Vedoucí diplomové práce: Diplomant: Ing. Tomáš Fliegel, Ph.D. Lukáš Týfa DIPLOMOVÁ PRÁCE Studie vedení vysokorychlostní trati České vysoké učení technické v Praze FAKULTA DOPRAVNÍ Datum: listopad 2001 Plzeň SRN Počet stran: 67 + 23 Souhrnná technická zpráva Měřítko: Číslo přílohy: 11
0. SEZNAMY 0. SEZNAMY 0.1 Obsah 0. SEZNAMY... 2 0.1 OBSAH... 2 0.2 POUŽITÉ ZKRATKY... 4 0.3 VYSVĚTLENÍ ZÁKLADNÍCH POJMŮ... 5 0.4 SEZNAM TABULEK... 5 1. ÚVOD... 6 2. KONCEPCE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ... 7 2.1 FILOZOFIE VÝSTAVBY VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ... 7 2.2 VYSOKORYCHLOSTNÍ TRATĚ VE SVĚTĚ... 9 2.2.1 Japonsko... 9 2.2.2 Francie... 10 2.2.3 Spolková republika Německo... 11 2.2.4 Ostatní státy... 11 2.3 VYSOKORYCHLOSTNÍ ŽELEZNIČNÍ DOPRAVA V ČESKÉ REPUBLICE... 13 2.3.1 Vývoj... 13 2.3.2 Mezinárodní souvislosti sítě vysokorychlostních tratí v České republice... 14 2.3.3 Trasy vysokorychlostních tratí v České republice... 17 3. PROVOZ NA VRT A VOZOVÝ PARK... 19 4. TECHNICKÉ ŘEŠENÍ VRT... 20 4.1 KONSTRUKČNÍ A GEOMETRICKÉ USPOŘÁDÁNÍ KOLEJE... 20 4.1.1 Rozchod koleje... 20 4.1.2 Převýšení a směrové oblouky... 21 4.1.3 Vzestupnice a přechodnice... 23 4.1.4 Sklonové poměry... 27 4.2 PROSTOROVÉ USPOŘÁDÁNÍ TRATI... 29 4.2.1 Průjezdný průřez... 29 4.2.2 Počet kolejí, jejich vzájemné vzdálenosti a křížení s dopravními cestami... 30 4.3 ŽELEZNIČNÍ SVRŠEK... 30 4.4 ŽELEZNIČNÍ SPODEK... 32 4.4.1 Těleso železničního spodku... 32 4.4.2 Mostní objekty... 33 4.4.3 Tunely... 35 4.5 DOPRAVNY NA VYSOKORYCHLOSTNÍ TRATI... 37 4.5.1 Výhybny... 38 4.5.2 Kolejová propojení v širé trati... 42 4.6 TRAKCE... 42 4.7 ZABEZPEČOVACÍ A SDĚLOVACÍ ZAŘÍZENÍ... 44 4.7.1 Systém ERTMS / ETCS... 44 4.7.2 Automatické vedení vlaku... 46 4.7.3 Zabezpečovací zařízení v dopravnách... 48 4.7.4 Sdělovací zařízení... 48 4.7.5 Řídící systém... 49 5. LEGISLATIVA... 50 5.1 VZTAH PRÁVNÍCH PRAMENŮ K VYSOKORYCHLOSTNÍM TRATÍM... 50 5.2 OCHRANA ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ... 51 Souhrnná technická zpráva - 2 -
0. SEZNAMY 5.2.1 Posuzování vlivů na životní prostředí... 51 5.2.2 Územní systémy ekologické stability...52 5.2.3 Obecná ochrana životního prostředí... 52 5.2.4 Ochrana přírody a krajiny... 52 5.2.5 Ochrana vody... 53 5.2.6 Ochrana zemědělské půdy a lesů... 54 5.2.7 Hluk a vibrace... 55 5.3 OCHRANA NEROSTNÉHO BOHATSTVÍ... 56 5.4 OCHRANA KULTURNÍCH PAMÁTEK... 56 6. POPIS NAVRŽENÝCH TRAS VRT PLZEŇ SRN... 58 6.1 NAPOJENÍ VRT NA STÁVAJÍCÍ SÍŤ A SPOLEČNÝ ÚSEK VARIANT... 58 6.2 VARIANTA SEVER... 59 6.3 VARIANTA JIH... 61 6.4 POROVNÁNÍ VARIANT... 62 6.5 STRUČNÁ GEOLOGICKÁ SITUACE ÚZEMÍ... 63 6.5.1 Varianta SEVER... 64 6.5.2 Varianta JIH... 64 7. KOMENTÁŘ K VÝKRESOVÝM PŘÍLOHÁM... 65 7.1 PŘEHLEDNÁ SITUACE OBOU VARIANT A GEOLOGICKÁ MAPA DOTČENÉHO ÚZEMÍ... 65 7.2 SITUACE JEDNOTLIVÝCH VARIANT TRASY A PODÉLNÉ ŘEZY... 65 7.3 VZOROVÝ PŘÍČNÝ ŘEZ... 66 8. ZÁVĚR... 67 Příloha A Directive 96/48/EC Appendix I Příloha B Síť TEN předpokládaný rozsah v roce 2010 Příloha C Panevropská dopravní síť Příloha D Síť železničních tratí pro vysoké rychlosti na území ČR Příloha E Přehled vysokorychlostních tratí ve světě Příloha F UIC 703 Trasovací parametry koleje pro tratě s provozem rychlých osobních vlaků překlad vybraných částí Příloha G Přehled technických parametrů VRT z různých pramenů Příloha H Přehled technických parametrů VRT použitých v této diplomové práci Příloha I Grafy porovnání křivosti a změn křivosti přechodnicových křivek Příloha J Směrové poměry obou variant tras vedení VRT Příloha K Výškové poměry obou variant tras vedení VRT Příloha L Výpočet traťových odporů Poznámka: V této souhrnné technické zprávě není uveden soupis použité literatury. Ten lze nalézt v příloze Zadání diplomové práce a její formální náležitosti, protože některé informační prameny byly použity pouze k ostatním přílohám. Souhrnná technická zpráva - 3 -
0. SEZNAMY 0.2 Použité zkratky AGC Accord Europeén sur les grandes lignes internationales des chemin de fer Evropská dohoda o hlavních mezinárodních železničních tazích AGTC Evropská dohoda o nejdůležitějších trasách mezinárodní kombinované dopravy a souvisejících objektech ATO Automatic Train Operation automatické řízení vlaku AVE Alta velocided Espanõla AVV automatické vedení vlaku ČD České dráhy, státní organizace DB Deutsche Bahn Německá dráha EHK/OSN Evropská hospodářská komise Organizace spojených národů ERTMS European Rail Traffic Management System - Evropský systém řízení železničního provozu ETCS European Train Control System Evropský systém kontroly vlaku EU European Union Evropská unie GVD grafikon vlakové dopravy KVx koncový bod výhybky číslo x PAN Pan-European Networks Panevropská dopravní síť RBC Radio Block Central radiobloková centrála SNCF Sociéte nationale des chemins de fer Français Národní společnost francouzských železnic SRN Spolková republika Německo TEM Trans-European Motorway projekt EHK/OSN Transevropské dálnice TEN Trans-European Network Transevropská dopravní síť TER Trans-European Railway projekt EHK/OSN Transevropské železnice TINA Transport Infrastructure Needs Assessment Proces optimalizace potřeb rozsahu dopravní infrastruktury TGV Train à grande vitesse vysokorychlostní tratě ve Francii UIC Union internationale des chemins de fer Mezinárodní železniční unie VRT vysokorychlostní trať VVN velmi vysoké napětí ZVx bod začátku výhybky číslo x Souhrnná technická zpráva - 4 -
0. SEZNAMY 0.3 Vysvětlení základních pojmů biotop cestovní doba - stanoviště, v němž žije určitý organismus nebo společenstvo - časový interval mezi odjezdem z vybraného místa a příjezdem do stanoveného místa určitým dopravním prostředkem cestovní rychlost - podíl délky trasy mezi vybranými místy a cestovní dobou ujetou určitým dopravním prostředkem na dané trase interoperabilita - schopnost zařízení pocházejícího od různých výrobců spolu komunikovat jízdní doba - čas, po který je určitý dopravní prostředek v pohybu (to znamená, že se nezapočítávají stání) jízdní rychlost - podíl ujeté vzdálenosti určitého dopravního prostředku a jeho jízdní doby na dané ujeté vzdálenosti niveleta koleje - prostorová křivka, která je průsečnicí roviny osy koleje a roviny úložných ploch kolejnicových podpor pod nepřevýšeným kolejnicovým pasem normální rozchod - rozchod koleje o hodnotě 1 435 mm odometr - zařízení určující ujetou vzdálenost průjezdný průřez - obrys obrazce v rovině kolmé k ose koleje, který vymezuje umístění vně ležících předmětů, a jehož svislá osa prochází osou koleje přechodnice - křivka proměnné křivosti, která vytváří plynulý směrový přechod mezi úseky koleje s rozdílnou křivostí (buď mezi přímou a směrovým obloukem, nebo mezi dvěma směrovými oblouky) přepravní výkon - součin ujeté vzdálenosti dopravního prostředku a hmotnosti jím přepraveného zboží, nebo počtu přepravených osob převýšení - svislá vzdálenost mezi kolejnicovými pasy stejné koleje rozchod koleje - vzdálenost pojížděných hran kolejnicových pasů stejné koleje, měřená v rovině příčného řezu koleje v určité vzdálenosti pod temeny hlav kolejnic podle jejich typu traťová rychlost - maximálně dovolená rychlost jízdy drážního vozidla po určitém úseku trati, jsou na ni navrhovány všechny prvky trati; na VRT je to zároveň jízdní rychlost vysokorychlostních osobních vlaků vzestupnice - křivka, která vytváří plynulý výškový přechod mezi úseky koleje s rozdílným převýšením životní prostředí - ta část světa, s níž je člověk ve vzájemném působení 0.4 Seznam tabulek tab. 1 Porovnání přechodnic... 