WP2: Nové technologie pro rychlá železniční spojení

• Foto

Centrum kompetence pro efektivní a udržitelnou dopravní infrastrukturu směřuje svou činností k vývoji nových konstrukčních řešení a technologických postupů, které umožní u staveb kolejové infrastruktury snížit náklady životního cyklu prodloužením životnosti konstrukcí a snížením nároků na jejich údržbu. Současně s tím se očekává, že dojde ke snížení nároků na výlukovou činnost, což se příznivě projeví v disponibilitě železniční dopravy. Předmětem výzkumu jsou také řešení směřující k potlačení nežádoucích vlivů na životní prostředí, tj. šíření vibrací a hluku do okolí dráhy, a to zejména v zastavěném území a též snižování energetické náročnosti a spotřeby nových přírodních materiálů.

OBLAST ŽELEZNIČNÍHO SPODKU
Jako jeden z rozhodujících aspektů nepříznivě ovlivňující náklady investiční i údržbové, odolnost a životnost konstrukcí byly v oblasti železničního spodku identifikovány mimo jiné kvalita provedení geotechnického průzkumu tělesa železničního spodku a podcenění souvisejících rizikových faktorů. Z tohoto je důvodu jedním tématem, kterému se činnost Centra věnuje, vývoj nových pokročilých metod geotechnického průzkumu, umožňujících mobilními zkušebními prostředky kvalitativně posoudit chování konstrukce drážního tělesa v jeho aktivní zóně. Snahou je zejména doplnit informace o dynamickém chování zeminového a horninového prostředí, které je z hlediska stanovení vlastností a parametrů pro návrh konstrukce železničního spodku rozhodující.

Jedna z rozvíjených metod je založena na využití lehké dynamické desky doplněné o přídavné snímače zrychlení – geofony, k rozšíření stávající metody rázové zatěžovací zkoušky o odezvu dynamického chování v širším okolí zkoušky, viz obrázek 1 (Fakulta stavební ČVUT v Praze). Další vyvíjenou zkouškou (GEOSTAR spol. s r.o.), tentokrát pro ocenění vlastností aktivní zóny do hloubky, je instrumentovaná těžká dynamická penetrační zkouška, viz obrázek 2. Jedná se o metodu často používanou při inženýrsko-geologickém průzkumu pro stanovení parametrů podložních zemin. Z hodnot penetračního odporu lze na základě korelačních vztahů posoudit únosnost a tuhost podloží. Založen byl také měřičský profil v koleji na trati Břeclav – Brno, ve kterém se přímo sleduje stav napjatosti v konstrukci železničního spodku pod jedoucími vlaky (KOLEJCONSULT&SERVIS spol. s r. o.).

Současně jsou zkoumána konstrukční řešení, umožňující zvýšení deformační odolnosti železničního spodku. Intenzívně se zkoumá aplikace geosyntetických prvků, zejména geokompozitů, v konstrukci pražcového podloží. S ohledem na šíření vibrací do okolí dráhy se prověřuje účinnost použití podštěrkových rohoží a ověřují se nově navržené zkoušky podle připravované evropské normy pro oceňování vlastností rohoží (Fakulta stavební ČVUT v Praze). S ohledem na závažnost problému, jsou rovněž hledána efektivní řešení pro konstrukce přechodových oblastí mostů s cílem zajistit plynulý přechod tuhosti kolejové jízdní dráhy a minimalizovat sedání koleje v okolí mostních opěr (Skanska, a. s.).

OBLAST ŽELEZNIČNÍHO SVRŠKU
Dominantní konstrukcí železničního svršku, v současnosti užívanou, je klasická konstrukce s kolejovým roštem, uloženým v kolejovém loži z drceného kameniva. Zde se ve stávající konstrukci správci kolejové infrastruktury potýkají zejména se vznikem dynamických účinků vlivem rozvoje vlnkovitosti a skluzových vln v obloucích malého poloměru, vlivem změn podepření pražců v kolejovém loži, a rychlým zhoršování kvality geometrických parametrů koleje vyžadující častý zásah ve formě opakovaného podbíjení koleje automatickými strojními podbíječkami při nutnosti kolej vyloučit.

Z tohoto důvodu jsou hledána řešení vedoucí ke snižování namáhání nejslabšího článku v konstrukci koleje, jímž je kolejové lože. Výzkumná činnost zahrnuje teoretické výpočtové analýzy, laboratorní zkoušky i ověřování nových konstrukcí v koleji. Analýza chování kolejového lože a změny podepření betonových pražců v kolejovém loži jsou řešeny metodou diskrétních prvků, kdy zrna kameniva jsou modelována jednotlivě a do modelu je zaveden reálný tvar zrn kameniva i efekt drcení hran (Fakulta stavební VUT v Brně), viz obrázek 3. V návaznosti na to byly založeny měřičské profily pro sledování degradace zrn kameniva kolejového lože (KOLEJCONSULT&SERVIS spol. s r. o.), viz obrázek 4. Byly vyhodnoceny laboratorní zkoušky podložek pod patu kolejnice, provedené podle nových evropských norem a v žst. Ústí nad Orlicí byly vybudovány zkušební úseky pro aplikaci podpražcových podložek ve výhybkách (Fakulta stavební VUT v Brně). Navržena byla nová konstrukce betonového pražce a bylo provedeno její základní ověření podle evropských norem (Skanska a. s.).

