مهندسی راه آهن

برای اجرای روسازی راه آهن که وظیفه اصلی کاهش بارهای وارده از طرف چرخ‌های ناوگان در حد تنش‌های مجاز بستر را بر عهده دارد، باید ابتدا از باربری مناسب بستر برای انتقال بارهای وارده به زمین مطمئن شد. چرا که اگر خاک بستر مناسب نباشد باید روش‌های مناسب برای بهسازی آن اتخاذ گردد.

به عنوان مثال اگر در خاک‌های ریزدانه رسی سطح آب زیر زمینی بالا باشد، با وجود بارهای استاتیکی و دینامیکی رس‌ها فشار آب منفذی را در خود نگه می‌دارند، این امر موجب کاهش ملموس ظرفیت باربری زهکشی نشده خاک می‌شود، و در نتیجه سبب کاهش پایداری خط ریلی می‌گردد، این احتمال در خطوط سنگین راه اهن افزایش می‌یابد.

یکی از تدابیری که می‌توان برای بهسازی اتخاذ کرد تعویض کردن کل خاک بستر و جایگزینی آن با مصالح مرغوب تر است، اما این روش به علت بارهای اقتصادی سنگینی که در پی دارد روش مناسبی به نظر نمی‌رسد. یکی از روش‌های متداول و کارا در این خصوص استفاده از ژئوسنتتیک‌ها و سیستم‌های زهکشی سطحی یا زهکش‌ها پلیمری عمقی می‌باشد.

روسازی راه آهن:

لایه بالاست: این لایه که وظیفه اصلی تقلیل بارهای وارده از طرف تراورس‌ها (که زیر خط ریلی قرار می‌گیرند) به لایه زیر بالاست را دارد از مصالح سنگی شکسته تشکیل می‌شود.

این مصالح باید برای تحمل بارهای استاتیکی و دینامیکی وارد شده مناسب باشند تا هزینه‌های نگهداری بعدی مترتب بر آن‌ها کاهش یابد. ضخامت بالاست باید طوری انتخاب شود که تنشی در حدود تنش مجاز زیر بالاست را فراهم آورد. مصالح سنگی انتخاب شده باید از تخلخل مناسبی برخوردار باشند ولی جاذب آب نباشند، مقاوم باشند و البته قابل تهیه و ارزان باشند.

سنگ‌های مثل سنگ بازالت که از سنگ‌های آتشین می‌باشند هم متراکم بوده و هم در برابر عوامل جوی مناسب هستند، یا مثلا سنگ کوارتز که از سنگ‌های رسوبی می‌باشد ولی نسبتا گران قیمت می‌باشند. از شن و ماسه به عنوان مصالح لایه بالاست نیز استفاده می‌شود، این مصالح ارزان قابلیت، زهکشی خوبی دارند اما باربری نسبتا پایین از خود نشان می‌دهند. 

ملاحظات حین اجرای لایه بالاست:

باید به دقت نظارت‌های لازم انجام شود، مصالح سنگی باید تمیز بوده و فاقد هر گونه مصالح ریزدانه باشند، چون ریزدانه‌ها باعث رشد گیاهان و کاهش تخلخل و موارد دیگری هستند که ممکن است موجب خرابی لایه بالاست شوند.

در محیط‌هایی که احتمال ورود ماسه به لایه بلاست می‌رود باید تدابیر لازم انجام گیرد. روسازی راه آهن را می‌توان بدون لایه بالاست نیز اجرا کرد، در این روش به جای لایه بالاست از دال‌های بتنی معمولی و یا پیش تنیده استفاده می‌گردد، که می‌تواند به صورت پیش ساخته تهیه و یا در محل اجرا شود، این روش معمولا بر روی پل‌ها و یا در تونل‌ها اجرا می‌شود، درست است که هزینه احداث دال‌های بتنی نسبت به طراحی و اجرای لایه بالاست بیشتر می‌باشد اما در عوض هزینه تعمیر و نگهداری آن به مراتب پایین تر است، یکی از عیب‌های این روش این است که آلودگی صوتی بیشتری تولید می‌کند.

