Материалы верхнего строения пути (ВСП): состав, устройство и назначение элементов

Верхнее строение пути (ВСП) — это часть железнодорожного пути, которая непосредственно воспринимает нагрузку от колёс подвижного состава и передаёт её на земляное полотно. ВСП расшифровывается как Верхнее Строение Пути. От состояния и качества материалов верхнего строения пути напрямую зависят безопасность движения, допустимые скорости и срок службы всей инфраструктуры. К элементам верхнего строения пути относятся рельсы, шпалы, скрепления, балласт и стрелочные переводы.

Основа: ГОСТ Р 51685-2022, ГОСТ 33320-2015, ГОСТ 32698-2014 и другие профильные стандарты
Применение: пути общего и необщего пользования, колея 1520 мм

Что такое ВСП: конструкция и элементы верхнего строения пути

Конструкция верхнего строения пути построена так, что это не набор отдельных деталей, а единая система, где каждый элемент верхнего строения пути передаёт нагрузку следующему. Колесо давит на рельс — рельс через скрепление опирается на шпалу — шпала распределяет давление на балласт — балласт передаёт его на земляное полотно уже на большой площади. Если выпадает или ослабевает любое звено верхнего строения пути, страдает вся цепочка.

Поперечный разрез железнодорожного пути: рельсошпальная решётка на балластном слое поверх земляного полотна

Рельсы — основной элемент верхнего строения пути

Рельсы — один из ключевых элементов верхнего строения пути. По ним катятся колёса, они направляют движение, воспринимают вертикальные и боковые нагрузки и передают их на шпалы. Это самый ответственный и самый дорогой элемент ВСП.

Строение рельса: головка, шейка, подошва. Чем выше тип, тем тяжелее и прочнее рельс

Типы рельсов по профилю

Тип рельса обозначают буквой «Р» и числом, примерно равным массе одного погонного метра в килограммах. На сети 1520 мм применяют:

• Р50 — около 51 кг/м. Лёгкий профиль для станционных, подъездных и малодеятельных путей.
• Р65 — около 65 кг/м. Основной тип для главных путей и большинства промышленных путей; самый распространённый.
• Р75 — около 75 кг/м. Тяжёлый профиль для особогрузонапряжённых участков.

Встречаются также рельсы типа Р43 и легче — на старых подъездных путях, крановых и узкоколейных линиях. Чем выше осевые нагрузки и грузонапряжённость, тем более тяжёлый профиль выбирают.

Подробная классификация рельсов — все 15 категорий, классы твёрдости, отличия от редакции 2013 года — разобрана в отдельной статье «Типы рельсов по ГОСТ Р 51685-2022». Здесь же важно запомнить: выбор типа рельса — первое, что определяет конструкцию верхнего строения пути под конкретные нагрузки.

Технические требования к рельсам устанавливает ГОСТ Р 51685-2022 «Рельсы железнодорожные. Общие технические условия» (действует с 01.08.2023, заменил редакцию 2013 года). Стандарт распространяется на рельсы типов Р50, Р65, Р75.

Классификация по ГОСТ Р 51685-2022

Рельсы одного типа делят на категории — по способу термоупрочнения, классу твёрдости и области применения, а внутри категорий — на классы, учитывающие твёрдость поверхности катания, точность профиля, прямолинейность, качество поверхности и наличие болтовых отверстий.

По способу термического упрочнения:

• ДТ — дифференцированно термоупрочнённые по сечению (закалка преимущественно головки). Основной современный способ.
• ОТ — объёмно закалённые с отпуском.
• НТ — нетермоупрочнённые.

По классу твёрдости: класс соответствует минимальной твёрдости по Бринеллю на поверхности катания головки: для термоупрочнённых рельсов — классы 400, 370, 350, 320, для нетермоупрочнённых — класс 260. Чем выше класс, тем выше износостойкость и контактно-усталостная прочность.

По области применения (назначению): введены категории специального назначения: ИК (повышенная прямолинейность и контактная выносливость), ВС (высокоскоростное движение), СС (совмещённое движение), НН (низкие температуры). Условное обозначение собирает все признаки вместе, например ДТ370ИК или ДТ400ИК.

