Vysokorychlostní železniční tratě

Transkript

1 Vysokorychlostní železniční tratě L u k á š T ý f a Ústav dopravních systémů (K612) Téma č. 7 Konstrukce vysokorychlostní železniční trati Anotace: Požadavky TSI na konstrukci VRT Kolejnice, upevnění a pražce železničního svršku Pevná jízdní dráha Výhybky na VRT TSI VRT Infrastruktura (od ) Funkce subsystému Infrastruktura: 1. vést vlak 2. nést vlak 3. zajistit volný a bezpečný průjezd vlaku 4. umožnit nástup/výstup cestujících 5. bezpečnost 6. respektovat životní prostředí Základní požadavky na subsystém Infrastruktura: 1. bezpečnost 2. spolehlivost a dostupnost 3. ochrana zdraví 4. ochrana životního prostředí 5. technická kompatibilita 1

2 TSI VRT Infrastruktura (od ) Funkční a technické parametry částí infrastruktury: rozdělení požadavků na prvky dle kategorie tratě: kat. I.: zvlášť vybudované VRT, V 250 km/h kat. II.: modernizované VRT, V 200 km/h kat. III.: VRT se zvláštními rysy V musí umožnit jízdu vlaků: dl. max. 400 m, hmot. max t parametry platí pro V 350 km/h parametry platí pro rozchod kolejí 1435 mm (parametry pro širší rozchody jsou uvedeny v seznamu zvláštních případů) seznam zvláštních případů odlišné parametry pro VRT jednotlivých států (tzv. P trvalé, T dočasné) TSI VRT Infrastruktura (od ) Funkční a technické parametry částí infrastruktury: 1. Úklon kolejnice v koleji: běžná kolej: 1:20 až 1:40 výhyb. kce V 200 km/h a navaz. úseky: možno bez úklonu výhyb. kce 200 V 250 km/h a úseky do dl. 50 m: možno bez úklonu 2. Výhybkové konstrukce: jazyky + PHS musí mít zařízení na zajištění a kontrolu polohy výhyb. kce V 280 km/h: musí mít PHS geometrické vlastnosti viz TSI 3. Odolnost koleje vůči svislému zatížení: z max. nápravové hmotnosti, max. dynamické kolové síly a max. kvazistatické kolové síly viz TSI VRT Vozidla 2

3 TSI VRT Infrastruktura (od ) Funkční a technické parametry částí infrastruktury: 4. Odolnost koleje vůči podélnému zatížení: z trakčních a brzdných sil, teplotních změn (okolní prostředí, brždění) a spolupůsobení odezva kcí (např. mostů) na kolej 5. Odolnost koleje vůči příčnému zatížení: tj. vůči max. celkové příčné dynamické síle Y 2m (působení dvojkolí na kolej kvůli a n ) tj. vůči kvazistatické vodicí síle Y qst (působící v obloucích) 6. Zatížení konstrukcí staveb žel. spodku od provozu: svislé zatížení: dle modelů zatížení dynamická analýza odstř. síly, boční ráz, podélná zatížení při rozjezdu a brždění, spolupůsobení kce a koleje, aerodynamické zatížení okolí TSI VRT Infrastruktura (od ) Funkční a technické parametry částí infrastruktury: 7. Maximální kolísání tlaku v tunelech: max. změna tlaku: 10 kpa změna tlaku v podzemních stanicích (pístový efekt) 8. Účinek bočního větru: opatření: trvalá (např. zdi) nebo dočasná (omezení rychlosti) 9. Elektrické vlastnosti: min. měrný odpor koleje: 3 Ω km 10. Hluk a vibrace: viz TSI VRT Vozidla 3

4 TSI VRT Infrastruktura (od ) Funkční a technické parametry částí infrastruktury: 11. Nástupiště: nástupiště se nesmějí nově stavět u kolejí s V 250 km/h, při modernizaci nesmí mít cestující přístup na nástupiště při průjezdu vlaku V 250 km/h min. dl. nástupní hrany: 400 m výška: buď 550 mm, nebo 760 mm nad TK (-30/+0 mm) vzdálenost nást. hrany od osy koleje L [mm] (-0/+50 mm): 3750 g 1435 R poloměr koleje [m] L = g max. rozchod koleje [mm] R 12. Parametry kolejí podél nástupišť: kat. I.: měla by být přímá, výj. R 500 m 2 TSI VRT Infrastruktura (od ) Funkční a technické parametry částí infrastruktury: 13. Železniční přejezdy: kat. I.: nesmějí být 14. Volný schůdný prostor podél koleje mimo tunely: kat. I.: pro cestující při evakuaci podél každé koleje vně trati 15. Pevná zařízení pro údržbu vlaků: vyprazdňování toalet, myčky skříně vozidel, doplňování vody, písku a paliva 4

