KOLEJOWE NAWIERZCHNIE BEZPODSYPKOWE
4.2. Podział nawierzchni niekonwencjonalnych
4.2.1. Konstrukcja z płytą zbrojoną betonowaną na miejscu wbudowania na warstwie nośnej z prefabrykowanymi podkładami
System RHEDA
RHEDA (Classic)
RHEDA (Sengenberg)
RHEDA-Berlin-HGV V1
V2
V3
RHEDA 2000®
Rys. 4.4. Rodzina nawierzchni typu RHEDA dla linii kolejowych [14]
centymetrowej warstwy nośnej (spoiwo hydrauliczne), na której wybudowano zbrojoną płytę betonową (płytę nośną) o grubości 14 cm. Po związaniu betonu układa się ramę toru, reguluje się jego położenie i zabudowuje betonową warstwą wypełniającą. W pierwotnej konstrukcji nawierzchni RHEDA zastosowano podkłady monoblokowe (B70S), układane na betonowej konstrukcji nośnej. Konstrukcja toru jest dodatkowo zbrojona w kierunku podłużnym oraz zespolona zbrojeniem z płytą nośną. Zastosowano przytwierdzenia Ioarv 180 oraz szyny UIC60.
Współczesne konstrukcje z tzw. rodziny RHEDA łączą modyfikacje konstrukcji z 1972 roku oraz zupełnie nowe rozwiązania elementów nawierzchni. Do tej rodziny należą m.in. kon-strukcje: RHEDA-Sengeberg, RHEDA-Berlin, RHEDA-Berlin-HGV, RHEDA-Rathenow, RHEDA-München, RHEDA-Züblin, RHEDA 2000®. Konstrukcje te z założenia są stoso-wane w torach kolejowych na szlakach, ale konstrukcje RHEDA-Rathenow i RHEDA 2000® przeznaczone są również do układania z rozjazdami. Wszystkie te konstrukcje mogą być stosowane na korpusach ziemnych, w tunelach i na mostach. Marka RHEDA i wszyst-kie konstrukcje z tej rodziny stanowią własność niemiecwszyst-kiego koncernu z branży betonowej RAIL.ONE GmbH.
Nawierzchnie typu RHEDA funkcjonują przede wszystkim w Europie (głównie Niem-cy i Holandia) oraz w Azji (głównie Tajwan). Do roku 2006 na całym świecie wybudowa-no 782 km toru w tej techwybudowa-nologii, z tego w Niemczech i Holandii zbudowawybudowa-no 694 km toru kolejowego, a na Tajwanie 88 km toru. Na głównych liniach kolejowych w Niemczech w 2006 roku eksploatowano 870 km torów z nawierzchniami niekonwencjonalnymi, w tej liczbie znajdowało się aż 576 km torów z rodziny RHEDA.
Konstrukcja o nazwie RHEDA-Sengberg jest pierwszym etapem przekształceń wa-riantu klasycznego. Powstała w wyniku dużych problemów z oporem bocznym rusztu to-rowego w czasie betonowania w konstrukcji RHEDA Classic. W związku z tym zastoso-wano betonową warstwę nośną w kształcie koryta. Po raz pierwszy konstrukcję wbudowano w tunelu Sengberg. Ten typ zastosowany został później – w 1994 roku – z nie-wielkimi zmianami na odcinku Glöwen-Breddin (linia berlińsko-hamburska).
RHEDA-Berlin z podkładami dwublokowymi jest rozwinięciem koncepcji nawierzch-ni RHEDA-Sengberg z podkładami, korytem i betonem wypełnawierzch-niającym. Między płytą a ko-rytem umieszczono folię o grubości 2 mm. W tej konstrukcji pominięto zbrojenie po-przeczne, gdyż jego funkcję spełniają stalowe łączniki podkładów. Taka konstrukcja była efektem uwarunkowań występujących w torach berlińskiej S-Bahn. Konstrukcje RHEDA-Berlin dostosowano też do linii dużych prędkości (RHEDA-RHEDA-Berlin HGV), poszerzając tzw.
koryto oraz warstwę stabilizowaną spoiwem (HGT). Właśnie taka konstrukcja została zbu-dowana w latach 1999–2002 na linii Kolonia–Frankfurt nad Menem.
Kolejna konstrukcja z tej grupy – RHEDA-Rathenow – została wykonana na linii Berlin–Hanower. Można ją stosować na szlakach oraz pod rozjazdami. Konstrukcja ta jest oparta na zasadach stosowanych przy nawierzchni RHEDA Classic: betonowa warstwa nośna ma kształt płyty jezdnej z podkładami. Ze względu na stosowanie na liniach dużych prędkości poszczególne elementy tej nawierzchni mają zwiększone wymiary w stosunku do RHEDA Classic.
Nawierzchnia RHEDA-München jest wykonywana z podkładami dwublokowymi łączonymi kratownicą. Konstrukcja ta powstała jako kontynuacja rozwoju nawierzchni wybudowanej w 1977 roku na odcinku Dachau–Karlsfeld (S-Bahn München)
Konstrukcja RHEDA-Züblin jest modyfikacją nawierzchni typu ZÜBLIN.
