POLITECHNIKA POZNAŃSKA
WYDZIAŁ BUDOWNICTWA I INŻYNIERII ŚRODOWISKA INSTYTUT INŻYNIERII LĄDOWEJ
WYKONYWANIE KOLEJOWYCH ROBÓT BUDOWLANYCH A SPRAWNE PROWADZENIE RUCHU POCIĄGÓW
Damian Kosicki
Rozprawa doktorska
Promotor: dr hab. inż. Włodzimierz Bednarek Promotor pomocniczy: dr inż. Jeremi Rychlewski
Poznań, 2019
2 Niniejsza praca nie powstałaby bez pomocy wielu osób,
którym chciałbym serdecznie podziękować:
Promotorowi – Panu dr. hab. inż. Włodzimierzowi Bednarkowi – za opiekę merytoryczną, zaangażowanie, skierowanie na właściwe tory i doprowadzenie do stacji końcowej,
Promotorowi pomocniczemu – dr. inż. Jeremiemu Rychlewskiemu – za dzielenie się swoją pasją nieprzerwanie od 10 lat,
a także:
Panu Maciejowi Adamczakowi i Romanowi Adamczakowi – za możliwość zdobywania bezcennego doświadczenia i stawianie wyzwań,
Sławomirowi Adamczykowi – za gotowość do dyskusji o tematach kolejowych w każdym czasie i dzielenie się swoją wiedzą przez ostatnie 9 lat,
Łukaszowi Rakowi i Rafałowi Hedzielskiemu – za szersze spojrzenie na kolej niż perspektywa szyny, Bartkowi i Michałowi – za dane i życzliwość,
Michałowi Pawłowskiemu – za mobilizację do działania,
Żonie i Rodzicom – za wsparcie.
3
Streszczenie
Niniejsza praca doktorska podejmuje problematykę wpływu wykonywania kolejowych robót budowlanych na możliwości sprawnego prowadzenia ruchu pociągów.
W przypadku realizacji prac remontowych i modernizacyjnych na liniach kolejowych wprowadzane są zamknięcia torowe i ograniczenia prędkości, które powodują między innymi wydłużenie czasu jazdy, zwiększenie opóźnień, czy konieczność odwołania wybranych pociągów. Jako główny cel rozprawy wskazano określenie wielkości utrudnień w ruchu pociągów podczas realizacji robót o określonej technologii, sposobie fazowania i koordynacji. Do osiągnięcia postawionego celu konieczne było opracowanie autorskiej metody analizy wpływu robót na ruch pociągów.
Jako punkt wyjścia do dalszych badań, w rozdziale 3, przeprowadzono analizę archiwalnych danych dotyczących zamknięć torowych na sieci zarządzanej przez największego polskiego zarządcę infrastruktury kolejowej – spółkę PKP Polskie Linie Kolejowe S.A. W wybranych miesiącach rozpatrywanego przedziału czasu co najmniej 64% zamknięć torowych było spowodowanych prowadzeniem kolejowych robót budowlanych. W ruchu pasażerskim w analizowanym 2015 roku roboty budowlane były przyczyną 18% sumy wszystkich opóźnień pociągów. Ponadto analiza planów inwestycyjnych na krajowej sieci kolejowej wskazała, że zaobserwowany, istotny wpływ robót na ruch pociągów będzie się utrzymywał w najbliższych latach.
W kolejnej części rozprawy (rozdział 4) wykazano, że dotychczas publikowane
prace dotyczyły przede wszystkim wpływu prostych robót konserwacyjnych
i remontowych na ruch pociągów. Wykorzystywane w tych badaniach modele
optymalizacyjne nie mogły zostać zastosowane do analizy kompleksowych remontów
i modernizacji linii kolejowych, dominujących na polskiej sieci kolejowej. Dalsza część
pracy (rozdział 5) poświęcona jest propozycji 6-etapowej autorskiej metody analizy
wpływu kolejowych robót budowlanych na ruch pociągów. W ramach metody
opracowano modele optymalizacyjne, wspomagające proces planowania robót
z minimalizacją utrudnień ruchowych. Do weryfikacji zaplanowanego harmonogramu
zamknięć torowych wykorzystano techniki symulacyjne, umożliwiające analizę
probabilistycznego procesu realizacji rozkładu jazdy, z uwzględnieniem opóźnień
pociągów i opóźnień w realizacji robót budowlanych. Istotnym wkładem autorskim
w rozwój omawianego zagadnienia było połączenie w ramach jednej metody dwóch
procesów, zazwyczaj rozważanych w publikacjach odrębnie:
4
analizy wpływu zamknięć torowych na utrudnienia w ruchu pociągów.