25 tab. 2 Přehled mostů... 34 tab. 3 Přehled tunelů... 36 tab. 4 Přehled výhyben... 38 tab. 5 Parametry použitých jednoduchých výhybek... 39 tab. 6 Přehled kolejí ve výhybně typ I... 39 tab. 7 Tabulka výhybek pro výhybnu typu I... 40 tab. 8 Přehled kolejí ve výhybně typ II... 41 tab. 9 Tabulka výhybek pro výhybnu typu II... 41 tab. 10 Tabulka výhybek pro kolejové propojení v širé trati varianta A... 42 tab. 11 Porovnání variant vedení tras VRT... 63 Souhrnná technická zpráva - 5 -
1. ÚVOD 1. ÚVOD S rozvojem techniky, technologií a obchodu v druhé polovině minulého století došlo v tzv. vyspělých státech světa k rychle se zvětšující poptávce po dopravě, a to nejen po její kapacitě, ale také kvalitě. Tento trend pokračuje až do současnosti a lze předpokládat, že se nebude měnit ani v budoucnosti. Je způsoben jednak vysokou specializací jednotlivých výrobních závodů a zároveň snahou firem poskytovat komplexní služby, jednak obecně prudkým rozmachem světového obchodu a ekonomiky a v neposlední řadě také zvyšováním nároků na kvalitu a možnosti trávení volného času obyvatel tzv. Globalizace znamená, že moderní společnosti. Souhrnně můžeme tento proces nazvat všichni jsme závislí na těch ostatních. Vzdálenosti dnes globalizací v pravém a nehanlivém slova smyslu (týkající se celého světa). znamenají málo. Zygmunt Bauman - sociolog Uvedeným požadavkům se nejlépe a hlavně nejrychleji přizpůsobila letecká a především automobilová doprava. Jedním z důvodů je povaha dopravní cesty uvedených druhů doprav a možnosti vstupu na ni. Železniční doprava se soustředila zejména na přepravu hromadných substrátů a v přepravě osob prožívala recesi. Tímto vývojem ale nejvíce trpělo a trpí i nadále životní prostředí. Dalšími doprovodnými negativními jevy jsou zejména kongesce a následky dopravních nehod. Zvrat nastal až teprve tehdy, když v železniční dopravě došlo ke zvýšení cestovní rychlosti, čímž se zkrátila cestovní doba, a zlepšení kvality, především stanovení pevného času přepravy. Renezanci železniční dopravy napomohl také rozvoj kombinované nákladní dopravy (přeprava kontejnerů). Popsané změny se dosáhlo změnou legislativy a technologie železniční dopravy, mezinárodní spoluprací, moderním vozovým parkem a hlavně zvýšením traťové rychlosti. Větší traťové rychlosti lze dosáhnout buď modernizací stávajících tratí s případným použitím vlakových jednotek s naklápěcími skříněmi, nebo výstavbou nových vysokorychlostních tratí (VRT). Právě druhou variantou řešení se zabývám ve své diplomové práci. Zásady projektování vysokorychlostních tratí aplikuji při spojení Plzně se Spolkovou republikou Německo. Zároveň tato diplomová práce uvádí a zdůvodňuje parametry obecně použitelné pro projektování VRT v České republice, protože v našem státě zatím neexistuje žádný obecně závazný dokument, který by se touto problematikou zabýval. Souhrnná technická zpráva - 6 -
2. KONCEPCE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ 2. KONCEPCE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ 2.1 Filozofie výstavby vysokorychlostních tratí Abych ujasnil oblast, kterou se budu dále ve své diplomové práci zabývat, vymezím nejprve pojem VRT. Všeobecně platí definice z Direktivy Evropské unie č. 96/48/EC, příloha I (celé znění v angličtině viz Příloha A této technické zprávy), podle níž je nově budovaná vysokorychlostní trať taková železniční trať, která je vystavěna na traťovou rychlost nejméně 250 km/h. Podrobnější parametry VRT jsou pak uvedeny v dalších kapitolách. Upozorňuji dále, že VRT, o kterých se budu dále zmiňovat, zahrnujeme do tzv. konvenčních dopravních systémů, to znamená, že jejich základní parametry jsou zahrnuty v obecně závazných normách a předpisech. Mezi známé nekonvenční systémy patří například německý systém TRANSRAPID, který je založen na bezkontaktním pohybu vozidla, které je poháněno lineárními motory a je nadnášeno ve vzdálenosti několika centimetrů nad pevnou jízdní dráhou magnetickým polem. Hlavní výhodou je rychlost až 500 km/h při nízké spotřebě energie, naopak zásadní nevýhodou je právě nekompatibilita se stávající dopravní sítí. Základní požadavky na VRT, které nejsou uvedeny v žádné normě, ale vycházejí z předpokladu, že má-li mít výstavba VRT smysl, musí být využívána vlaky dopravců: 1) Trasa VRT má spojovat aglomerace s několika miliony obyvatel, aby byla zajištěna dostatečná hybnost velkého počtu lidí, a tak dostatečná poptávka. 2) Musí se využít jedné z hlavních předností VRT s klasickou konstrukcí vozidel, kterou je plná kompatibilita s klasickou železniční sítí o stejném rozchodu. To znamená vhodně mezi sebou oba systémy propojovat, aby se využilo jejich předností. Další výhoda, která s tím souvisí, je možnost etapovitého uvádění jednotlivých úseků VRT do provozu. 3) Uvážlivě rozhodnout, zda bude VRT sloužit pro dopravu osobní, nebo smíšenou. Budou-li VRT využívat i nákladní vlaky, bude sice lépe vytížená, ale přináší to větší investiční i provozní výdaje, problémy s GVD a napojováním VRT na klasickou žel. síť. Souhrnná technická zpráva - 7 -