Сталь, заготовка, длина и маркировка

Рельсы изготавливают из высокоуглеродистой рельсовой стали. Современное производство ведётся из непрерывнолитой заготовки (НЛЗ) с контролем содержания водорода для предотвращения флокенов. Стандартные длины — 12,5 м и 25 м (с укороченными исполнениями для укладки в кривых); для бесстыкового пути рельсы сваривают в плети длиной до перегона алюминотермитной или контактной сваркой. Рельс поставляется с болтовыми отверстиями на концах или без них (под сварку).

Маркировку наносят на шейку рельса по всей длине (выкатанная выпуклая маркировка повторяется с шагом не более 4 м); в обозначении кодируются тип, категория, плавка, год и предприятие-изготовитель. Это позволяет проследить происхождение каждого рельса — важно при входном контроле и при работе со старогодными материалами.

Основные размеры профиля

Контролируемые размеры поперечного сечения рельсов (по «Альбому конструкций верхнего строения пути» ОАО «РЖД» и профильному стандарту):

На концах рельсов сверлят болтовые отверстия под накладки (на Р50 — диаметром 34 мм, на Р65 и Р75 — 36 мм, с фаской 1,5–3,0 мм); по согласованию рельсы поставляют без отверстий — под сварку в плеть.

Шпалы и брусья — элементы верхнего строения пути

Шпалы — ещё один ключевой элемент верхнего строения пути. Они укладываются поперёк рельсов, удерживают ширину колеи, воспринимают нагрузку от рельсов через скрепления и передают её на балласт. К элементам верхнего строения пути также относятся брусья — переводные и мостовые — которые применяются под стрелочными переводами.

Они удерживают ширину колеи, воспринимают нагрузку от рельсов через скрепления и передают её на балласт, обеспечивая устойчивость рельсошпальной решётки. Количество шпал на километр (эпюра) зависит от класса пути и обычно составляет 1840–2000 штук на километр (чаще 1840 на прямых и 2000 в кривых и на главных путях высоких классов).

Железобетонные шпалы

Сегодня это наиболее массовый тип. Преимущества — высокая несущая способность, стабильность колеи, долговечность и невосприимчивость к гниению. Железобетонные шпалы предварительно напряжены: внутри расположена напрягаемая арматура, а в тело шпалы заделаны закладные элементы (или анкеры) под конкретный тип скрепления.

По типу рельсового скрепления шпалы делят на три типа: под раздельное резьбовое (рельс и подкладка крепятся к шпале на болтах — узел КБ), под нераздельное резьбовое (рельс крепится к шпале без подкладки) и под анкерное безрезьбовое (АРС). По применимости в кривых различают шпалы для прямых и кривых радиусом 350 м и более и для кривых малого радиуса; для участков с контруголками предусмотрены «мостовые» и «челноковые» исполнения.

Деревянные шпалы

Применяются реже, но сохраняют свою нишу: на малодеятельных и подъездных путях, на стрелочных переводах (переводные брусья), в местах, где нужна упругость и простота укладки. Деревянные шпалы пропитывают защитными антисептиками от гниения.

Длина шпалы — 2750 мм; изготавливают из сосны, ели, пихты, лиственницы, кедра и берёзы при влажности древесины не более 22 %. До укладки в путь шпалы пропитывают маслянистыми антисептиками — это главный фактор их долговечности.

Металлические шпалы

В отечественной практике применяются ограниченно — преимущественно на отдельных промышленных и специальных участках. Стальная шпала прочна и долговечна, но проводит электрический ток (что осложняет работу рельсовых цепей) и шумит сильнее.

Переводные брусья

Под стрелочные переводы вместо шпал укладывают удлинённые переводные брусья. По форме сечения их делят на обрезные (вид А) и необрезные (вид Б), по размерам — на типы I/II/III по назначению (от главных путей высоких классов до малодеятельных). Длина брусьев — от 3,0 до 5,5 м с градацией через 0,25 м; поставляют их комплектами под конкретную марку перевода (комплекты А2, А3, А4, Б — для марок 1/18, 1/11, 1/9 и перекрёстных переводов). Деревянные брусья нормирует ГОСТ 8816, применяются и железобетонные брусья.

