Путешествуя по просторам Восточной Сибири и Дальнего Востока, пассажиры поездов, следующих по Байкало-Амурской магистрали, нередко замечают одну особенность. Состав, который до этого уверенно набирал ход, внезапно начинает замедляться. Стрелка спидометра локомотива опускаются до отметки в сорок километров в час. За окном мелькает тайга, сопки и бесконечные просторы, а поезд продолжает ползти с такой скоростью часами.

Тепловоз 3ТЭ25К2М с грузовым поездом на БАМе

Фундаментальная причина снижения скорости на многих участках БАМа кроется в том, что находится непосредственно под железнодорожным полотном. Магистраль пересекает зоны сплошного и островного распространения многолетнемерзлых пород. Для неподготовленного человека мерзлота кажется просто очень твердым, замерзшим грунтом. Однако с точки зрения геокриологии и строительной механики это сложная, динамичная система, содержащая в себе ледяные включения.

Когда железнодорожное полотно укладывается на мерзлоте, инженеры сталкиваются с двумя противоположными проблемами. Если грунт останется замерзшим, он обладает отличной несущей способностью. Но при малейшем потеплении или нарушении теплового баланса верхний слой, называемый деятельным, начинает оттаивать. Ледяные линзы под шпалами тают, превращаясь в воду, которая уходит вглубь, а грунт теряет объем и плотность. Происходит просадка земляного полотна. Рельсошпальная решетка, потеряв жесткую опору, начинает изгибаться.

На скоростях свыше 40-50 километров в час динамические нагрузки от колесных пар многократно возрастают. Если поезд пройдет по участку с просевшим, потерявшим геометрию путем на высокой скорости, возникающие вибрации и ударные нагрузки могут привести к излому рельса, сдвигу пути или, в самом неблагоприятном сценарии, к сходу подвижного состава. Ограничение скорости в 40 км/ч в данном случае выступает строгим физическим барьером, снижающим динамическое воздействие на деформированное основание до безопасных значений.

БАМ. Участок Хани — Чара

Помимо мерзлотных факторов, ограничение скорости жестко диктуется самой геометрией железнодорожного пути. БАМ прокладывался через сложнейшие горные системы: Становое нагорье, хребты Кодар, Удокан, Северо-Муйский. В условиях горного рельефа инженерам приходилось вписывать трассу в существующий ландшафт.

Каждый поворот железнодорожного пути имеет определенный радиус кривой. Чем меньше радиус, тем круче поворот. Физика движения колеса по рельсу неумолима: чтобы состав не сошел с рельсов на повороте, скорость должна быть строго соотнесена с радиусом кривой и величиной виража (возвышения наружного рельса). На старых участках БАМа, построенных в 1970-1980-х годах, из-за сложнейших условий и необходимости экономии средств, встречаются кривые с радиусом 300, 400 или 600 метров.

Для тяжелого грузового поезда, состоящего из десятков вагонов, прохождение такой кривой на скорости 80 или 90 км/ч физически невозможно. Центробежная сила начнет выдавливать наружный рельс, а колесные гребни упрутся в боковую грань рельса, что неминуемо ведет к катастрофе. Поэтому на таких участках устанавливается постоянная конструктивная скорость, часто не превышающая 40-50 км/ч. Поезд просто не может ехать быстрее, не разрушая при этом путь и не подвергая опасности состав.

Вид «Чёртового моста» на БАМе

На языке железнодорожников такие места называются «участками с постоянно действующими ограничениями скорости». Они кажутся вечными по причине непрерывности процессов, их вызывающих.

Мерзлые породы не являются статичным образованием. Граница мерзлоты постепенно смещается. Изменение климата, увеличение количества осадков, изменение снежного покрова, который работает как одеяло для грунта, приводят к тому, что глубина сезонного оттаивания увеличивается год от года. Участок пути, который был укреплен и приведен в соответствие с нормами десять лет назад, сегодня может снова оказаться в зоне риска из-за смещения теплового баланса в грунте.

Инженерные службы пути ведут непрерывный мониторинг. Как только датчики или обходчики фиксируют изменение геометрии рельсовой колеи сверх допустимых норм, на этот участок немедленно вводится ограничение скорости. Поскольку процесс деградации мерзлоты в некоторых точках носит непрерывный характер, ограничения не снимаются, а лишь перемещаются вдоль нитки пути или меняют свою строгость.

Строительство БАМ-2

Возникает резонный вопрос: можно ли устранить эти ограничения и заставить поезд ехать быстрее. Ответ утвердительный, но процесс этот требует колоссальных инженерных усилий, времени и финансовых вложений. Борьба за повышение скоростей на БАМе идет по нескольким направлениям.

Первое направление связано с термостабилизацией грунтов. Чтобы предотвратить оттаивание мерзлоты под полотном, инженеры применяют термосифоны. Это устройства, представляющие собой трубы, заполненные легкокипящим хладагентом, которые заглубляются в грунт рядом с путем. Зимой, когда воздух холоднее земли, хладагент испаряется внизу, поднимается вверх, отдает холод грунту и конденсируется. Летом процесс останавливается. Таким образом, термосифоны искусственно поддерживают мерзлоту в замороженном состоянии, сохраняя жесткость основания. Там, где термостабилизация дает результат, ограничения скорости постепенно повышаются.

Термосифоны аэропорта Фэрбенкс на Аляске (подобные стоят и на БАМе)

Второе направление — это капитальное переустройство самого пути. В местах, где просадки грунта достигают критических значений, старое земляное полотно отсыпают, заменяют балластный слой на специальные теплоизолирующие материалы, используют более мощные типы рельсов и железобетонные шпалы, распределяющие нагрузку на большую площадь. После такой реконструкции участок проходит строгие испытания, и скорость повышается до 60, 80 или 90 км/ч.

Третье, самое радикальное направление — это дублирование или кардинальное изменение сложнейших участков трассы. Ярчайшим историческим примером служит преодоление Северо-Муйского хребта. Изначально путь шел через перевал, имея крутые подъемы, затяжные спуски и множество кривых малого радиуса, где скорости неизбежно падали до минимальных значений. Чтобы устранить это «бутылочное горлышко», было принято решение пробить гору насквозь. Ввод в эксплуатацию Северо-Муйского тоннеля длиной более 15 километров позволил вывести основную нитку магистрали из зоны экстремальных уклонов и серпантинов. Однако колоссальный рост грузопотока потребовал новых инженерных решений. Сегодня в стадии активной предпроектной проработки находится строительство Второго Северо-Муйского тоннеля. Этот масштабный объект призван не просто дублировать существующую колею, но и окончательно снять ограничения провозной способности в самом сложном горном узле всей магистрали

Северомуйский тоннель на БАМе, Муйский район, Бурятия