2. KONCEPCE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ 4) Vhodně zvolit rychlost vlaků s ohledem na to, aby při smíšeném provozu rozdíl mezi rychlostmi nákladních a osobních vlaků nebyl příliš velký, aby traťová rychlost nebyla ani hodně vysoká (při vysokých rychlostech velmi rychle roste odpor vzduchu, což přináší vysokou energetickou náročnost a zároveň nízké časové přínosy), ani příliš nízká (dostatečná schopnost konkurence automobilové a letecké dopravě). Platí přibližný empirický předpoklad, že rychlost osobního vlaku na VRT by se cestovní doba [h] 5 automobil 4 vlak letadlo 3 2 1 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 vzdálenost [km] obr. 1 - Cestovní doby a ujeté vzdálenosti dopravních prostředků měla pohybovat mezi dvojnásobkem rychlosti osobního automobilu a polovinou rychlosti letadla. Vezmeme cestovní rychlost osobního automobilu mezi dvěma aglomeracemi rovnu 100 km/h s tím, že můžeme odjet odkudkoli, rychlost letadla 800 km/h s tím, že cesta na letiště a odbavení budou trvat 2 h, a cesta na žel. stanici a odbavení budou trvat půl hodiny. Pak nám vyjde požadovaná cestovní rychlost vlaku (200 400) km/h a optimální vzdálenost pro cestování vlakem po síti VRT přibližně (100 700) km (viz obr. 1). Z uvedeného vyplývá, že služební cesta (tedy tam a zpět) do místa vzdáleného do 500 km je uskutečnitelná vlakem, využívajícím převážně VRT, v jednom dni. 5) Co se týče dopravní technologie, jízdní řád všech vlaků musí být pevně daný, u osobních vlaků musí být navíc intervalový (taktový) tak, aby cestující nebo přepravce snadno věděl čas příjezdu a odjezdu vlaků. 6) Aby bylo možno konkurovat osobní letecké dopravě, musí mít vlaky provozované na VRT náležitý komfort a možnost využití různých doplňkových služeb během cesty (občerstvení, poslech rozhlasu, připojení počítače na mezinárodní počítačovou síť, pořádání obchodních jednání atd.). Zároveň musí existovat síť nočních vlaků s komfortními lůžky. Za samozřejmost musíme považovat klimatizaci a čisté hygienické prostředí. Nesmíme opomenout ani využití osobních vlaků pro rychlou a spolehlivou přepravu pošty, cestovních zavazadel a spěšnin. Koncepce výstavby VRT může být v zásadě dvojí: 1) Výstavba nové samostatné sítě VRT, vhodně propojené se stávající železniční sítí. Souhrnná technická zpráva - 8 -
2. KONCEPCE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ 2) Úseky stávající železniční trati, na nichž ani po rekonstrukci nelze dosáhnout uspokojivých jízdních parametrů (zejména rychlosti), nahradit rozsáhlými přeložkami s parametry VRT. Pro svoji diplomovou práci předpokládám, že zpracovaný úsek spojení Plzně se SRN bude součástí samostatné světové sítě VRT. patří: Mezi hlavní výhody existence VRT a provozu na ni oproti dopravě silniční a letecké 1) neprodukování žádných exhalací (elektrická trakce na VRT) 2) nižší zábor půdy pro stejnou přepravní kapacitu (VRT se dvěma kolejemi je široká zhruba 15 m, dálnice o šesti pruzích přibližně 60 m) 3) vyšší bezpečnost, plynulost a spolehlivost provozu (zabezpečovací zařízení, netvoření kongescí, zanedbatelná závislost na počasí) 4) nižší energetická náročnost přepočtená na jednoho cestujícího (zhruba 4x oproti letadlu, 2x proti osobnímu automobilu) 5) možnost využití času stráveného cestováním některými prospěšnými činnostmi Je nutno také připomenout, že kladným důsledkem napojení určitého místa na síť VRT je jeho hospodářský rozvoj, a tím také zvýšení životní úrovně tam žijících obyvatel. 2.2 Vysokorychlostní tratě ve světě Výstavba VRT vykazuje u jednotlivých železničních správ určité odlišnosti, které jsou dány různým historickým vývojem. Postupně se vyvinuly tři hlavní odlišné přístupy k výstavbě, vozovému parku, provozu a zabezpečení jízdy vlaků na VRT, které jsou reprezentovány velmocemi v oblasti železniční vysokorychlostní dopravy a které následně stručně představím. Neexistuje zatím ucelená mezinárodní síť VRT, jedná se spíše o národní systémy, světová síť VRT se připravuje. 2.2.1 Japonsko Japonsko je průkopnickou zemí v oblasti výstavby VRT. Koncepce VRT v Japonsku vznikla ke konci 30. let minulého století. Trasa byla navržena na rychlost 250 km/h, což v té době bylo velmi vysoké číslo. Již začaté práce na nové trase mezi Tokiem a Osakou byly kvůli druhé světové válce zastaveny. Práce opět započaly v roce 1958 a trasa byla uvedena do provozu 1. října 1964 v době konání olympijských her v Tokiu. Souhrnná technická zpráva - 9 -
2. KONCEPCE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ Položené koleje jsou standardního evropského rozchodu 1 435 mm a ne podle japonského standardu 1 064 mm, železniční svršek je deskový. Všechny vlaky využívají elektrickou trakci, šířka jejich vozů je 3,38 m, max. délka činí 400 m a kapacita přesahuje 1 300 míst. Postupné zavádění nových vlaků mezi roky 1992 a 1999 mělo za následek zvýšení rychlosti, která se podle trati a použitých vlaků pohybuje v rozmezí (240 300) km/h. V současnosti činí celková délka japonských VRT 2 175 km. Z Tokia vedou VRT do Hakaty (ostrov Kjúšú), Nagana, Niigaty (západ ostrova Honšú), Yamagaty, Morioka a Akity (sever ostrova Honšú). Probíhá výstavba na ostrově Kjúšú z Yatsushira do Kagoshima a na ostrově Honšú z Morioka do Aomori. Další rozšíření sítě se předpokládá nejdelším železničním tunelem světa (již postavený Seikanský tunel celková délka 53,9 km) na sever na ostrov Hokaido a propojením a rozšířením tratí na ostrově Kjúšú. 2.2.2 Francie Ve světle úspěchu první japonské VRT se roku 1966 SNCF pustily do návrhu nových tratí určených pro VRT, označovaných jako TGV. Nová trať, pojmenovaná jako TGV-SE, vedoucí z Paříže do Lyonu v délce 410 km, to znamená o 90 km kratší než stávající trať, byla otevřena ve dvou etapách v září roku 1981 a roku 1983. Tratě jsou elektrifikovány střídavým jednofázovým napětím 25 kv / 50 Hz. VRT jsou určeny pouze pro osobní dopravu, v nočních hodinách pak tyto tratě využívají také speciální poštovní vlaky. Železniční svršek je klasické konstrukce upevnění NABLA na blokových pražcích ve štěrkovém loži. Tratě mají výjimečný podélný sklon až 35, kterým se značně snížily investiční výdaje, ale který si také vyžádal konstrukci speciálních vlakových jednotek. Po trati TGV-SE následovala trať TGV-A (Atlantique) z Paříže na západ do Le Mans a Tours (první část otevřena r. 1989), TGV-N (Nord - sever) z Paříže do Lille a Calais, kde ústí do Eurotunelu pod kanálem La Manche (otevřen r. 1994), TGV-I (Interconnectin), propojující předchozí trasy východním obchvatem Paříže a prodloužení TGV-SE z Lyonu do Valencie. 10.6.2001 pak byl otevřen poslední úsek VRT ve Francii část TGV-RA (Rhone- Alpes) navazující z Valencie do Marseille. U Avignonu je připravena odbočka směrem na Nimes, kde bude později navazovat na španělskou vysokorychlostní trať Barcelona Valencie. Dokončují se také práce na trati TGV-E (Est), propojující Paříž se Štrasburkem a odbočkami do SRN a Lucemburska. Připravuje se také spojení Lyonu s italským Turínem tunelem, který by protínal Alpy v délce 56 km, čímž by překonal japonský Seikanský tunel (v nedávné době byl tento projekt podpořen mezistátní dohodou). Souhrnná technická zpráva - 10 -