Powyższe założenie jest warunkiem sine qua non możliwości wykorzystania autorskiej metody przez inżynierów odpowiedzialnych za planowanie i realizację robót budowlanych.
Zastosowanie autorskiej metody do rozwiązania praktycznych zagadnień inżynierskich zostało przedstawione w rozdziale 6, w którym przeanalizowano wpływ na wielkość utrudnień ruchowych wybranej technologii robót wymiany nawierzchni kolejowej oraz niezaplanowanych opóźnień w realizacji robót budowlanych, a także porównano zamknięcia jedno- i dwutorowe. Rozdział 7 przedstawia wyniki badań wykonanych dla tzw. odcinków modelowych o zróżnicowanych parametrach ruchowo- eksploatacyjnych. Zaprezentowane w tym rozdziale wyniki stanowią początek bazy danych umożliwiającej orientacyjną ocenę wybranego wariantu koordynacji zamknięć torowych, zabezpieczenia miejsca robót i technologii wymiany rozjazdów na wielkość utrudnień ruchowych, bez konieczności przeprowadzania pełnej analizy.
Ponadto przeprowadzone badania umożliwiły sformułowanie kilku istotnych
wniosków dotyczących zasadności wprowadzenia zmian w obowiązujących przepisach
wewnętrznych, a także działalności sprawozdawczej spółki PKP Polskie Linie
Kolejowe S.A.
5
Summary
This doctoral thesis focuses on the impact of carrying out railway engineering works on the efficient rail traffic operations. In the case of maintenance and modernisation work carried out on railway lines, tracks are closed and speed limits are introduced, resulting in longer journey times or cancelling of selected trains. The main objective of the doctoral thesis is to determine the extent of train service disruption during the execution of construction work using a specific technology, staging of work and coordination. To achieve the defined objective, a proprietary method of analysing the impact of construction work on train service had to be developed.
As the starting point for further considerations, Chapter 3 presents an analysis of archival data concerning track closure on the railroad network managed by the biggest railroad infrastructure operator in Poland i.e. PKP Polskie Linie Kolejowe S.A.
In the selected months of the analysed period of time, at least 64% of track closures were caused by railway construction work. In the case of passenger traffic, 18% of the total delay time of all trains in the analysed year 2015 was caused by construction work.
Moreover, a review of the investment plans for the national railroad network shows that the observed significant impact on the train service will continue in the coming years.
In the following section of the doctoral thesis (Chapter 4) it has been demonstrated that the research papers published to date focused mainly on the impact of simple maintenance and renovation work on the train service. The optimization models used in such research were not suitable for use in the analysis of complex renovation and modernisation projects carried out in the Polish railway system. The next chapter (Chapter 5) presents a proposal of a six-stage, proprietary method of analysing the impact of railway construction work on the train service. As part of the method, optimization models have been developed to support the planning process with a view to minimizing traffic disruption. In order to verify the impact of the planned schedule of track closures simulation techniques were used offering the possibility of a probabilistic analysis of the train timetable taking into account the delays of trains and delays in the completion of the construction work. The author’s significant contribution to the development of the presented methodology was to combine two processes which are usually treated separately in the published research papers:
the analysis of the impact of technology and organisation of work on the duration
of track closures, and
6 This approach is a sine qua non precondition for the use of the proprietary methodology by engineers responsible for the planning and execution of construction work.
The application of the proprietary method to handle practical engineering tasks is presented in Chapter 6 which analyses the impact of the selected technology of track superstructure replacement and of unplanned delays in the completion of construction work on the extent of train service disruption and compares the effects of single-track and double-track closures. Chapter 7 shows the results of research carried out for model sections with diverse operating and performance parameters. The results presented in this chapter are a starting point for a database which will allow for an approximate assessment of the impact of the selected option of track closure coordination, safety conditions at the construction site and superstructure replacement on the resulting extent of train service disruption, without a need to carry out a thorough, full-scope analysis.
Moreover, the conducted research served as the basis for formulating a number
of significant recommendations for changes in the existing internal regulations
and reporting arrangements in force in PKP Polskie Linie Kolejowe S.A.
