeciwpełznych w torach na podkładach drewnianych w miejscach występowania pełzania szyn.

6. Wpływ pęknięcia szyny na rozkład sił podłużnych

Pęknięcie toku szynowego poniżej dolnej granicy temperatur przytwierdzenia (w warunkach zimowych) powoduje wyzwolenie rozciągających sił podłużnych i odsunięcie się krawędzi pęknięć proporcjonalnie do wartości wyzwolonych sił. Równocześnie z obu stron pęknięcia powstają odcinki oddychające, które w istotny sposób wpływają na rozkład wartości sił podłużnych. Odcinki przyległe do pęknięcia, do czasu ostatecznej naprawy zachowują się tak jak odcinki oddychające, gdyby tor bezstykowy został ułożony w temperaturze pęknięcia - rys 3.

Rys.3 Zmiana sił podłużnych w szynie toru bezstykowego wywołana pęknięciem w temperaturze tpęk. i przy wzroście temperatury do temperatury neutralnej.

Po wykryciu pęknięcia należy możliwie szybko dokonać pomiarów:
1) wielkości luzu,
2) temperatury, przy jakiej dokonano pomiaru luzu, i odnotować je w metryce toru bezstykowego.
(w przypadku wystąpienia drugiego i następnych pęknięć na 200m odcinku toru, dla którego założona jest metryka, lokalizację pęknięcia, oraz wielkości luzu i temperatury zgodnie z punktem 1 i 2 należy wpisywać pod metryką).

W wyniku zmian temperatury, zmienia się rozkład sił podłużnych w pobliżu pęknięcia (analogicznie do zmian na odcinku oddychającym). Jeżeli przy naprawie ostatecznej nie zostaną na całej długości odcinka zaburzeń odkręcone śruby stopowe (zdjęte sprężyny w przytwierdzeniu sprężystym) i nie przeprowadzi się odprężenia, to naprawa utrwali na odcinkach przyległych do pęknięcia1 rozkład sił podłużnych nie odpowiadający nowej temperaturze przytwierdzenia. 7. Stateczność toru bezstykowego w różnych warunkach termicznych

Tor bezstykowy spełniający warunki określone w § 33 będzie stateczny w każdych warunkach termicznych i nie wymaga dodatkowych działań utrzymania.
Dla toru, w którym nie są spełnione wymagania określone w § 33, można oszacowywać dopuszczalny wzrost temperatury szyny ponad temperaturę neutralną, według zasad podanych poniżej, i na tej podstawie podejmować decyzje w zakresie utrzymania i eksploatacji toru bezstykowego.

W odległości ok. 50 - 100 m od pęknięcia rzeczywista temperatura neutralna będzie niższa od temperatury w jakiej dokonano naprawy o wartość odpowiadającą różnicy temperatur przytwierdzenia i wystąpienia pęknięcia. Może to spowodować powstawanie w okresie wyższych temperatur deformacji toru prowadzących nawet do wyboczenia.

Wartości dopuszczalnego wzrostu temperatury szyn ponad temperaturę neutralną, można wyznaczyć z tablic 1 - 6 w zależności od:
1)   stanu podsypki,
2)   nierówności poziomych zarejestrowanych drezynąEM 120,
przy rozróżnieniu: typu szyn, położeniu toru na prostej lub w łukach, rodzaju podkładów. Wartości dopuszczalnego wzrostu temperatury zostały ustalone na podstawie teoretycznych obliczeń przy przyjęciu określonego modelu i z tego powodu powinny być traktowane jako wartości szacunkowe i można je zmieniać w granicach +-20%, w zależności od innych czynników nie uwzględnianych przy określaniu stanu toru np. przy bardzo dobry stan przytwierdzeń może zwiększyć wartość dopuszczalnego wzrostu temperatury o 15%, natomiast przy złym stanie podkładów można ją zmniejszyć o 20%. Do oceny należy przyjmować wartości zaokrąglane do 5° C, jako że z taką dokładnością można oszacować temperaturę neutralną..