2. KONCEPCE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ 2.2.3 Spolková republika Německo V SRN realizuje společnost DB projekt zvyšování rychlosti na železničních tratí jednak systémem rekonstrukce stávajících tratí (tratě ASB Ausbaustrecken) na rychlost 200 km/h a jednak výstavbou nových VRT (tratě NBS Neubaustrecken). Hlavním rozdílem systému VRT v Německu oproti jiným státům je smíšený provoz, který je většinou rozdělený během dne (v noci VRT využívají převážně nákladní vlaky, přes den pak vlaky osobní), až na trať Kolín n.r. Frankfurt n.m., jež je určena výhradně pro osobní dopravu. V létě roku 1991 byly uvedeny do provozu první tratě NBS Hannover Wűrzburg (327 km) a Mannheim Stuttgart (100 km). V roce 1998 byla zprovozněna trať mezi Hannoverem a Berlínem (263 km), jež je zvláštní jednak výstavbou pevné jízdní dráhy systémem RHEDA na 90 km trati a jednak použitím výhybek s odbočnou větví ve tvaru přechodnice klotoidy. Na VRT Kolín n.r. Frankfurt n.m. (177 km) by měl být v současnosti zahájen zkušební provoz vlaky ICE 3. Tato trať je, jak již bylo uvedeno, pouze pro osobní dopravu, je na ní povolena maximální rychlost 300 km/h a nejvyšší podélný sklon 40. Její plné uvedení do provozu se předpokládá příští rok. Ve stavbě je VRT z Norimberku přes Ingolstadt do Mnichova (171 km), jejíž dokončení se předpokládá na konci roku 2005. V plánu jsou tratě Karlsruhe Offenburg, Kolín n.r. Aachen a Manheim Saarbrűcken. Poslední dvě spojení navazují na budovanou francouzskou trať TGV-E a měla by být hotova rovněž do konce roku 2005. 2.2.4 Ostatní státy U španělské železniční správy byla zahájena stavba první VRT v roce 1986 a r. 1992 byla uvedena do provozu je to trať z Madridu do Sevilly (471 km). Roku 1997 začala společnost GIF s výstavbou VRT Madrid Barcelona, jejíž postupné uvádění do provozu se uvažuje v letech 2002 až 2004. Tato trať je projektována na rychlost 350 km/h. Všechny VRT ve Španělsku, označované jako AVE, jsou určeny pro smíšený provoz a mají na rozdíl od ostatních španělských tratí normální rozchod. Připravuje se rovněž prodloužení trati z Barcelony na francouzskou hranici a napojení na síť TGV. V Itálii byla v roce 1970 zahájena výstavba první VRT zvané Direttissima mezi Římem a Florencií a z důvodu finančních problémů byla uvedena do provozu postupně až mezi lety 1976 a 1992. Její traťová rychlost činí 250 km/h a trakce je stejnosměrná o napětí 3 kv. Dlouhodobý plán výstavby zahrnuje dvě tratě ve tvaru písmene T, kterými jsou Souhrnná technická zpráva - 11 -
2. KONCEPCE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ Miláno Boloňa Florencie Řím Neapol a Turín Miláno Verona Benátky s odbočkou do Janova a Padovy. Ty jsou navrženy na rychlost 300 km/h a jednofázovou střídavou elektrickou trakci 25 kv. Železniční svršek je klasické konstrukce, tratě jsou určeny pro smíšenou dopravu. Na nyní provozované VRT jsou použity jednotky s naklápěcími skříněmi. Trasa Boloňa Neapol bude uvedena do provozu v letech 2003 až 2007, výstavba pokračování do Milána byla zahájena v loňském roce. Ve Velké Británii by se mělo realizovat spojení VRT z Eurotunelu do Londýna. V Nizozemí a Belgii dochází především k výstavbě VRT v návaznosti na trasu TGV-N pro spojení Paříž / Londýn Brusel Kolín n.r. Frankfurt n.m. V Polsku byla vybudována VRT pro rychlost 200 km/h mezi Zawierze a Idzikowicemi (250 km). V budoucnu se předpokládá spojení Berlína s Moskvou. V Rusku byla v roce 1984 dokončena rekonstrukce trati Moskva Petrohrad na rychlost 200 km/h. Plánuje se její modernizace na rychlost 300 km/h a výstavba nové VRT vedoucí na jih Ruska. Pro oblast Skandinávie je charakteristický odvěký problém překonání moře mezi Jutským a Skandinávským poloostrovem. 2.6.1997 byl uveden do provozu komplex spojení Velký Belt, spojující Jutský poloostrov a Kodaň (ostrov Sjaelland) a skládající se ze tří staveb (dva paralelní tunely dlouhé 8 km, Západní most a Východní most). 1.7.2000 pak byl předán do užívání další soubor staveb zvaný Øresundská spojka, který nahrazuje trajekty mezi švédským Malmö a ostrovem Sjaelland a je opět kombinací mostu a tunelu. Ve Švýcarsku se připravuje stavba dvou nových Gothardských tunelů, které mají zajistit nové vysokokapacitní železniční spojení mezi Německem, Itálií a Švýcarskem tak, aby bylo co nejvíce chráněno životní prostředí. Z neevropských zemí (mimo již zmiňované Japonsko) se VRT týkají dalších asijských zemí a Austrálie. V Jižní Koreji byl v roce 1997 dokončen úsek Chonan - Taejon, celá trať Soul Pusan byla dostavěna v loňském roce. V roce 2006 se má začít s výstavbou úseku Soul Čolla, výhledově se počítá se spojením s KLDR a s Čínou. O VRT rovněž vážně uvažuje Tchajwan a Čína. Čína se však spíše v současnosti přiklání k nekonvenčnímu systému TRANSRAPID. Z důvodu pořádání letních olympijských her v roce 2000 v Sydney vybudovala Austrálie vysokorychlostní spojení mezi Sydney a hlavním městem Canberrou. Souhrnná technická zpráva - 12 -
2. KONCEPCE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ 2.3 Vysokorychlostní železniční doprava v České republice 2.3.1 Vývoj První studie vedení VRT v tehdejším Československu byly zpracovány na počátku sedmdesátých let minulého století, ale jejich výsledky se nikdo vážně nezabýval, protože v té době bylo potřeba v železniční dopravě řešit jiné problémy, kterými byla především přetíženost hlavních tratí nákladní dopravou. Tehdy byla již vypracována dohoda AGC. Z této dohody vyšla koncepce, která předpokládala další kapacity na směrech hlavních mezinárodních tahů. Začátkem roku 1989 přijala Vláda ČSSR tuto koncepci a začaly práce na koncepční studii VRT v Československu. Souběžně ale byly také zahájeny práce na studii modernizace stávajících železničních tratí zařazených do dohody AGC. Tato studie předpokládala provedení modernizace až po uvolnění kapacit těchto tratí tím, že expresní osobní a nákladní doprava bude převedena na nově vybudované VRT. V roce 1990 však v důsledku politických a následně hospodářských změn nejen v Československu, ale vůbec v celé východní a střední Evropě došlo k poklesu přepravních výkonů po železnici. Zároveň nastal prudký růst cen veškerého zboží a práce a komplikace při jednání se sousedními státy. Tato situace vedla k zadání nové studie s názvem Koordinace VRT s modernizací stávajících tratí. Výsledkem všech prací na toto téma a mezinárodních jednání byl výběr takové varianty řešení, při kterém byla hlavním kritériem ekonomická náročnost projektu. Z