7
Spis treści
1. Wstęp ... 9
2. Cel, zakres i tezy rozprawy ... 12
2.1. Cel rozprawy ... 12
2.2. Zakres rozprawy ... 13
2.3. Tezy rozprawy ... 14
3. Charakterystyka aktualnych zagadnień związanych z zamknięciami torowymi na polskiej sieci kolejowej... 17
3.1. Podstawowe pojęcia i definicje ... 17
3.2. Zamknięcia na sieci PKP PLK S.A. ... 19
3.2.1.Dane archiwalne o zamknięciach torowych ... 19
3.2.2.Udział zamknięć torowych na sieci PKP PLK S.A. ... 20
3.2.3.Wpływ prowadzenia kolejowych robót budowlanych na opóźnienia pociągów ... 25
3.2.4.Wielkość robót modernizacji dróg kolejowych w poszczególnych latach ... 27
3.3. Wnioski z analizy zamknięć torowych ... 28
4. Dotychczasowy stan wiedzy o wpływie kolejowych robót budowlanych na ruch pociągów... 30
4.1. Diagnostyka i planowanie modernizacji oraz cykli naprawczych ... 33
4.2. Planowanie robót i ocena ich wpływu na ruch pociągów ... 35
4.3. Technologia robót a czas zamknięć torowych ... 40
4.4. Prowadzenie ruchu pociągów podczas zamknięć torowych ... 46
4.5. Wskazanie konieczności prowadzenia dalszych badań ... 48
5. Propozycja autorskiej metody analizy wpływu kolejowych robót budowlanych na ruch pociągów ... 50
5.1. Schemat ideowy ... 50
5.2. Przyjęte założenia ... 54
5.3. Szczegółowy opis metody ... 59
5.3.1.Etap 1 – przygotowanie danych do analiz ... 59
5.3.2.Etap 2 – przyjęcie założeń do realizacji robót budowlanych ... 68
5.3.3.Etap 3 – planowanie robót i ruchu pociągów podczas realizacji robót ... 74
5.3.4.Etap 4 – symulacja ruchu pociągów podczas wykonywania zaplanowanych robót ... 84
5.3.5.Etap 5 – analizy prowadzone podczas wykonywania robót ... 87
5.3.6.Etap 6 – tworzenie bazy danych dotyczących zrealizowanych robót i odnotowanych utrudnień w ruchu pociągów ... 88
5.4. Porównanie metody z dotychczas prezentowanymi modelami ... 89
6. Zastosowanie algorytmów obliczeniowych własnej metody badawczej w praktycznych zagadnieniach inżynierskich ... 91
6.1. Wpływ wybranej metody wymiany nawierzchni kolejowej na utrudnienia w ruchu pociągów92 6.2. Realizacja robót w trakcie zamknięcia dwutorowego ... 99
6.3. Wpływ niezaplanowanych opóźnień w realizacji robót budowlanych na wielkość utrudnień w ruchu pociągów ... 102
7. Analiza wybranych przypadków modelowych ... 107
7.1. Wybór modelowych odcinków linii kolejowych do analiz ... 107
7.2. Wpływ koordynacji zamknięć torowych na szlakach i stacjach linii dwutorowej ... 110
7.3. Wpływ sposobu zabezpieczenia miejsca robót na utrudnienia w ruchu pociągów ... 115
7.4. Wpływ technologii wymiany rozjazdów na utrudnienia w ruchu pociągów ... 117
8
8.2. Wnioski dodatkowe ... 122
8.3. Rekomendacje dla zarządcy infrastruktury ... 123
8.4. Kierunki dalszych badań i analiz ... 124
9. Bibliografia ... 126
Spis rysunków ... 135
Spis tabel ... 138
Załącznik 1 – pojęcia, definicje, skróty ... 140
Załącznik 2 – dane wejściowe i zmienne decyzyjne modeli optymalizacyjnych ... 143
Załącznik 3 – szczegółowy opis przykładu obliczeniowego ... 148
Z3.1. Dane dotyczące analizowanego obszaru sieci kolejowej ... 148
Z3.2. Dane dotyczące ruchu pociągów ... 150
Z3.3. Dane dotyczące kolejowych robót budowlanych... 151
Z3.4. Wynik analiz wykonanych w modelu optymalizacyjnym A ... 155
Z3.5. Wynik analiz wykonanych w modelu optymalizacyjnym B... 158
Załącznik 4 – klasyfikacja odcinków linii kolejowych na sieci PKP PLK S.A. ... 160
1. Wstęp
9
1. Wstęp
Utrzymywanie wymaganych parametrów eksploatacyjnych drogi kolejowej, takich jak prędkość czy dopuszczalne naciski, w ciągu całego cyklu jej życia wymaga prowadzenia systematycznych prac o charakterze konserwacyjnym i remontowym [13].