Jest ona przeznaczona przede wszystkim dla linii kolejowych dużych prędkości. Elemen-tem charakterystycznym tej konstrukcji jest podkład dwublokowy B355 (stosunkowo nie-wielkie bloki żelbetowe, imitujące typowe podkłady monolityczne, połączone za pomocą zbrojenia kratowego), bezpośrednio zabetonowany w płycie jezdnej, która przejęła rolę płyty nośnej BTS. Tak wykonany ustrój płytowy spoczywa na warstwie nośnej z kruszywa stabilizowanego cementem HGT. W ten sposób wyeliminowany zostaje element tzw. kory-ta. Jest to w tej chwili najpowszechniej stosowany typ nawierzchni bezpodsypkowej na świecie, głównie dzięki spełnianiu bardzo wysokich wymagań dla linii dużych prędkości, wysokiej precyzji wykonania prefabrykatów, dużej stabilności i monolityczności całej konstrukcji płyty, mniejszej wysokości konstrukcyjnej nawierzchni oraz bardzo wysokiej jakości konstrukcji po wbudowaniu.
Rys. 4.5. Szczegóły konstrukcyjne nawierzchni typu RHEDA 2000® [14]
Obecnie rozwija się konstrukcję nawierzchni RHEDA 2000® bez zbrojenia ciągłego podłużnego (rys. 4.6). W ten sposób skraca się czas budowy nawierzchni oraz obniża kosz-ty budowy. Ogranicza się też wpływ zbrojenia na zakłócenia urządzeń sterowania ruchem oraz tzw. prądy błądzące.
Konstrukcję ze zbrojeniem nieciągłym można stosować na warstwie nośnej związanej spoiwem hydraulicznym (cementem) lub na tłuczniowej warstwie nośnej. Te dwie odmiany nawierzchni różnią się przede wszystkim grubością poszczególnych warstw.
Rys. 4.6. Konstrukcja nawierzchni RHEDA 2000® bez zbrojenia ciągłego [31]
Wzrastające prędkości pociągów oraz coraz większe naciski na oś pojazdu szynowego powodują zwiększony hałas i wibracje (drgania), powstające na skutek nierówności między kołem i szyną oraz dynamicznych oddziaływań torów na podłoże przy przejeździe taboru kolejowego. W związku z tym na podstawie wieloletnich doświadczeń zaproponowano zastosowanie systemu usprężynowującego całą konstrukcję (niem. Masse-Feder-System – MFS). Taki sposób posadowienia płyty nosi potoczną nazwę „płyty pływającej” (rys. 4.7, 4.8 i 4.9).
Rys. 4.7. Zasada stosowania systemu tzw. płyty pływającej w nawierzchni typu RHEDA 2000® za pomocą mat elastycznych [31]
Rys. 4.8. Zasada stosowania systemu tzw. płyty pływającej w nawierzchni typu RHEDA 2000® za pomocą wstęg elastycznych [31]
Rys. 4.9. Zasada stosowania systemu tzw. płyty pływającej w nawierzchni typu RHEDA 2000® za pomocą elastycznych podkładek punktowych [31]
Nawierzchnie typu RHEDA 2000® swoje zalety konstrukcyjne w pełni wykazują przy zastosowaniu na mostach i w tunelach. W tym zakresie stosowane są praktycznie w całej Europie oraz na Bliskim i Dalekim Wschodzie.
Rys. 4.10. Nawierzchnia typu RHEDA 2000® na mostach i tunelach [14]
Nawierzchnia Züblin
Oprócz konstrukcji RHEDA rozwinięto też stosowanie innej nawierzchni z zatopio-nymi w płycie podkładami betonowymi – o nazwie Züblin (rys. 4.11).
Rys. 4.11. Typowa konstrukcja nawierzchni Züblin [11]
Stuttgartu. W przypadku tej nawierzchni podkłady dwublokowe nie są zalewane betonem cementowym, lecz jedynie osadzane w betonowej płycie zbrojonej w sposób ciągły. Konsy-stencja betonu jest dobrana tak, aby podkłady zagłębiały się w nim pod wpływem własnego ciężaru. Beton wokół podkładów jest zagęszczany wibracyjnie. Zastosowanie w tunelu miało miejsce po raz pierwszy w 1991 roku na nowo budowanej linii kolejowej Mannheim–
Stuttgart. Ten typ nawierzchni bezpodsypkowej kolejne zastosowanie znalazł na tzw. kolei berlińsko-hamburskiej pomiędzy Wittenbergą i Dergenthin, na linii dużych prędkości Berlin–
Hanower (1994 r.; odcinek 8,12 km) oraz na południowym fragmencie linii Kolonia–
Frankfurt nad Menem (2001 r.; 27,66 km). Bardzo dobre wyniki badań i obserwacji zaowo-cowały ofertą z Chin: do 2005 roku na odcinku Zhengzhou-Xi’an wybudowano 460 km dwu-torowej linii kolejowej w technologii systemu Züblin na linii dużych prędkości.