لایه زیر بالاست:

ضخامت این لایه باید طوری محاسبه شود که ضمن کاهش تنش‌های وارده از طرف بالاست به محدوده تنش مجاز بستر از یخ زدگی لایه بستر نیز جلوگیری کند. مصالح مورد استفاده در زیر بالاست باید از سنگریزه شن و ماسه، ریزدانه وسنگ شکسته ترکیب شود. این مصالح باید خواص زیر را داشته باشند:

• زهشکی مناسبی را فراهم آورند
• به رطوبت حساسیت نشان ندهند
• از نفوذ ریزدانه موجود در مصالح بستر و لایه زیر بالاست به لایه بالاست جلوگیری کنند
• دوام و مقاموت مناسبی از خود نشان داده
• نشست‌ها در محدوده نشست‌های مجاز داشته باشند 

تراورس:

وظایف تراورس‌ها عبارتند از:

• تراورس‌ها وظیفه کاهش تنش وارده از طرف ریل به محدوده تنش مجاز لایه بالاست را دارند
• باید فاصله بین دو ریل را ثابت نگه دارند

فاصله بین دو تراورس به عواملی زیادی بستگی دارد، عواملی مثل نوع تراورس، ضخامت لایه بالاست، بار محوری ناوگان وارد به ریل، میزان مقاومت ریل و مسائل دیگری که باید مد نظر قرار گیرد.

در ضمن فاصله بین دو تراورس باید به گونه‌ای باشد که تنش‌های وارده از طرف ریل در محدوده تنش مجاز آن‌ها قرار بگیرد.

تروارس‌ها در انواع مختلفی عرضه می‌شوند:

• تراورس چوبی
• تراورس فلزی
• تراورس بتنی
• تراورس مرکب از موارد فوق

که هرکدام مزایا و معایبی دارند. 

تراورس‌های چوبی:

معایب این تراورس‌ها این است که نسبتا گران قیمت هستند، عمر کمی دارند، غیر همگنند و در مناطق مرطوب توصیه نمی‌شوند.

مزایای این تراورس‌های چوبی عبارتند از:

• این تراورس‌ها عایق هستند و برای قطار‌های الکتریکی بسیار مناسب هستند.
• موجب کاهش آلودگی صوتی می‌شوند
• سبک هستند

البته مزیت سبک بودن موجب کاهش مقاومت جانبی می‌شود و لذا برای قطار‌های سریع السیر و مخصوصا در پیچ‌ها توصیه نمی‌شود. 

تراورس‌های فلزی:

از معایب تراورس‌های فلزی:

• نسبتا گران قسمت هستند
• اجرای آن‌ها در محیط‌های مرطوب موجب خوردگی و زنگ زدگی آن‌ها می‌شوند
• عایق نیستند
• آلودگی صدایی بالایی دارند

از مزایای این تراورس‌ها این است که عمر مفید بالایی دارند و فاصله بین ریل‌ها را ثابت نگه می‌دارند. این تراورس‌ها مقاومت جانبی بالایی دارند و برای قطار‌های سریع مناسبند.

تراورس‌های بتنی:

این تراورس‌ها در براربر بارهای ضربه‌ای خورد می‌شوند و به علت وزن بالا حمل آن‌ها بسیار دشوار می‌باشد، اما عمرد مفید بالای 50 سال دارند، مقاومت جانبی بالایی از خود نشان می‌دهند ولذا برای قطار‌های سریع مناسبند، هنگامی که لایه بالاست ضعیف است می‌توان با بهره گیری از آن‌ها این ضعف را پوشش داد.

این تراورس‌ها به دو شکل تک بلوکی و دو بلوکی طراحی می‌شوند، که دو بلوکی‌ها وزن کمتر و مقاومت جانبی بیشتری دارند، ضمننا می‌توان از بتن پیش تنیده برای طراحی تراورس‌های بتنی استفاده کرد که موجب افزایش مقاومت در برابر نیروهای دینامیکی می‌شوند. 

آشنایی با ریل ها

ریل‌ها از سه بخش کلاهک، جان و پایه تشکیل می‌شوند.

کلاهک‌ها سخت ترین بخش ریل‌ها هستند که وظیفه اصلی انتقال بارهای چرخ و هدایت آن‌ها و تامین مقاومت جانبی لازم را دارند. در قطار‌های الکتریکی وظیفه رسانایی برق را نیز انجام می‌دهند.