books railway structure

البنية التقليدية لخط السكة الحديد

كما أنّ معظم السكك الحديدية ذات الحركات المرورية الكثيفة تستخدم باستمرار القضبان الملحومة المُثَبَّتة على العوارض (أو الروابط) والمتصلة عن طريق صفائح قاعدية تقوم بتوزيع حِمل القطار. وعادةً توجد لبادة بلاستيكية أو مطاطية بين القضيب ولوحة الربط حيث يتم استخدام العوارض (أو الروابط) الخرسانية. ويتم تثبيت القضيب بالعارضة غالبًا عن طريق أربطةٍ مرنة، وذلك على الرغم من استعمال مسامير القطع على نطاقٍ واسعٍ في أمريكا الشمالية. وفي فترةٍ كبيرةٍ من القرن العشرين، استخدم خط السكة الحديد روابط من الأخشاب اللينة وقضبانًا مِفْصَلِيّة، وتظل نطاقات كبيرة من هذا النوع من خط السكة الحديد في الطرق الثانوية وما دونها. وفي أمريكا الشمالية وأستراليا، تكونت خطوط السكك الحديدية عادةً من قطاعٍ من قاعدةٍ مُسَطَّحة مُثَبَّتة في الروابط عن طريق مسامير ملتوية (dogspikes) من خلال لوح ربط مسطح، وفي بريطانيا وأيرلندا، تكونت عادةً من قطاعٍ عريض الرأس محمول داخل كراسي من حديد الزهر.

وقد استُخدمَت القضبان المِفْصَلِيّة سابقًا لعدم تقديم التكنولوجيا لأية بدائل أخرى. ومع ذلك أدى ضعف القدرة الأساسية على مقاومة التحميل العمودي إلى خفض دعم الحصى للسكة وزيادة عبء إجراءات الصيانة المفروضة لمنع حدوث أية عيوب هندسية غير مقبولة في المفاصل. كما تحتم دومًا أن يتم تشحيم المفاصل، كذلك فقد احتاجت التآكلات الناتجة عن كثرة الاستخدام والموجودة على الأسطح المتصلة من ماسكة القضبان (وصلة) إلى معالجة دورية عن طريق الحشو والتسوية. ولهذا السبب، يُعد خط السكة الحديد المِفْصَلِيّ أمرًا مُكَلّـِفًا بالنسبة لخطوط السكك الحديدية التي يتم استخدمها بصورةٍ مُكَثَّفة.

تُعد العوارض الخشبية أحد أنواع القطع الخشبية العديدة المتاحة، ويتم معالجتها غالبًا بالكريوسوت أو وكرومات النحاس زرنيخات (مادة كيميائية تتكون من الكروم والنحاس والزرنيخ) أو أي مادة أخرى لحفظ الأخشاب. وتُستخدم العوارض أو (الروابط) الخرسانية سابقة الإجهاد غالبًا حينما يندر وجود الخشب وعندما تكون الحمولة ثقيلة أو السرعة عالية. كما يُستخدَم الفولاذ في بعض التطبيقات.

ويكون حصى خط السكة الحديد عادةً عبارة عن صخورٍ مُحطَّمة، ويُعد الغرض من استخدامها هو تدعيم الروابط والسماح بتعديل مواضعها مع إتاحة الصرف الحر.

خط السكة الحديدية الخالي من الحصى

تُعد الحاجة المُلِحّة للصيانة الدائمة هي أحد عيوب بنايات خط السكة الحديد التقليدية، وخاصة التسطيح (أو الدكّ) والتبطين وذلك لاستعادة شكل خط السكة الحديد السطحي المرغوب فيه والمحافظة على سلاسة سير المركبة فوقه، كما يؤدي ضعف الأرض الطبيعية وأوجه قصور الصرف أيضًا إلى تكاليف صيانة مرتفعة، ويمكن التغلب على هذا عن طريق استخدام خط السكة الحديد بدون حصى، حيث يتكون الشكل الأبسط من هذا الخط من ألواح متتابعة من الخرسانة (مثل بنية الطريق السريع) مع وجود قضبان مُثَبَّتة مباشرةً على سطحها العلوي (عن طريق استخدام لبادة مرنة).

وهناك العديد من الأنظمة الملكية والتنوعات التي تشمل وضع ألواح خرسانية مقواة بشكلٍ مستمر أو استخدام الوحدات الخرسانية سابقة الصب والإجهاد والموضوعة على طبقة القاعدة، وقد تم طرح العديد من التصميمات التبديلية الأخرى.

ولكن يُعد خط السكة الحديد الخالي من الحصى مُكَلّـِفًا للغاية في بادئ الأمر، كما يتطلب الأمر إغلاقًا للطريق لمدة طويلة في حالة وجود سكك حديدية، ويمكن لتكلفته الكلية أن تكون أقل بسبب الانخفاض الكبير في متطلبات الصيانة، وعادةً ما يُعتبر خط السكة الحديدية الخالي من الحصى طريقًا جديدًا ذا سرعات وقدرات تحمل عالية للغاية، وأيضًا يُستخدَم في الامتدادات القصيرة التي تتطلب قوة إضافية (مثل محطة السكك الحديدية)، وفي الاستبدال المحلي حينما تكون هناك صعوبات استثنائية في عملية الصيانة كما هو الحال في الأنفاق على سبيل المثال.

خط السكة الحديد السُلَّمي

الخط المستمر المُثَبَّت طوليًا

استخدمت السكك الحديدية الأولى في حوالي أربعينيات القرن التاسع عشر خط السكة الحديد ذو الحوامل المتصلة حيث تم تدعيم القضيب على طوله، مثل السكة الحديدية ذات العوارض الخشبية لبرنل (Brunel) التابعة لشركة السكك الحديدية الغربية الكبرى، كما تم استخدامها أيضًا في السكك الحديدية لنيوكاسل وشيلدز الشمالية، وفي السكك الحديدية للانكشير ويوركشاير حتى الوصول إلى تصميم جون هاوكشو (John Hawkshaw)، وفي أماكن أخرى. كما طوّر مهندسون آخرون تصاميم للحوامل المتصلة، ولقد تمت تجربة هذا النظام في السكك الحديدية لــ بالتيمور وأوهايو في أربعينيات القرن التاسع عشر، إلا أن صيانته كانت أكثر غلاءً من صيانة الخطوط ذات الروابط المتقاطعة.

وتتضمن أحد التطبيقات الحديثة للسكك الحديدية المدعمة المتصلة "خط السكة الحديد المرصوف المُضمن" لشركة بلفور بيتي (Balfour Beatty) والتي استخدمت شكلاً للقضبان مستطيليًا دائريًا (BB14072) مضمنًا في قاعدة خرسانية منزلقة الشكل (أو سابقة الصب) (تم تطويره في الألفينيات)، واستخدمت "بنية السكك الحديدية المُضمنة"، التي انتشرت في هولندا منذ عام 1976، وفي البداية استخدمت أربعة وخمسين قضيبًا تقليديًا مضمنًا في الخرسانة للاتحاد الدولي للسكك الحديدية، ثم تطورت حتى استخدمت قضبان سكك حديدية AS على شكل "المشروم"، كما تم تطوير نسخة للسكك الحديدية التي تستخدم القضبان المُدعمة بفولاذ خرسانة الأسفلت (2002).