Рельсовые скрепления — ключевые элементы верхнего строения пути

Скрепления — важнейшие элементы верхнего строения пути, которые соединяют рельс с опорой и между собой. К элементам верхнего строения пути в этой категории относятся промежуточные скрепления (прикрепляют рельс к шпале по всей длине звена) и стыковые скрепления (соединяют рельсы в стыке).

Промежуточное скрепление задаёт ширину колеи, передаёт нагрузку на шпалу, удерживает рельс от продольного угона и от опрокидывания. По конструкции скрепления классифицируют сразу по нескольким признакам: по материалу шпалы, типу прикрепителя, способу прикрепления (раздельные, нераздельные, смешанные), наличию подкладки и характеру клеммы (жёсткие и упругие).

 Узел раздельного промежуточного скрепления (схема типа КБ): рельс прижат клеммами к подкладке, подкладка закреплена на шпале закладными болтами

Основные системы скреплений

Состав типовых комплектов скреплений

Комплектность промежуточных скреплений нормируется «Альбомом чертежей верхнего строения пути» и соответствующими проектами ЦП. Ниже — типовой состав комплекта на одну шпалу (два узла) для основных систем; точные позиции и количества сверяются с альбомом и проектной документацией на участок.

Узлы промежуточных скреплений в сборе на железобетонной шпале: КБ-65, ЖБР-65 и АРС 

Чертежи узлов промежуточных скреплений:КБ-65, ЖБР-65, АРС-04: план, вид сверху и сечение А-А с позициями деталей

Костыли и шурупы

На деревянных шпалах рельс и подкладку крепят путевыми костылями (ГОСТ 5812): типовой костыль — длиной 165 мм и массой 0,38 кг, удлинённые «пучинные» — 205, 230 и 280 мм для выправки пути на пучинах. 

В современных упругих скреплениях вместо костылей применяют путевые шурупы с шестигранной головкой (например, ЦП-54 24×195) с дюбелями — они держат прочнее и меньше расшатываются.

Перспективные конструкции скреплений

«Альбом конструкций ВСП» относит к перспективным несколько упругих систем для железобетонных шпал:

• ЖБР-65ПШМ — с металлической подкладкой (ЦП 369.607) и направляющими вставками; упругая клемма ЖБР на шурупах, удобна для тяжёлых условий и регулировки колеи.
• ЖБР-65П — с полимерной подкладкой (МКС-001): меньше деталей, выше электроизоляция и виброгашение.
• СМ-1 — с полимерным боковым упором (взамен упорных скоб): упрощённый бесподкладочный узел на шурупах или закладных болтах.
• W-30 «Фосслоо» (Vossloh) — зарубежная упругая система: клемма Skl 30, угловая направляющая плитка, рельсовый шуруп Ss35 с дюбелем Sdu 25 и прокладкой Zw.

Подкладки и прокладки

В подкладочных скреплениях между рельсом и шпалой устанавливают металлическую подкладку. Она увеличивает площадь опоры, защищает шпалу от продавливания и задаёт подуклонку рельса (наклон внутрь колеи), необходимую для правильного контакта колеса с рельсом.

Упругие прокладки (подрельсовые и нашпальные) изготавливают из резины или полимеров. Они снижают вертикальную жёсткость пути, гасят вибрацию, электрически изолируют рельс от шпалы и продлевают срок службы как рельса, так и шпалы.

Подрельсовые прокладки ставят между рельсом и подкладкой (или прямо под подошву в бесподкладочных узлах), нашпальные — между подкладкой и шпалой. У каждого скрепления свои марки: например, ЦП-143/ЦП-356 (подрельсовые) и ЦП-328 (нашпальная) для КБ; ЦП-361/ЦП-363 для КД; ЦП-204/ЦП-538/ЦП-638 для ЖБР.