Corocznie, wczesną wiosną przed okresem występowania wysokich temperatur, można korzystając z tablic 1-6, ustalać dopuszczalną eksploatacyjną temperaturę szyny
teksp wynoszącą:

Wartości dopuszczalnego wzrostu temperaturyodczytuje się z tablic 1- 6 i wpisuje do arkusza analizy termicznej toru bezstykowego - wzór 4 , który sporządza się jedynie dla tych odcinków toru, dla których stan podsypki został określony jako przeciętny, zły lub bardzo zły.

Na odcinkach toru, na których oszacowana temperatura eksploatacyjna teksp jest mniejsza od 60°C, należy w okresie poprzedzającym występowanie wysokich temperatur, przeprowadzić prace zabezpieczające tor bezstykowy przed wyboczeniem, a po ich wykonaniu powtórnie sprawdzić wartość dopuszczalnej temperatury eksploatacyjnej.

W przypadku niewykonania prac, o których jest mowa wyżej lub, gdy mimo ich przeprowadzenia, oszacowana temperatura eksploatacyjna jest nadal mniejsza od 60°C, należy w okresie występowania temperatury szyny wyższej od temperatury eksploatacyjnej, wprowadzać sukcesywnie ograniczenia warunków eksploatacyjnych:

- ograniczenie prędkości pociągów do 60 km/h

- ograniczenie prędkości pociągów do 30 km/h

- okresowe wstrzymanie ruchu pociągów na czas występowania tych temperatur.

Jeżeli zakres robót przekracza możliwości ich przeprowadzenia przed okresem wysokich temperatur, należy dokonać takiej regulacji sił podłużnych, aby nawet wystąpienie maksymalnej temperatury nie spowodowało przekroczenia dopuszczalnych wartości wzrostu temperatury. W przypadku jednak przekroczenia przy tej czynności górnej wartości temperatur neutralnych, konieczne jest dokonanie powtórnej regulacji sił podłużnych przed okresem zimowym.

Wzór 1

Wzór 2

- w kolumnie 1 zapisuje się kilometry układanego toru bezstykowego
,- w kolumnie 2 zaznacza się typ szyn,
- w kolumnie 3 zaznacza się typ podkładów,
- w kolumnie 4 zaznacza się proste i łuki oraz przejazdy, obiekty inżynieryjne, semafory itp.
- w kolumnie 5 zaznacza się odcinki o pochyleniach większych niż 5%o,
- w kolumnie 6 zaznacza się lokalizację punktów stałych do pomiaru pełzania,
- w kolumnach 7-10 odnotowuje się datę i temperaturę przytwierdzenia szyn długich oraz nr przęsła i kierunek układki,
- w kolumnach 11 i 12 odnotowuje się datę i temperaturę zgrzewania szyn długich,
- w kolumnach 13-15 odnotowuje się pęknięcia,
- w kolumnie 16 odnotowuje się datę i rodzaj naprawy.

Wzór 3

Wzór nr 4

ARKUSZ ANALIZY TERMICZNEJ TORU BEZSTYKOWEGO

Data analizy:.................................

Przykład analizy termicznej toru bezstykowego:

W kilometrach 43.200 - 44.400 stwierdzono 30.10.1999 r przeciętny stan podsypki. Dokonana w marcu 2000 r powtórna ocena wykazała pogorszenie stanu podsypki (wyrażony w stopniach degradacji) w km 43.380 - 43.470. Dlatego postanowiono sporządzić analizę termiczną dla odcinka jw.

Pomiar drezyną EM 120 dokonany 19.11.1999 r wykazał, że występują nierówności o wartościach maksymalnych w km: 43.210 - 10 mm, 43.420 - 8 mm, 43.700 - 12 mm, 43.980 - 10 mm oraz 44.210 - 12 mm.