toho vyplývá, že po vyhodnocení všech zpracovaných studií bylo rozhodnuto o upřednostnění modernizace, případně optimalizace stávajících tratí, které byly zařazeny do čtyř tzv. tranzitních železničních koridorů Českých drah, označených I. IV. Zahájení výstavby VRT bylo tehdy odsunuto přibližně na rok 2005. Avšak v důsledku rozdělení Československa a dalšího poklesu přepravních výkonů na železnici bylo nutno koncepční studii aktualizovat. Proto byla na konci roku 1995 firmou SUDOP Praha, a.s., dopracována studie Územně-technické podklady - Koridory VRT v ČR podle zákona č. 50/1976 Sb., ve znění pozdějších předpisů, o územním plánování a stavebním řádu (stavební zákon), objednaná a nakonec odsouhlasená Ministerstvem dopravy a spojů ČR a Ministerstvem hospodářství ČR. Ta vychází z předpokladu napojení VRT v ČR na západoevropskou vysokorychlostní železniční síť, přičemž po území ČR by měly být VRT vedeny co nejkratším směrem se zapojením Prahy, Brna a Ostravy. Výsledkem této studie je návrh tras, sloužící pro Souhrnná technická zpráva - 13 -
2. KONCEPCE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ zabezpečení územní ochrany těchto koridorů a stanovení podmínek, za kterých bude výstavba VRT rentabilní. Od roku 1995 se však, alespoň pokud je mi známo, VRT nikdo vážně nezabýval. V Dopravní politice České republiky z roku 1998, Koncepci rozvoje dopravy a spojů České republiky z roku 2000 i v Návrhu rozvoje dopravních sítí do roku 2010 se uvádí, že budování vysokorychlostních tratí jako součástí celoevropské sítě není do roku 2010 reálné, ale je zabezpečováno územní ochranou jednotlivých koridorů v územních plánech velkých územních celků. Hlavní nevýhodou naší situace je, že dopravní infrastruktura (a nejen ta) je nesmírně zanedbaná jak co se týče rozvoje, tak údržby. Je tedy pochopitelné, že pro nedostatek finančních prostředků se dává přednost uvedení alespoň nejdůležitějších železničních tratí do stavu srovnatelného s vyspělými státy. Musíme však vážně počítat už v současnosti v naší dopravní síti s VRT. 2.3.2 Mezinárodní souvislosti sítě vysokorychlostních tratí v České republice Trasy vedení VRT v ČR musí být vzhledem k poloze a velikosti našeho státu a procesu sjednocování Evropy nutně koordinovány nejen se sousedními, ale vůbec se všemi evropskými státy síť izolovaná pouze v našem státě nemá opodstatnění. Hlavní přepravní proudy, ať již osob nebo zboží, směřují přes ČR ve směru sever jih (Skandinávie SRN, Polsko ČR Rakousko, Maďarsko Itálie, Balkán) a západ východ (Francie, SRN Polsko, Slovensko Ukrajina, Rusko). Pokud železniční síť nebude v těchto směrech na evropské úrovni, logicky nás přestanou dopravci využívat a nastane oslabení dopravy a následně i celého hospodářství. Koordinace vedení tras VRT vychází proto z mezinárodních dohod a projektů, které zpracovávají nadnárodní organizace. Jedná se zejména o dohody AGC a AGTC a projekty EHK/OSN a EU. Dohoda AGC V důvodové zprávě k usnesení Vlády ČSSR k přijetí Dohody AGC se uvádí, že koncepci VRT na území tehdejšího Československa se předpokládá realizovat po roce 1995 a představuje výstavbu VRT na trase Praha Pardubice Olomouc Ostrava Žilina s odbočením do Brna a Bratislavy s traťovou rychlostí 250 km/h. V dalším výhledu se uvažovalo s rozšířením ve směru sever jih i západ východ. ČR pak tuto dohodu převzalo do svého právního řádu. Souhrnná technická zpráva - 14 -
2. KONCEPCE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ V příloze I této dohody je uveden seznam tratí, které spadají do sítě vymezené touto dohodou. Poslední doplněk této přílohy vstoupil v platnost 15.11.2000 a jedním z iniciátorů byla i Vláda ČR. Přes území ČR vedou následující tratě: E 55 (Bad Schandau ) Děčín Praha E 551 Praha Horní Dvořiště ( Summerau) E 61 E 65 E 40 (Bad Schandau ) Děčín Praha Kolín Č. Třebová Brno Břeclav ( Bratislava) (Zebrzydovice ) Petrovice u Karviné Ostrava Břeclav ( Bernhardstahl) (Schirnding ) Cheb Plzeň Praha Kolín Ostrava ( Žilina) V příloze II této dohody jsou uvedeny parametry objektů infrastruktury na nejdůležitějších mezinárodních železničních tratích. Pro nové trati pro osobní a nákladní dopravu je stanoveno: dvě koleje na trati, průjezdný průřez UIC C1, min. osová vzdálenost kolejí v trati 4,2 m, nápravové zatížení UIC D4, max. podélný sklon 12,5, min. délka nástupišť 400 m, min. délka předjízdných kolejí 750 m, vyloučení úrovňového křížení s pozemními komunikacemi. Dohoda AGTC Dne 1.2.1991 byla v Ženevě sjednána dohoda AGTC, Československo tuto dohodu podepsalo 30.9.1991 a účinnosti nabyla 1.1.1993. ČR pak tuto dohodu převzala do svého právního řádu. Síť VRT je v nákladní přepravě určena zejména pro kombinovanou dopravu. Do sítě vyhrazené dohodou AGTC (příloha I) na území ČR náleží síť podle dohody AGC plus doplňková síť tvořená trasami: C 59 C 65 (Miedzylesie -) Lichkov Česká Třebová (Zawidow -) Frýdlant Turnov Praha Požadované technické parametry na nové tratě jsou totožné s údaji v dohodě AGC, vyjma min. traťové rychlosti (120 km/h) a max. podélného sklonu (18,5 ). Hmotnost nákladního vlaku má činit 1 500 tun. Projekty EHK/OSN Projekty řízené EHK/OSN a určené výhradně pro státy střední a východní Evropy nesou označení TER a TEM. Projekt TER má zajistit rozvoj železniční sítě těchto států tak, aby se dostaly na úroveň srovnatelnou se státy západní Evropy. V současnosti probíhá koordinace těchto projektů s projekty vyplývajícími z dohod AGC a AGTC a s projekty EU. Tyto projekty jsou zaměřeny především na zlepšení parametrů stávajících tratí, a nejsou tudíž Souhrnná technická zpráva - 15 -