Металлическая подкладка Д-65 и резиновая подрельсовая прокладка ЦП-143 

Стыковые скрепления: накладки, болты, изостыки

Там, где рельсы соединяются торцами, работает стыковое скрепление. Классический рельсовый стык — это две двухголовые накладки, стянутые стыковыми болтами с гайками и пружинными шайбами; они обеспечивают непрерывность рельсовой нити и передачу нагрузки через стык.

На бесстыковом пути рельсы сваривают, и количество стыков сводится к минимуму — это снижает динамические удары, шум и износ. Там, где требуется электрическое разделение рельсовых цепей (для автоматики и СЦБ), применяют изолирующие стыки со специальными прокладками и накладками.

Двухголовая накладка 1Р-65 и 2Р-65 для рельсов Р65

Накладка двухголовая к рельсам Р65/Р75: а — шестидырная, б — четырёхдырная 

Болты в пути

Болтовые соединения в пути бывают двух назначений:

• Стыковые (путевые) болты — стягивают двухголовые накладки в рельсовом стыке (ГОСТ 11530-2014). Нормальной прочности — класс 8.8 из стали 35; повышенной прочности — класс 10.9 из стали 40Х. Комплектуются гайкой по ГОСТ 11532-93 и пружинной шайбой по ГОСТ 19115-91. Типовые размеры — М24×150 и М27×160.

• Болты промежуточного скрепления — работают в узле КБ:

  • закладной болт (ГОСТ 16017-2014) — крепит подкладку к железобетонной шпале;

  • клеммный болт (ГОСТ 16016-2014) — прижимает клемму к рельсу.

  Для обоих применяется гайка по ГОСТ 16018-79. На бесподкладочных и анкерных скреплениях (ЖБР, АРС) болтовые узлы заменяются упругими и безболтовыми решениями.

Путевые болты в сборе с гайкой и шайбой: стыковой, закладной и клеммный

Шайбы и пружины стыка

Под гайки путевых болтов устанавливают пружинные шайбы:

• одновитковые (ГОСТ 19115, сталь 65Г) — для болтов М22, М24, М27;

• двухвитковые — для тех же типоразмеров болтов.

В тяжёлых стыках рельсов Р65 и Р75 вместо пружинных шайб применяют тарельчатые пружины (наружный диаметр 70 мм, толщина 5 мм, по две на болт). Они стабильнее держат натяг при колебаниях температуры.

Переходные стыки

Там, где стыкуются разнотипные рельсы (например, Р75 и Р65) или однотипные с разным вертикальным износом, ставят переходный стык с парой специальных переходных накладок (правой и левой), стянутых болтами М27×160. Это выравнивает уровень поверхностей катания и обеспечивает плавный проход колеса.

Изолирующие стыки

Для работы автоблокировки и электрической централизации рельсовые нити электрически разделяют изолирующими стыками. В сборном стыке используют изолирующие накладки (в т. ч. типа МПЭ), стопорные планки, стыковую прокладку ПС-65 и тарельчатые пружины; широко применяют и клееболтовые изолирующие стыки повышенной прочности. Требования к ним устанавливает ГОСТ 33185-2014.

Балластный слой

Балластный слой — один из элементов верхнего строения пути, который часто недооценивают. Это слой щебня под шпалами, который распределяет нагрузку от шпал на земляное полотно, обеспечивает водоотвод, фиксирует положение рельсошпальной решётки и гасит вибрации. Без балласта путь быстро потеряет геометрию.

Для балласта используют щебень из прочных изверженных пород — гранита, базальта и подобных. Толщину балластной призмы и её очертание назначают по классу пути и роду грунтов. Загрязнение и измельчение щебня со временем снижают дренаж и требуют очистки или замены балласта при ремонтах.

По «Альбому конструкций ВСП» толщина балластного слоя под шпалой составляет порядка 25–35 см щебня на песчаной подушке (~20 см) в зависимости от типа верхнего строения (нормальный, тяжёлый, особо тяжёлый); ширина плеча призмы — не менее 25 см (на кривых малого радиуса — до 35 см), крутизна откосов — 1:1,5. Верх балласта при деревянных шпалах держат примерно на 3 см ниже верхней пласти, при железобетонных — в уровне со средней частью шпалы. При укладке нового щебня толщину увеличивают на 15–20% на осадку.