Powyższe wartości naniesiono do arkusza analizy zaznaczając( z metryki toru bezstykowego) proste i łuki, typ szyn i rodzaj podkładów. Na podstawie metryki toru bezstykowego sporządzono wykres temperatur neutralnych - ponieważ nie stwierdzono pełzania, przyjęto wartości temperatur przytwierdzenia szyn do podkładów z uwzględnieniem temperatury ich spawania (gdyby na odcinku tym występowało pełzanie, należałoby przy sporządzaniu wykresu temperatur neutralnych uwzględnić zmiany temperatury przytwierdzenia).

Następnie korzystając z tablic 16 odczytano odpowiednie wartości dopuszczalnych wzrostów temperatury szyny ponad temperaturę neutralną dla miejsc stwierdzonych maksymalnych nierówności i wpisano je do odpowiednich wierszy arkusza. Dodając do temperatury neutralnej odpowiednie wartości dopuszczalnego wzrostu temperatury oznaczono miejsca, gdzie dopuszczalna temperatura szyny jest mniejsza od 60°C.

Konkluzje:

-w km 43.200 - 43.250 dopuszczalna temperatura szyn może wynieść 49°C, powyżej niej należałoby profilaktycznie ograniczyć prędkość do 60 km/h,
-w km 43.580 - 43.700 dopuszczalna temperatura szyn może wynieść 47°C, powyżej niej należałoby profilaktycznie ograniczyć prędkość do 60 km/h, natomiast przy dalszym wzroście temperatury szyny ponad 5 4°C należałoby na okres jej występowania wstrzymać ruch,
-w km 43.950 - 44.050 dopuszczalna temperatura szyn może wynieść 54°C, powyżej niej należałoby profilaktycznie ograniczyć prędkość do 60 km/h.

Dla uniknięcia ograniczeń w ruchu należy przed okresem wystąpienia wyższych temperatur dokonać uzupełnienia podsypki, wyregulować położenie toru i zagęścić podsypkę od czół podkładów na odcinku toru od km 43.2 do 44.1. W przypadku niewykonania tych robót należałoby w momencie wystąpienia temperatury szyny wyższej niż 45°C wprowadzić stałą obserwację toru na tych odcinkach i podejmować decyzje w zależności od jego zachowania do czasu spadku temperatury.

Tablica 1
Dopuszczalny wzrost temperatury szyny w [°C] ponad temperaturę neutralną dla toru z szyn UIC60(60E1) na prostej

Tablica 2
Dopuszczalny wzrost temperatury szyny w [°C] ponad temperaturę neutralną dla toru z szyn UIC60 (60E1)położonego w łukach o promieniach 700m<R< 1000 m (tor w łukach o R > 1000 m traktuje się jak tor na prostej)

Tablica 3
Dopuszczalny wzrost temperatury szyny w [°C] ponad temperaturę neutralną dla toru z szyn UIC60(60E1) położonego w łukach o promieniach 500* m < R< 700m ( * 450 m dla toru na podkładach betonowych, 300 m dla torów stacyjnych bocznych )

Tablica 4
Dopuszczalny wzrost temperatury szyny w [°C] ponad temperaturę neutralną dla toru z szyn S49(49E1) położonego na prostej

Uwaga: */ nie występuje potrzeba ograniczania prędkości do tej wartości

Tablica 5
Dopuszczalny wzrost temperatury szyny w [°C] ponad temperaturę neutralną dla toru z szyn S49 (49El)położonego w łukach o promieniach 700m<R< 1000 m (tor w łukach o R > 1000 m traktuje się jak tor na prostej)

Tablica 6
Dopuszczalny wzrost temperatury szyny w [°C] ponad temperaturę neutralną dla toru z szyn S49(49E1) położonego w łukach o promieniach 500* m < R< 700m ( * 450 m dla toru na podkładach betonowych, 300 m dla torów stacyjnych bocznych )