Nawierzchnia typu Heitkamp
Kolejnym przykładem nawierzchni niekonwencjonalnej z zabetonowanymi podkładami jest HEITKAMP (rys. 4.12). Zastosowano tu koryto z betonu zbrojonego o szerokości 3100 mm i grubości 180 mm, ułożone na warstwie grubości 300 mm, wykonanej z materiału stabilizo-wanego lepiszczem hydraulicznym. Pomiędzy tą warstwą a podtorzem gruntowym przewi-dziano warstwę przeciwmrozową. W korycie betonowym układa się podkłady betonowe wraz z szynami. Wypełnienie stanowi podsypka stabilizowana zaprawą cementową.
Rys. 4.12. Przekrój nawierzchni typu HEITKAMP [12]
Konstrukcje ze sprężyście podpartymi podkładami w płycie betonowej powstawały od połowy lat 60. XX wieku. Głównym elementem tych nawierzchni są podkłady dwubloko-we, które umieszcza się w kanałach pozostawionych w zbrojonej płycie betonowej. Pod-kłady umieszcza się na „butach gumowych”. Pierwsza taka nawierzchnia została zastoso-wana w 1966 roku w Szwajcarii w tunelu Bözberg (rys. 4.13). Nawierzchnia przyjęła nazwę SBB (niem. Schweizerische Bundesbahnen – Koleje Szwajcarskie). Praktycznie taka sama nawierzchnia jest we Francji określana nazwą STEDEF (rys. 4.14). W tunelu pod kanałem La Manche (Eurotunel) zastosowano nawierzchnię betonową typu Sonneville-System, w której za pośrednictwem „gumowego buta” umieszczono symetrycznie pojedyn-cze bloki betonowe imitujące podkłady (rys. 4.15 i 4.16). Przy montażu rusztu torowego dużo wysiłku i użycia odpowiedniej techniki wymagało rozmieszczenie bloków w odpo-wiedniej szerokości i z wymaganym pochyleniem [10].
Rys. 4.13. Konstrukcja nawierzchni typu SBB – BÖZBERG/STEDEF [25]
Rys. 4.14. Konstrukcja nawierzchni typu STEDEF zastosowana w Neuilly-sur-Marne (1970):
płyta z betonu sprężonego z elastycznie posadowionymi podkładami dwublokowymi [10]
Rys. 4.15. Przekrój konstrukcji typu Sonneville [2]
Rys. 4.16. Nawierzchnia typu Sonneville zastosowana w Eurotunelu pod kanałem La Manche [30]
Od początku XXI wieku znaczną popularnością w Europie cieszy się system podpór blokowych w otulinie (Embedded Block System – EBS) firmy Edilon, który ma charakter uniwersalny i można go użyć na każdym odcinku drogi szynowej, na łukach o małych promieniach oraz w rozjazdach. Znajduje zastosowanie w kolejach naziemnych i podziem-nych (w metrze), w wydzielopodziem-nych torowiskach tramwajowych, w tunelach, na wiaduktach i mostach. Ten typ nawierzchni w Polsce zastosowano przede wszystkim w tunelu war-szawskiego metra, w tunelu średnicowym w Warszawie oraz w obrębie hali dworcowej Wrocław Nowy Główny. Typową konstrukcję elementu podporowego przedstawiono na rysunku 4.17.
Ten typ nawierzchni można również modyfikować przy zastosowaniu gniazda z tworzywa sztucznego.
Bloki betonowe są zatapiane w betonowej płycie zbrojonej, która stanowi podbudowę całej konstrukcji nawierzchni EBS.
System EBS charakteryzuje się przede wszystkim dużą skutecznością w tłumieniu drgań materiałowych (wibracji) wywołanych ruchem pojazdów szynowych oraz w ograni-czaniu hałasu, jaki generują. Posadowienie podpór blokowych w sprężystej otulinie z masy żywicznej zapewnia ponadto wysoką izolację elektryczną toru (kondunktancję przejścia szyna–ziemia). Duża sprężystość podparcia szyn wpływa korzystnie na przenoszenie pio-nowych i poziomych obciążeń od kół, zmniejszając zużycie szyn. System ten może być stosowany w nawierzchni szynowej dla obciążeń osi do 245 kN przy prędkościach
pojaz-Rys. 4.17. Blokowa podpora szynowa w otulinie z prefabrykowanym gniazdem betonowym [17]:
1 – otulina bloku podporowego – masa zalewowa Edilon Corkelast®; 2 – prefabrykowane gniazdo betonowe; 3 – betonowy blok podporowy; 4 – dybel śrubowy; 5 – prowadnica kątowa; 6 – przekładka
podszynowa; 7 – łapka sprężysta; 8 – śruba; 9 – szyna; 10 – sprężysta podkładka wibroizolacyjna