Противоугоны

Под действием поездов рельсы стремятся смещаться вдоль пути — это явление называют угоном. Противоугоны — пружинные элементы, которые закрепляют на подошве рельса вплотную к шпале и тем самым удерживают рельс от продольного перемещения. Их ставят на звеньевом пути с костыльным скреплением; на бесстыковом пути с упругими скреплениями функцию удержания плети берёт на себя само скрепление.

Пружинный противоугон П-65 (3D-модель продукции ВСП74)

Стрелочные переводы в составе ВСП

Стрелочные переводы — ещё один элемент верхнего строения пути, который обеспечивает перевод подвижного состава с одного пути на другой. К элементам верхнего строения пути стрелочного перевода относятся рамные рельсы, остряки, крестовина с контррельсами и переводной механизм.

Принципиальная схема одиночного стрелочного перевода: стрелка с остряками, соединительная часть и крестовина

Перевод состоит из трёх основных частей: 

• стрелки (рамные рельсы, два подвижных остряка и переводной механизм); 

• соединительной части;

• крестовины с контррельсами. 

Главная геометрическая характеристика — марка крестовины (1/9, 1/11, 1/22 и т. д.): чем больше знаменатель, тем положе перевод и выше допустимая скорость на боковой путь.

Требования к материалам верхнего строения пути и их назначение

Независимо от типа, все элементы верхнего строения пути должны обеспечивать безопасность движения на протяжении всего срока службы. Основные требования к материалам ВСП:

• прочность — способность нести проектные осевые нагрузки без разрушения;
• износостойкость — сопротивление истиранию и контактной усталости (особенно для рельсов и крестовин);
• устойчивость к температурным перепадам — работа в широком диапазоне температур, критично для бесстыкового пути;
• долговечность — стабильность характеристик в течение нормативного срока;
• ремонтопригодность и низкие эксплуатационные затраты.

Продукция для инфраструктуры железнодорожного транспорта подпадает под действие технического регламента Таможенного союза ТР ТС 003/2011 «О безопасности инфраструктуры железнодорожного транспорта» и сопровождается документами о соответствии. Общие правила содержания пути в эксплуатации определяют Правила технической эксплуатации (ПТЭ), утверждённые приказом Минтранса России от 23.06.2022.

Нормативная база: сводная таблица

Чтобы вам не искать нормы по отдельным документам, мы свели все ключевые ГОСТы и СП по элементам ВСП в одну таблицу.

Как подбирают материалы под путь

Состав ВСП не выбирают произвольно — он определяется классом пути и его назначением. На сети общего пользования путь делят на классы 1–5 в зависимости от грузонапряжённости и скоростей; чем выше класс, тем тяжелее рельсы, плотнее эпюра шпал и толще балласт. Принципиально важно различать пути общего и необщего пользования — они регулируются по-разному:

• Пути общего пользования проектируют по СП 119.13330.2024. Здесь требования к материалам и документации наиболее строгие.
• Пути необщего пользования (подъездные, технологические пути предприятий) проектируют по СП 37.13330.2012 с Изменением №7, который отсылает к СП 261.1325800.2016. Документационная нагрузка здесь легче, а подбор материалов — более практичный и ориентированный на конкретную задачу предприятия.

Старогодные материалы ВСП

Для путей необщего пользования отдельная практическая тема — применение старогодных материалов (рельсов, шпал, скреплений, переводов), бывших в эксплуатации и снятых с других участков. При ремонтах это позволяет существенно снизить затраты без потери надёжности — при условии, что техническое состояние материалов отвечает критериям годности и подтверждено документами.

На сегодня единые критерии годности на уровне федерального органа исполнительной власти не закреплены; на практике руководствуются документами ОАО «РЖД» (в том числе Инструкцией по применению старогодных материалов, распоряжение 1225/р от 05.05.2022 — с оговоркой, что она не опубликована и не утверждена Минтрансом) и требованиями профильных стандартов. 

