Шпа́ла, брус (балка), укладываемый под рельсами для их прикрепления и передачи давления от подвижного состава на балласт. Основными функциями железнодорожных шпал являются: обеспечение устойчивости и сохранение равномерности колеи и уменьшение вибраций, исходящих от рельсов. Железнодорожные шпалы подразделяются на деревянные, бетонные, стальные, чугунные и композитные шпалы.

В прошлом железнодорожные шпалы обычно изготавливались из дерева и сохранялись около 50 лет. Затем появились стальные шпалы, а позже, в 1906 г., в Германии был проведён первый эксперимент с бетонными шпалами на линии Нюрнберг – Бамберг.

Деревянные шпалы

Деревянные шпалы известны с давних времен. Для изготовления деревянных шпал используется древесина из твёрдых пород дерева, таких как дуб, тик, красный клён, эвкалипт. Также деревянные шпалы изготавливаются из различных хвойных пород, но они подвержены быстрому износу и подходят только для низкоскоростных линий с ограничением скорости 160 км/ч. Деревянные шпалы не подлежат повторному использованию.

Железобетонные шпалы

Железобетонные шпалы изготавливаются из бетона с внутренним армированием. Железобетонные шпалы обладают высокой устойчивостью и экономичностью технического обслуживания. Они подходят для высокоскоростных путей. Большинство железобетонных шпал изготавливаются с предварительным напряжением арматуры. Такие шпалы хорошо выдерживают высокое внешнее давление. По сравнению с деревянными шпалами железобетонные шпалы дешевле и их легче изготовить. Благодаря большему весу, который помогает шпалам дольше оставаться в правильном положении, железобетонные шпалы требуют меньшего ухода, чем деревянные, и имеют более длительный срок службы. В некоторых странах в основном используют железобетонные шпалы. Например, в Великобритании предварительно напряжённые железобетонные шпалы являются единственными разрешёнными по стандартам Network Rail. Также железобетонные шпалы обладают хорошей огнестойкостью и не подвержены коррозии, они подходят для всех типов почв и условий влажности.

Изготовление бетонной шпалы включает в себя следующие этапы: ввод предварительно напряжённых стержней в форму для шпал; одновременное автоматическое натяжение отдельных предварительно напряжённых стержней; заполнение формы для шпал бетоном; затвердевание бетона; извлечение бетонной шпалы из формы. На одну бетонную шпалу используется от пяти до восьми предварительно напряжённых стержней.

Для железнодорожного стрелочного перевода изготавливаются бетонные шпальные блоки различной длины, имеющие различное количество крепежных средств, расположенных в разных положениях для крепления рельсов к соответствующим блокам. В шпальных блоках используется множество стальных матриц, длины которых соответствуют желаемой длине блоков. Матрицы укладывают вплотную в удлинённую форму с дюбелями, обращёнными вверх, после чего натягивают армирующие стержни, заливают бетон в форму и дают ему затвердеть. Сформированное таким образом связное бетонное тело, длина которого может превышать 30 м, извлекается из формы, матрицы удаляются, а дюбели остаются в бетонном блоке. Затем бетонный корпус разрезается на шпальные блоки желаемой длины. Одни и те же матрицы могут быть использованы для изготовления блоков шпал как для левых, так и для правых стрелочных переводов. Блоки шпал и рельсы, связанные с конкретным железнодорожным стрелочным переводом, могут быть собраны вместе, транспортированы к соответствующему участку и размещены на нём вдоль железнодорожного пути с использованием обычных путеукладочных машин.

До настоящего времени средства крепления рельсов не отливались в бетонных шпальных блоках для стрелочных переводов. Вместо этого использовали способ, при котором отверстия для размещения средств крепления сверлятся в шпалах на месте, после чего средства крепления монтируются и закрепляются эпоксидным клеем. Однако этот способ не всегда обеспечивает надёжность крепления, поскольку это зависит от лица, выполняющего работу, и от других условий. Также этот метод дорогостоящ в применении.

Автоматизация производства бетонных шпальных блоков для железнодорожных стрелочных переводов приводит к множеству трудноразрешимых проблем. Например, предварительно напряжённый бетон, который должен использоваться для получения необходимой механической прочности, сжимается во время затвердевания, причем сжатие варьируется из-за различий в длине шпал. Поэтому крайне важно, чтобы все отверстия для болтов в шпалах занимали правильное конечное положение. Одна неисправная шпала может поставить под угрозу укладку всего узла переключения, что, естественно, повлечёт за собой высокие затраты, из-за сложной и дорогостоящей техники, необходимой для укладки. Другим осложняющим обстоятельством является то, что средства крепления могут занимать разные положения в точках переключения для левой и правой руки. Из-за перечисленных обстоятельств бетонные шпалы долгое время не использовались для железнодорожного стрелочного перевода, вместо этого использовались деревянные шпалы.

Стальные шпалы

Стальные шпалы чаще используются, т. к. они прочнее дерева и экономичнее бетона. Стальные шпалы выдерживают большие нагрузки и конструируются в соответствии с различными спецификациями железнодорожных путей. Они хорошо подходят для трасс с высокими скоростями и большими нагрузками. При том же весе, что и древесина, стальные шпалы могут заменить деревянные шпалы на балластированном мосту, обеспечивая более долговечное и прочное решение без увеличения нагрузки на мост. Стальные шпалы легко транспортировать, размещать и устанавливать. Они пригодны для вторичной переработки, устойчивы к возгоранию. Срок службы стальных шпал составляет около 30 лет.

Чугунные шпалы

Чугунные шпалы особенно широко используются на индийских железных дорогах. Они выпускаются в 2 типах: шпалы горшечного типа и шпалы пластинчатого типа. Шпалы горшечного типа не подходят для изгибов круче 4°. Чугунные шпалы могут использоваться в течение длительного периода, до 60 лет. Они просты в изготовлении, могут быть сделаны на месте, что уменьшает расходы на транспортировку.

Композитные шпалы

Композитные шпалы – это шпалы современного типа, которые изготавливаются из отходов пластика и резины. Такие шпалы также называют пластиковыми шпалами. Они обладают многими достоинствами, такими как экологичность, высокая прочность, низкий вес. Композитные шпалы пригодны для вторичной переработки; срок эксплуатации шпал около 50 лет. Композитные шпалы могут использоваться для любого типа рельс.