5 TSI VRT Infrastruktura (od ) Prvky interoperability: 1. Kolejnice: profil hlavy kolejnice: dle EN :2003 nebo nový při dodržení určitých zásad měrná hmotnost [kg/m]: m l 53 kg/m jakostní třída oceli: dle EN : Systémy upevnění kolejnic: min. odpor proti podélnému posunutí kolejnice: dle EN :2002 min. odpor proti opakovanému zatížení: dle EN :2002 max. dyn. tuhost podložky pod kolejnicí na bet. pražcích: 600 MN/m min. elektrický odpor: 5 kω TSI VRT Infrastruktura (od ) Prvky interoperability: 3. Příčné a výhybkové pražce: min. hmotnost příčného i výhybkového pražce: 220 kg min. délka betonového pražce: 2,25 m 4. Výhybkové konstrukce: viz parametry částí infrastruktury 5. Uzávěr doplňování vody: viz TSI VRT Vozidla 5

6 Referenční vzdálenosti hlavních přechodových bodů kolejnice dle EN Profil kolejnice 60 E 2 dle EN 6

7 Kolejnice na VRT JNR 60 (Japonsko) UIC 60 (Evropa) Upevnění Systém 300 (Vossloh( Vossloh) 1 plastová hmoždinka Sdü 20 2 elastomerová podložka Zwp 3 ocelová základní deska Grp 4 plastová úhlová vymezovací vložka Wfp 5 plastová mezivrstva Zw 6 vrtule Ss 7 pružná svěrka Skl 15 určeno pro PJD 7

8 Upevnění Systém 300 (Vossloh( Vossloh) přechodové pole PJD klasická kce Upevnění Systém DFF 300 (Vossloh( Vossloh) max. možná úprava polohy: 60 mm svisle, 46 mm v rozchodu určeno pro PJD 8

9 Upevnění PANDROL (Vel. Británie) dvojité upevnění Pandrol Upevnění NABLA (Francie) 9

10 Upevnění na VRT v Japonsku Přehled parametrů VRT podle UIC Charakteristika pražců: 10

11 Betonové příčné pražce B 75 a B 90 DB (Německo) Betonový dvoublokový pražce U 41 SNCF (Francie) 11

12 Podkládání dvoublokových pražců SNCF (Francie) LGV Med (Francie) 12

13 Pevná jízdní dráha (PJD) podstata: náhrada štěrku betonem nebo asfaltem (+ více pružné upevnění či pružně uložený nosný systém) na železnici nejrozšířenější v SRN a Japonsku používá se např i na Taiwanu, Nizozemí, Španělsku a na městských a příměstských dráhách první zřízení: Japonsko 60. léta, SRN 70. léta 20. st. výhody klasické konstrukce: nízké investiční náklady, rychlá realizace, vysoká pružnost, nízká hlučnost, snadná úprava GPK, jednoduchá oprava nebo výměna nevýhody klasické konstrukce: častá údržba (tolerance GPK, čistota a drcení štěrku) výluky, fin. náklady náročnost údržby ~ kvalita GPK ~ traťová rychlost Výhody: Pevná jízdní dráha (PJD) téměř nulová údržba (nízké provozní náklady, nenarušování GVD, žádné výluky) dlouhá životnost (desítky let) nízká konstrukční výška menší výrub tunelů nízká hmotnost konstrukce snížení zatížení žel. spodku vysoká příčná stabilita možné zvýšení I a E dobrá úniková cesta (důležité zejm. pro tunely) použití brzd na principu vířivých proudů bez omezení 13

14 Pevná jízdní dráha (PJD) Nevýhody: vysoké investiční náklady vysoké nároky na přesnost a kvalitu vybudování (nelze opravovat) dodatečně nelze výrazně korigovat GPK (řeší se možností posunu kolejnice v upevnění ve svislém a v příčném směru v řádech mm až několika desítek mm) náchylná na stabilitu žel. spodku (sedání) nejčastější použití na mostech a v tunelech, na zemním tělese nutné vícevrstvé nosné systémy pevná jízdní dráha s kolejnicovými podporami s kontinuálním podepřením kolejnic s pražci nebo bloky bez pražců nebo bloků vestavěnými do desky uloženými na desce desky prefa desky monolit vestavěná kolejnice kolejnice s upevněním Rheda- -Sengeberg Rheda Berlin Rheda 2000 Züblin Heitkamp SONNE- -VILLE ATD BTD Getrac SATO FFYS Walter Shinkansen Bögl ÖBB-Porr FFC BES BTE- -BWG/WBG BTE-Hilti INFUNDO ERS SFF SAARGUMMI COCON ORTEC 14