2. KONCEPCE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ z pohledu VRT tak zajímavé. Trasy hlavní a vedlejší sítě jsou totožné s tratěmi podle dohod AGC a AGTC. Projekty EU Počátkem 90. let minulého století byla ve státech EU dokončena tvorba základní koncepce transevropských sítí TEN všech druhů doprav včetně železniční, která je průběžně aktualizována (viz Příloha B - Síť TEN předpokládaný rozsah v roce 2010). Tato síť umožní po výstavbě nových vysokorychlostních tratí a dokončení modernizace stávajících vybraných tratí rychlá spojení významných center v zemích EU. Po změně politických poměrů v zemích střední a východní Evropy jsou požadována tato rychlá a kvalitní spojení rovněž mezi obdobnými centry v těchto zemích a vzájemně mezi těmito centry a centy ve státech EU. Řešením této problematiky se zabývaly postupně tři panevropské dopravní konference (v roce 1991 v Praze, roku 1994 na Krétě a v r. 1997 v Helsinkách). Výsledkem je stanovení tras deseti panevropských multimodálních dopravních koridorů (PAN) v zemích kandidujících na členství v EU, z nichž dvě (IV. a větev VI. koridoru) procházejí územím ČR (viz Příloha C). Je snahou ČR prodloužit na své území X. koridor z rakouského Lince do Prahy. Je nutno upozornit, že větev II. českého železničního koridoru z České Třebové do Přerova není v této síti zahrnuta. Těchto deset koridorů prochází v trasách nejdůležitějších dopravních spojení, přičemž bylo potřeba rozšířit tyto koridory tak, aby byly vytvořena rozšířená transevropská dopravní síť TEN-Tr. Proto byl z iniciativy Evropské komise zřízen v roce 1996 sekretariát TINA se sídlem ve Vídni, jehož posláním je vytvořit z panevropských koridorů, které jsou pokládány za síť základní, síť TINA a začlenit ji do již existující sítě TEN. Pro vytvoření sítě TINA bylo nutné kromě páteřních tratí definovat ještě tratě doplňkové. Dosud definované páteřní tratě (tratě panevropských koridorů) jsou zároveň i tratěmi obsaženými v dohodě AGC. UIC Pro úplnost je nutno ještě dodat, že projekty VRT se pochopitelně zabývá také UIC, přesněji její Divize pro vysoké rychlosti. Výsledkem její práce jsou jednak železniční sítě pro vysoké rychlosti a jednak Vyhlášky UIC, které sjednocují technické parametry tratí. V současnosti dochází k určitému překrývání Vyhlášek UIC a Směrnic EU. Síť VRT v ČR navržená UIC je ve své podstatě totožná s plánem schváleným v ČR. Souhrnná technická zpráva - 16 -
2. KONCEPCE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ 2.3.3 Trasy vysokorychlostních tratí v České republice Síť VRT v ČR (viz Příloha D) vychází z tras panevropských dopravních koridorů vede v hlavních trasách mezinárodních přepravních proudů a zároveň spojuje nejvýznamnější místa v ČR. Místa, ve kterých by měly zastavovat osobní vysokorychlostní vlaky, můžeme v ČR rozdělit do tří úrovní podle důležitosti: Praha hlavní město ČR, nejvýznamnější cíl a zdroj cestujících v mezinárodním i vnitrostátním pohledu, křižovatka VRT. VRT budou na okrajích města napojeny na stávající (zmodernizovanou) železniční síť a všechny vlaky budou projíždět městem, tak aby cesta cestujících ze stanice VRT k jejich cíli / do stanice VRT z jejich výchozího místa byla co nejkratší. Nákladní a vnitrostátní osobní vlaky budou po průjezdu městem buď pokračovat po síti VRT, nebo po klasické železniční síti. Napojení VRT se uvažuje ze severu do Vysočan, z východu do Běchovic a od západu v Hlubočepech. Předpokládá se, že všechny osobní vlaky budou v Praze zastavovat. Brno, Ostrava, Plzeň po Praze nejvýznamnější místa z dopravního hlediska. Rovněž těmito městy budou projíždět vlaky po klasické železniční síti. U Brna se uvažuje s variantou výstavby nového terminálu pro osobní dopravu na okraji Brna. Budou existovat osobní vysokorychlostní vlaky, které nebudou v těchto městech zastavovat. Ústí nad Labem, Olomouc/Přerov, Havlíčkův Brod/Jihlava V těchto lokalitách se předpokládá výstavba jednoduché stanice na VRT mimo města s vybudováním terminálu na přestup na vlaky využívající klasickou železniční síť, případně jiný druh dopravy. Dvě dvouměstí jsou uvedena proto, že stanice bude situována někde mezi uvedenými městy, protože obě města jsou zhruba stejně významná. Některé vlaky budou tyto stanice projíždět bez zastavení. Na vhodných místech bude síť VRT propojena s klasickou železniční sítí pro přejezdy nákladních a osobních vnitrostátních vlaků; předpokládá se napojení na Lovosice, Kolín, Havlíčkův Brod, Přerov. V současnosti se jeví jako nejdůležitější důvod výstavby VRT v ČR spojení Prahy s Evropou. Podle poptávky by měl být prioritní směr Drážďany Praha - Brno Vídeň, ale v době předpokládané realizace VRT bude již modernizován I. vnitrostátní železniční koridor na rychlost až 160 km/h ve stejné trase, a tak jeho potřeba může poklesnout. Na přední místo se tak může dostat právě spojení Praha Plzeň SRN, protože zde půjde stávající modernizací, resp. optimalizací zvednout traťová rychlost pouze do 120 km/h. Navíc, pokud dojde ke spojení Paříže a Norimberku, bude chybět právě už jen napojení na Prahu. Souhrnná technická zpráva - 17 -
2. KONCEPCE VYSOKORYCHLOSTNÍCH TRATÍ Dalším důvodem upřednostnění výstavby v některých oblastech v ČR je předpokládaný nárůst příměstské osobní železniční dopravy (intervaly až 15 min), a tudíž naplnění kapacity tratí v okolí velkých aglomerací. Ve vedení VRT v ČR jsou ve dvou úsecích dvě varianty vedení tras: spojení Prahy s Brnem buď blíže k Pardubicím, nebo téměř přímo na Havlíčkův Brod a Jihlavu a napojení Plzně na síť VRT v SRN buď přes Domažlice do Mnichova, nebo přes Rozvadov do Norimberku. Druhou variantnost vedení tras v podstatě dodržuji i ve své diplomové práci. Z hlediska dopravního provozu se dává přednost variantě Plzeň Norimberk, pokud bude existovat spojení dále do Paříže po VRT. Co se týče etapizace výstavby, pokud by došlo k upřednostnění vazby Berlín Vídeň, pravděpodobně by se začal jako první stavět úsek Kolín Brno, který by se vhodně začlenil do stávající sítě, v případě spojení se SRN by to byl pravděpodobně úsek Praha Plzeň. Trasa Varšava Vídeň závisí na úzké spolupráci především s Polskem. Souhrnná technická zpráva - 18 -
3. PROVOZ NA VRT A VOZOVÝ PARK 3. PROVOZ NA VRT A VOZOVÝ PARK Charakter provozu na VRT a z toho plynoucí složení a parametry vozového parku jsou vstupními údaji pro technické řešení VRT. Jedná se především o nejvyšší jízdní rychlost jednotlivých druhů vlaků, jejich dopravní hmotnost a charakter provozu. Pro tuto studii předpokládám následující tři druhy vlaků, využívajících VRT: 1) Vysokorychlostní elektrické jednotky, jejichž maximální jízdní rychlost bude 300 km/h, budou konstruované pro tři proudové soustavy (střídavou 15 kv/16 2 / 3 Hz, střídavou 25 kv/50 Hz, stejnosměrnou 3 kv), jejich dopravní hmotnost by se měla pohybovat v rozmezí (400 500) tun, výkon kolem 8 MW a budou složeny pravděpodobně z devíti až deseti vložených vozů a dvou čelních vozidel. Dá se těžko odpověď na otázku, zda budou tyto jednotky vybaveny naklápěcími skříněmi. Parametry VRT jsou navrženy pro vozidla bez naklápěcích skříní, jejich využití je možné při jízdě po stávající síti tratí, případně jako rezerva pro vyšší rychlost v budoucnosti. Tyto elektrické jednotky by byly v provozu zhruba od 4:00 do 23:00 každý den v taktovém jízdním řádu o intervalu nejvýše 1 h. V provedení s menším počtem vozů se speciální lůžkovou úpravou by pak Evropu křižovaly noční expresy. 