Частые вопросы (FAQ) о материалах верхнего строения пути

Что входит в верхнее строение пути?

Рельсы, рельсовые скрепления (промежуточные и стыковые), шпалы или брусья, балластный слой, противоугоны и стрелочные переводы. Всё это лежит выше земляного полотна и работает как единая рельсошпальная решётка на балласте.

Чем верхнее строение пути отличается от нижнего?

Нижнее строение — это земляное полотно, искусственные сооружения и водоотвод (основание пути). Верхнее строение укладывается поверх и непосредственно воспринимает нагрузку от поездов. Граница проходит по подошве балластного слоя.

Какие бывают типы рельсов?

На колее 1520 мм основные типы — Р50, Р65 и Р75 (число примерно равно массе метра рельса в кг). По ГОСТ Р 51685-2022 рельсы дополнительно делят по способу термоупрочнения (ДТ/ОТ/НТ), классу твёрдости (400/370/350/320/260) и области применения (ИК/ВС/СС/НН).

Какие шпалы лучше — железобетонные или деревянные?

Железобетонные (ГОСТ 33320-2015) долговечнее, стабильнее держат колею и преобладают на современном пути. Деревянные (ГОСТ 78-2004) упруги, проще в укладке и сохраняют нишу на малодеятельных и подъездных путях, на стрелочных брусьях. Выбор зависит от нагрузок, бюджета и условий участка.

Что такое старогодные материалы ВСП и можно ли их применять?

Это элементы пути, бывшие в эксплуатации и снятые с других участков. На путях необщего пользования при ремонтах их применять можно, если техническое состояние отвечает критериям годности и подтверждено документами. Единые федеральные критерии пока не закреплены.

Чем регулируется качество материалов верхнего строения пути?

По каждому элементу действует свой ГОСТ (см. сводную таблицу), а продукция для инфраструктуры подпадает под ТР ТС 003/2011. Проектирование путей об

Чем поможет ВСП74

ООО «ВСП74» — производитель и поставщик материалов верхнего строения пути для путей общего и необщего пользования по России и СНГ. Мы закрываем весь состав ВСП из одной точки:

• рельсы Р65, Р50, Р43 (новые и старогодные), узкоколейные и крановые;

• шпалы и брус — железобетонные и деревянные, стрелочные переводы и их детали;

• скрепления всех основных типов (КБ, ЖБР, АРС, SKL), накладки, подкладки, болты, противоугоны, прокладки и РТИ;

• подбор комплектности ВСП под ваш проект, класс пути и условия участка;

• строительство, капитальный ремонт и текущее содержание путей и стрелочных переводов необщего пользования.

Если вы формируете заявку или подбираете материалы под конкретный объект — поможем рассчитать состав и комплектность под вашу задачу, в том числе с учётом отгрузки по согласованным техническим условиям.

КАК ЗАКАЗАТЬ: 
Актуальный каталог и информация о наличии — на сайте vsp74.ru. Для подбора материалов просим направить проектные данные: категорию пути, тип рельса и требуемую группу годности. Специалисты компании подберут соответствующую номенклатуру из доступных материалов и оформят поставку с полным комплектом сопроводительных документов.
Контакт для заявок: zakaz@vsp74.ru 

Дисклеймер. Материал носит справочный характер и не заменяет проектную документацию. Нумерация пунктов и таблиц, числовые значения и перечень действующих редакций в нормативных документах периодически изменяются, а отдельные ведомственные документы (в т. ч. распоряжение ОАО «РЖД» 1225/р) не опубликованы и не утверждены Минтрансом. Часть размеров профилей, составов комплектов скреплений и параметров балластной призмы приведена по «Альбому конструкций верхнего строения пути» (ОАО «РЖД», ПТКБ ЦП, 2011) и подлежит уточнению по действующим редакциям стандартов и проектной документации. Перед принятием технических и проектных решений сверяйте ссылки и требования по действующим редакциям официальных документов (ГОСТ, СП, ТР ТС) и проектной документации на конкретный объект. Возможность применения тех или иных материалов, включая старогодные, определяется проектом пути.