Kromě toho je pozornost věnována konstrukcím pevné jízdní dráhy, o jejímž uplatnění na nových tratích pro rychlá spojení není pochyb, a to zejména v tunelech a na mostních konstrukcích. Současná výzkumná činnost je směřována k hodnocení stávajících úseků pevné jízdní dráhy se systémy Rheda 2000 a ÖBB PORR, které byly vybudovány v České republice a Slovenské republice (KOLEJCONSULT&SERVIS spol. s r. o.).

OBLAST VÝHYBEK A VÝHYBKOVÝCH KONSTRUKCÍ
Zásadním úkolem pro řešitelský kolektiv je vývoj nové vysokorychlostní výhybky pro rychlost v odbočném směru 160 km.h–1, zahrnující pokročilá řešení v oblasti geometrie výhybky, optimalizace svislé tuhosti a její homogenizaci po délce výhybky prostřednictvím zpružnění uzlu upevnění na základě návrhu provedeného dle výpočtového modelu celé soustavy včetně uvážení vlivu železničního spodku, využívání nových materiálů pro konstrukci srdcovek a dalších nejvíce namáhaných částí výhybek, konstrukce jednoduchých srdcovek s pohyblivými díly, viz obrázek 5, zavedení nových hydraulických závěrových systémů, umožňujících stavění výměny s extrémně dlouhými jazyky se splněním požadavků na bezpečnost a spolehlivost, viz obrázek 6, a instalaci automatického dohlédacího systému (DT – Výhybkárna a strojírna a. s.).

V rámci řešení projektu se předpokládá instalace výhybky nově vyvinutou technologií do trati v žst. Prosenice, a to včetně snímačů pro ověření navržených konstrukčních řešení a návazný dlouhodobý monitoring celé konstrukce. V návaznosti na oblast instalace výhybek a výhybkových konstrukcí se řešitelský kolektiv zabývá provozem výhybek a výhybkových konstrukcí a z toho vyplývající kontrolou a údržbou. Řešitelé v průběhu řešení poukazují na současné nedostatky v této oblasti a stanovují možné způsoby řešení směřující k úzké spolupráci se správcem infrastruktury.

ZÁVĚR
S ohledem na omezený rozsah tohoto článku nebylo možné se věnovat dalším oblastem činnosti centra kompetence, a to zejména rozvoji pokročilých technologických postupů, řízení a organizaci stavební činnosti a údržby, jejich strategických a technických aspektů. Předmětem řešení je také analýza problémů ve vztahu mezi investorem, zhotovitelem a správcem staveb železniční infrastruktury za účelem zjednodušení výstavby. V neposlední řadě je nutné zmínit výzkumnou činnost, zaměřenou na snižování spotřeby materiálů a energií a využití recyklovaných materiálů při stavbě železničních tratí.

Řešitelský kolektiv velmi oceňuje aktivní přístup Správy železniční dopravní cesty, státní organizace při realizaci výzkumné činnosti zaměřené především na stavbu tratí rychlých železničních spojení. Zástupci této správcovské společnosti poskytují cennou odbornou pomoc směřující k realizaci ověřování nových řešení ve zkušebních úsecích s tím, že očekávají přímý pozitivní vliv výsledků centra kompetence na spolehlivost a bezpečnost kolejové infrastruktury.

Řešitelé projektu v oblasti drážních konstrukcí – výrobci, stavební společností a výzkumné organizace – věří, že přispějí svou činností k rozvoji kolejové infrastruktury železničních a městských drah s ohledem na splnění požadavků na zvyšování rychlosti, provozního zatížení, bezpečnosti, jízdního komfortu a dostupnosti při splnění ekonomických a environmentálních požadavků. 

WP2: New Technologies for Fast Rail Connection
If railway service is to overcome the role of an effective and environmentally friendly means of transport and meet requirements defined in the White Paper on Transport, issued by the European Commission in March 2011, by 2050, we will need to implement advanced technological solutions and procedures in all our industries. The railway service should become crucial in the upcoming period from the viewpoint of transport development sustainability. Transformation is expected within the whole railway industry in order for rail service to become more attractive and for its market share on the market of passenger and cargo medium-distance transport to increase significantly by 2050. It will require the ensuring of modernisation of the existing railway tracks in passenger transport, and building of new tracks for so-called fast connections, without which rail service will not be able to compete with vehicle transportation.

Autor: Otto Plášek a kolektiv pracovníků WP2, FAST VUT v Brně, FSv ČVUT v Praze

Autor

• doc. Ing. Plášek Otto Ph.D.