2) Dálkové osobní vlaky tažené lokomotivou, případně elektrické jednotky, jejichž maximální jízdní rychlost bude (160 250) km/h, budou konstruované pro tolik proudových soustav, kolik jich budou využívat, jejich dopravní hmotnost by se měla pohybovat v rozmezí (500 600) tun, výkon bude kolem 5 MW a počet vozů bez hnacího vozidla bude osm až jedenáct. Pokud se bude jednat o vlak tažený lokomotivou, nebude naklápěcí systém realizovatelný, bude-li to elektrická jednotka, bude vybavena naklápěcím systémem. Tyto vlaky budou využívat VRT pouze pro část své cesty tak, aby se zvýšila jejich cestovní rychlost, a jejich jízdní řád nebude intervalový. 3) Nákladní vlaky, jejichž maximální jízdní rychlost bude 160 km/h, budou konstruované pro tolik proudových soustav, kolik jich budou využívat, jejich dopravní hmotnost by se měla pohybovat v rozmezí (800 1 000) tun. Bude se jednat o vlak tažený lokomotivou a počet vozů bude odpovídat jeho hmotnosti. Uvažuje se především s přepravou poštovních a kusových zásilek, kontejnerů a výměnných nástaveb. Tyto ucelené vlaky budou zapojeny do logistického řetězce zajišťujícího přepravu tzv. z domu do domu s tím, že budou především využívat tzv. nočního skoku. Přes den se pak v menší míře bude jednat o přímé odesilatelské vlaky. Souhrnná technická zpráva - 19 -
4. TECHNICKÉ ŘEŠENÍ VRT 4. TECHNICKÉ ŘEŠENÍ VRT Aby byly sítě VRT jednotlivých států mezi sebou plně kompatibilní, snaží se především evropské státy o sjednocení hlavních technických parametrů, které vycházejí z mezinárodních dohod a předpisů mezinárodních organizací (viz kapitola 2.3.2). Jak jsem již naznačil v úvodu, neexistuje v ČR závazný dokument, zabývající se projektováním VRT. Některé obecné údaje poskytuje ČSN 73 6301, ve které je však pro traťové rychlosti nad 160 km/h doporučen (nikoli pevně určen) odkaz na vyhlášky UIC. Všechny vstupní parametry jsou tedy kompromisy mezi hodnotami, které požadují různé zdroje údajů s ohledem na požadovanou kvalitu, zejména pak vyhláška UIC 703 a vypracovaný materiál ÚTP Koridory VRT v ČR. V následujících kapitolách budou popsány jednotlivé technické parametry a odůvodnění jejich použití. V přílohách této technické zprávy je umístěna tabulka porovnávající technické parametry VRT podle různých informačních pramenů (viz Příloha G) a pak souhrnný přehled návrhových parametrů použitých pro tuto diplomovou práci (viz Příloha H). 4.1 Konstrukční a geometrické uspořádání koleje Kolej, tvořená dvěma paralelními kolejnicovými pasy upevněnými na kolejnicových podporách, se skládá z vodorovných, stoupajících, nebo klesajících (z hlediska výškového řešení) vodorovných, nebo zakřivených (přechodnice, kružnicové oblouky) úseků (z pohledu směrového řešení). 4.1.1 Rozchod koleje VRT mají normální rozchod, tedy 1 435 mm. To je jedna ze základních podmínek plné kompatibility s tratěmi klasické železniční sítě. Proto všechny státy (výjimkou je Rusko) budují své VRT právě s tímto rozchodem, i když jejich klasická železniční síť má rozchod jiný (Španělsko, Japonsko). S rozšířením rozchodu se vzhledem k poloměrům směrových oblouků, které jsou mnohem větší než 275 m (viz ČSN 73 6360-1), neuvažuje. Souhrnná technická zpráva - 20 -
4. TECHNICKÉ ŘEŠENÍ VRT 4.1.2 Převýšení a směrové oblouky V přímé koleji je převýšení nulové. K odstranění nebo alespoň snížení účinků odstředivé síly při jízdě kolejového vozidla směrovým obloukem se v něm převýšení zřizuje. Uvažujeme, že převýšení představuje zvýšení vnějšího kolejnicového pasu vůči vnitřnímu, čímž nebudou problémy s tvarem pláně tělesa železničního spodku při zachování minimální tloušťky té části železničního svršku, která přenáší silové účinky jízdy vozidla do zemní pláně. Jestliže bychom uvažovali VRT výhradně pro osobní dopravu (všechny vlaky by jezdily traťovou rychlostí), mohli bychom používat převýšení teoretické, které by zcela vykompenzovalo účinky odstředivé síly. Pro náš případ smíšené dopravy, a tedy rozdílných rychlostí vlaků, působí na železniční vozidla příčné nevyrovnané zrychlení a n : a n v = r 2 p g S Eq. 1 kde: a n - nevyrovnané příčné zrychlení [m/s 2 ] v - rychlost projíždějícího vozidla [m/s] r - poloměr směrového kružnicového oblouku [m] p - převýšení [mm] g - normální tíhové zrychlení [m/s 2 ]: g = 9,81 m/s 2 S - vzdálenost styčných kružnic kolo kolejnice v koleji [mm]: S = 1 500 mm Z rovnice Eq. 1 můžeme vyjádřit převýšení a poté dosadit za g a S a převést rychlost z m/s na km/h: 2 2 p S v V = a = I g r n 11,8 r Eq. 2 kde: V - rychlost projíždějícího vozidla [km/h] I - nedostatek převýšení [mm], I > 0 Jestliže I < 0, pak konečnou rovnici Eq. 2 formálně upravíme na: 2 V p = 11,8 + E r Eq. 3 kde: E - přebytek převýšení [mm], E > 0 Z rovnice Eq. 2 plyne, že lze psát rovnost: I S = a n = 153 a n g Eq. 4 Souhrnná technická zpráva - 21 -
4. TECHNICKÉ ŘEŠENÍ VRT Podle rovnice Eq. 2 můžeme tedy spočítat převýšení pro vybraný směrový oblouk. Jestliže chceme zjistit nejmenší projektovatelný poloměr směrového oblouku, musíme splnit současně tři podmínky: nesmíme překročit nejvyšší dovolené převýšení (při náhlém zastavení vlaku na koleji s převýšením nesmí dojít k pohybu nákladu nebo pádu osob), kladné nevyrovnané příčné zrychlení (nedostatek převýšení) působící na nejrychleji jedoucí vlak a záporné nevyrovnané příčné zrychlení (přebytek převýšení) působící na nejpomaleji jedoucí vlak. Nejmenší projektovatelný poloměr směrového oblouku tedy získáme položením rovnosti pravých stran rovnic Eq. 2 a Eq. 3 s příslušnými rychlostmi a mezními hodnotami nedostatku a přebytku převýšení. Poté se přesvědčíme, zda se převýšení, vypočtené pro daný poloměr směrového oblouku, nachází pod svojí maximální hodnotou: 11,8 V 2 os r Vn I = 11,8 r r min 11,8 = I 2 + E 2 2 ( V V ) max os + E n max Eq. 5 Eq. 6 Dosadíme do výrazu následující hodnoty: V os V n - rychlost osobního vlaku [km/h]: V os = 300 km/h - rychlost nákladního vlaku [km/h]: V n = 160 km/h I max - maximální dovolený nedostatek převýšení pro osobní vlaky [mm]: I max = 75 mm E max - maximální dovolený přebytek převýšení pro nákladní vlaky [mm]: E max = 63 mm Výsledkem je pak hodnota: r min = 5 507 m = 5 600 m. Dosazením do výrazu Eq. 2 nebo Eq. 3 nám vyjde převýšení p = 118 mm, což je pod nejvyšší přípustnou hodnotou p max = 150 mm. Protože se budeme snažit vytvořit určitou rezervu s ohledem na budoucí změnu vstupních hodnot (kvalita, rychlost jízdy), byla přijata vypočtená hodnota jako poloměr výjimečný a pro tuto studii jsme stanovil jako nejmenší doporučený poloměr směrového oblouku hodnotu 6 500 m. ČSN 73 6301 doporučuje nejmenší hodnotu poloměru směrového oblouku r = 0,1 V 2, která by však pro traťovou rychlost 300 km/h vyšla 9 000 m, což by značně komplikovalo trasování VRT a prodražovalo pak výstavbu. Tento doporučený poloměr směrového oblouku je totožný s hodnotou uvedenou ve studii ÚTP Koridory VRT v ČR. Nejmenší délka kružnicového oblouku v metrech musí mít nejmenší hodnotu ½ V, což pro rychlost 300 km/h činí 150 m. Totéž platí i pro minimální délku přímé části tratě mezi Souhrnná technická zpráva - 22 -