15 Schéma pevné jízdní dráhy Příklady pevné jízdní dráhy v SRN RHEDA (monolitická kce): kolejový rošt se vloží do připraveného betonového koryta, upraví se vřeteny GPK, vloží se výztuž, rošt se zabetonuje ZÜBLIN (monolitická kce): do čerstvého betonu se přesně dle GPK zavibrují pražce; upevnění s kolejnicemi se montují po zatvrdnutí betonu ATD (vrstvená kce): přesně zřízená vrstva asfaltobetonové vozovky s výstupkem pro zachycení příčných sil, smontování kolej. roštu, úprava GPK, podlití pražců plastovou zálivkou BTE (bezpražcová kce): ZÜBLIN bez pražců; do nosné bet. desky jsou vloženy samostatné podpory 15

16 Rheda Sengeberg (SRN) HGT stabilizace hydraulickými pojivy Rheda 2000 Taiwan 16

17 Y2VT - téma č. 7 Rheda 2000 Taiwan Německo (Norimberk Mnichov) Nizozemí Rheda 2000 v ČR (Rudoltice Třebovice) r V = 140 km/h Vk = 160 km/h 17

18 ZÜBLIN s dvoublokovým pražcem (SRN) HGT stabilizace hydraulickými pojivy ATD (SRN) ATS asfaltobetonová nosná vrstva HGT stabilizace hydraulickými pojivy 18

19 BTE (SRN) BTS cementobetonová nosná vrstva HGT stabilizace hydraulickými pojivy FSS protimrazová nosná vrstva PJD na Slovensku (tunel kolej č. 2 Bratislava hl. st.) r.2007, V = 40 km/h, jen osobní vlaky typ FFYS-AST-Y UIC 60 (1:40) Vossloh Skl 14 Y-pražce: St 98 Y FF-No tři vrstvy kameniva obalovaného asfaltem 19

20 Desková konstrukce Shinkansen (Japonsko) Konstrukce koleje v Japonsku 20

21 Desková konstrukce na VRT v Taiwanu Desková konstrukce na VRT v Taiwanu shodná konstrukce jako v Japonsku 21

22 Y2VT - téma č. 7 PJD (Francie TramTrain Mulhouse) PJD (Francie TramTrain Mulhouse)

23 klotoida v odbočné větvi Příklady výhybek na VRT Hlavní konstrukční prvky vysokorychlostních výhybek Hlavy kolejnic v úklonu Srdcovka s pohyblivými hroty Prvky se sníženou potřebou údržby Odbočná větev s použitím klotoidní přechodnice Optimalizace návrhu výhybek Monitoring 23

24 Výhybky s klotoidním uspořádáním Výhody: zajištění jízdního komfortu při jízdě i v odbočném směru vyšší stabilita prostorové polohy koleje a vozidla při průjezdu redukce příčných sil a zrychlení snížení hluku a vibrací snížení nákladů na údržbu zvýšení životnosti výhybek Pohyblivý hrot srdcovky např. J60-1: PHS 24

25 Výhybka tvaru J60-1:26,5 1:26, PHS Výhybka tvaru J60-1:26,5 1:26, PHS Hlavní technická data: Stavební délka: 94,306 m Max. rychlost v přímém / odbočném směru: 300 / 130 km/h Srdcovka: s pohyblivým hrotem Profil kolejnice: UIC 60, opracovaná hlava na tvar K (1:40) Materiál kolejnic: 900A, možnost perlitizace exponovaných dílů Pražce: betonové (ŽPSV) Typ upevnění: žebrové podkladnice, svěrky Vossloh, příp. Pandrol Hmotnost na nápravu: 22,5 t (max. 25 t) Závěry: čelisťové - žlabový pražec, 4 ks - výměna, 2 ks - srdcovka (AŽD) Přestavníky: elektromotorické EP 600 (AŽD Praha) Zabezpečení: snímače polohy jazyků a pohyblivého hrotu (AŽD Praha) Elektrický ohřev: výměna, pohyblivý hrot, žlabové pražce (Elektroline) 25

26 Y2VT - téma č. 7 závěr PHS 26

27 Přehled štíhlých výhybek pro vyšší rychlosti do odbočky Rychlost do odbočky [km/h] Tvar výhybky Délka základní [m] Nedostatek převýšení I max [mm] 110 1:21, ,338 89, : ,776 94, :26, ,306 79, /2800/ (120,959) (82,6) /4000/ (142,829) (75,5) 27

28 Výhybka tvaru 4500/2800/ 28