4. TECHNICKÉ ŘEŠENÍ VRT směrovými oblouky. Důvodem tohoto omezení je snaha o minimalizaci příčného vlnění kolejového vozidla. Perioda vlny je přibližně 0,65 s, a protože toto vlnění má značný útlum, je výchylka po třech kmitech zanedbatelná. Ze součinu 3 v 0,65 m/s a převodu na km/h pak vychází výše uvedená hodnota. Kružnicový oblouk bez přechodnice a bez vzestupnice lze napojit na kolej v přímé pouze tehdy, když poloměr oblouku činí více jak 0,25 V 2. Tato hodnota byla určena empiricky. 4.1.3 Vzestupnice a přechodnice Vzestupnice a přechodnice tvoří spolu jednu prostorovou křivku, pro kterou musí platit, že změna převýšení ve vzestupnici je úměrná změně křivosti přechodnice koeficient úměrnosti je součin převýšení směrového oblouku a jeho poloměru. Z tohoto důvodu stačí, když se budeme zabývat pouze výběrem vhodné přechodnice. Zároveň také musí platit, že délka přechodnice a délka vzestupnice v tečně je totožná. Pokud nebudeme chtít vymýšlet novou křivku, nabízejí se nám v podstatě následující: 1) kubická parabola užívaná u ČD: 3 x y = γ 6 r l Eq. 7 2 2) klotoida užívaná zejména v silničním stavitelství a u městských drah: A = l r o Eq. 8 3) podle Blosse normovaná pro použití na železnici i v ČR: y x 4 l 4 x r 10 l = 2 3 5 r Eq. 9 4) podle Kleina, kterou užívají některé zahraniční žel. správy: 3 x y = 6 r l l 2 4π l 2π x x sin r 2π l Eq. 10 kde: x - vzdálenost libovolného bodu přechodnice od začátku přechodnice v tečně [m] y - kolmá vzdálenost bodu přechodnice od tečny ve vzdálenosti x od začátku přechodnice [m] r - poloměr směrového oblouku [m] l - délka přechodnice v tečně totožná s délkou vzestupnice ve vodorovném průmětu [m] l o - délka přechodnice v ose koleje [m] A- parametr přechodnice tvaru klotoidy [m] Pokud budeme výše uvedené přechodnice porovnávat, budou pro nás důležitá především dvě hlediska: Pro co nejklidnější jízdu vozidla do směrového oblouku je rozhodující začátek zakřivení jeho dráhy. Mírné vzrůstání křivosti přechodnicové křivky má umožnit rychlý útlum Souhrnná technická zpráva - 23 -
4. TECHNICKÉ ŘEŠENÍ VRT kmitání vozidla a na přechodu do kružnicového oblouku se má zakřivená dráha zvolna blížit křivosti kruhového oblouku, aby nedošlo k novému rozkmitání z uklidněné polohy vozidla. Proto je rozhodující průběh křivosti přechodové křivky, resp. jeho změna, a to především na začátku a na konci přechodnice. Pro přechodnicovou křivku musí platit, že její tečna musí být totožná v bodě začátku přechodnice s přímou a v bodě konce přechodnice / začátku kružnicového oblouku s tečnou kružnicového oblouku. Z této základní podmínky jsou odvozovány explicitní rovnice y = f(x) přechodnicových křivek, avšak během tohoto procesu se uchylujeme k určitým zjednodušením a nepřesnostem, které jsou pro rychlosti do 120 km/h zanedbatelné, ale pro rychlosti na VRT již nabývají na významu. Pro poloměr křivosti jakékoli křivky v jejím kterémkoli bodě platí vztah: 2 ( 1+ y ) r x = y 3 2 Eq. 11 kde: y` - první totální derivace funkce y = f(x) podle x v bodě x y`` - druhá totální derivace funkce y = f(x) podle x v bodě x r x - poloměr křivosti křivky v bodě o souřadnicích [x,y] [m] Protože platí, že křivost je převrácená hodnota poloměru, a jestliže vezmeme v úvahu, že hodnota y` je směrnice tečny ke křivce a pro naše poměry je zanedbatelná, tím spíše její druhá mocnina, platí vztah: ρ x = y Eq. 12 kde: ρ x - křivost křivky v bodě [x,y] [m -1 ] Pro změnu křivosti platí, že to je první totální derivace křivosti podle x, tedy třetí totální derivace funkce y = f(x) podle x v bodě x. U klotoidy, jejíž vyjádření je parametrické a výsledné funkce pravoúhlých souřadnic x, y jsou v závislosti na délce oblouku, jsou křivost a změna křivosti určeny ze základní podmínky, že křivost roste úměrně s délkou oblouku, kde koeficient úměrnosti je převrácená hodnota součinu poloměru kružnicového oblouku a délky přechodnice v ose koleje. Porovnání křivosti a změny křivosti uvedených přechodnicových křivek pro zvolený případ, který se v této diplomové práci vyskytuje nejčastěji poloměr kružnicového oblouku 6 500 m a délka přechodnice v tečně 198 m, viz Příloha I (poznámka: křivky pro přechodnici tvaru kubické paraboly a tvaru klotoidy jsou totožné). Souhrnná technická zpráva - 24 -
4. TECHNICKÉ ŘEŠENÍ VRT Co se týče totožnosti tečen na začátku a konci přechodnice s přímou nebo kružnicovým obloukem, musíme konstatovat, že všechny jmenované křivky kromě klotoidy jsou odvozeny z rovnice Eq. 11, kterou zjednodušíme na vztah Eq. 12, čímž se dopouštíme chyby. Tato nepřesnost je částečně eliminována opravným součinitelem u rovnice pro kubickou parabolu. druh přechodnice kubická parabola klotoida podle Blosse podle Kleina výhody - zavedená v ČR přímo na železnici - jednoduchý předpis, snadná údržba - opravný součinitel - není odvozena z rovnice pro poloměr křivosti - jednoduchý předpis, snadná údržba - zavedená v ČR - normově upravena v ČR - pozvolný nárůst/pokles křivosti - nejpozvolnější nárůst/pokles křivosti nevýhody - odvozena z rovnice pro poloměr křivosti - konstantní změna křivosti - konstantní změna křivosti - odvozena z rovnice pro poloměr křivosti a nemá opravný součinitel - odvozena z rovnice pro poloměr křivosti a nemá opravný součinitel - není v ČR nijak zavedena - komplikovaný předpis tab. 1 Porovnání přechodnic Na základě rekapitulace výhod a nevýhod jednotlivých přechodnicových křivek, provedené v tab. 1, byla stanovena jako přechodnice pro tuto diplomovou práci na VRT křivka podle Blosse, protože má dobrý nárůst křivosti a zároveň je v ČR již normově upravena. Nevylučuje to však do budoucna při projektování stavby VRT použití ani křivky podle Kleina se zapojením korekce do rovnice, ani případně zcela nového druhu přechodnice. Přechodnice a vzestupnice podle Blosse Na základě vztahu mezi přechodnicí a jí odpovídající vzestupnicí (viz začátek této kapitoly) lze odvodit z rovnice Eq. 9 vztah pro vzestupnici podle Blosse: p x 2 = 3x 2x p 2 l l 3 3 Eq. 13 kde: p x - převýšení ve vzdálenosti x metrů od začátku vzestupnice v tečně [m] p - převýšení v kružnicovém oblouku [m] l - délka vzestupnice / přechodnice [m] Souhrnná technická zpráva - 25 -