Jednocześnie rosnące wymagania stawiane przez pasażerów i przewoźników oraz wymogi niezawodności i bezpieczeństwa wymuszają prowadzenie robót przebudowy nawierzchni kolejowej, zmiany układu geometrycznego linii kolejowych w planie i profilu [31], budowy warstw wzmacniających podtorze [71], przebudowy obiektów inżynieryjnych, czy obiektów obsługi podróżnych [3]. Tylko nieliczne z robót prowadzonych w skrajni toru kolejowego, zazwyczaj o charakterze prac konserwacyjnych (np. wymiana uszkodzonych złączek, czy podbijanie pojedynczych podkładów), mogą być prowadzone na czynnym torze [75], podczas gdy większość robót remontowych i modernizacyjnych wymaga wprowadzenia czasowego wstrzymania ruchu pociągów na torach objętych robotami, czyli tzw. zamknięć torowych [88]. Podczas zamknięć torowych pojawiają się utrudnienia w ruchu pociągów w postaci wydłużenia czasów jazdy, wzrostu prawdopodobieństwa opóźnień, czy ograniczeń przepustowości [44].
Łączne wydatki wszystkich krajów Unii Europejskiej na roboty modernizacyjne
i utrzymaniowe na liniach kolejowych osiągają wartości 15-25 miliardów euro rocznie
[17]. Obecnie obszarem Unii Europejskiej o szczególnie dużych nakładach na realizację
kolejowych robót budowlanych jest Polska, w której np. w roku 2017 budżet robót
osiągnął poziom 5,75 mld zł (1,34 mld euro) [62]. W ramach prac w tym roku
zmodernizowano przeszło 1 000 km torów, wymieniono ponad 500 sztuk rozjazdów,
wybudowano lub wyremontowano 91 peronów i wymieniono sieć trakcyjną
na ok. 850 km torów [78]. Na lata 2019-2023 planowane jest wydatkowanie 46,44 mld zł
(średnio 9,28 mld zł rocznie) [118], a robotami planuje się objąć 6 126 km torów
kolejowych [60]. Znaczne natężenie robót wynika z jednej strony z wieloletnich opóźnień
w zakresie modernizacji krajowej sieci kolejowej [6], a z drugiej strony z konieczności
zapewnienia interoperacyjności europejskiego systemu kolei [116] i związanej z tym
możliwości uzyskania dofinansowania ze środków unijnych do realizowanych robót
budowlanych (w obecnej perspektywie udział środków unijnych w całkowitej wartości
zaplanowanych robót ma wynieść aż 62%) [60]. Jednocześnie na całej polskiej sieci
kolejowej od 2014 roku obserwowany jest systematyczny wzrost wykonywanej pracy
10 przewozowej w ruchu pasażerskim (wzrost o 26% w latach 2014-2017) [122]. W ruchu towarowym natomiast w roku 2017 zanotowano największą wartość pracy przewozowej w ciągu ostatnich 15 lat [78]. W perspektywie rosnącego ruchu kolejowego coraz częściej jest dostrzegany problem niewystarczającej zdolności przepustowej infrastruktury kolejowej [57, 74]. Prowadzenie robót budowlanych na sieci kolejowej o przedstawionej powyżej charakterystyce wymaga szczególnie pogłębionej analizy wpływu realizacji prac na zakłócenia w ruchu pociągów.
Okres wzmożonej realizacji robót budowlanych, skutkujący utrudnieniami zarówno dla pasażerów, jak i dla przedsiębiorstw korzystających z usług kolei w transporcie towarowym, skłania do poszukiwania alternatywnych środków transportu.
Przekonanie klientów do ponownego korzystania z usług kolei po zakończeniu robót, pomimo oferowania znacznie korzystniejszych warunków podróży dzięki modernizacji infrastruktury, jest tym trudniejsze, im dłuższy jest czas realizacji robót i związanych z nimi utrudnień ruchowych [89, 128]. Dlatego jednym z najważniejszych zadań zarówno zarządcy infrastruktury, jak i wykonawców robót powinno być takie ich zaplanowanie i realizacja, aby ograniczyć do minimum ich negatywny wpływ na ruch pociągów, a rozpoczęcie eksploatacji ze zwiększonymi parametrami eksploatacyjnymi nastąpiło możliwie jak najwcześniej.
Jednocześnie należy podkreślić, że harmonogram zamknięć torowych wynika bezpośrednio z zaplanowanego procesu budowlanego. Stąd już na etapie planowania sposobu realizacji robót powinno się uwzględniać ich wpływ na ruch pociągów.
Nowoczesne technologie stosowane w budownictwie kolejowym, pozwalające na skrócenie czasu zamknięć torowych, takie jak np. wprowadzona na rynek polski w 2015 roku technologia transportu i montażu rozjazdów w blokach [113], nie są na tyle rozpowszechnione, aby mogły zostać zastosowane na wszystkich budowach na całej sieci kolejowej [54] (pomimo formalnego wymogu stawianego wykonawcom, wprowadzonego przez zarządcę infrastruktury do wewnętrznych instrukcji [85]).
Podobny problem dotyczy również dostępności wysokowydajnych maszyn do potokowej
wymiany nawierzchni, czy podtorza, choć są to technologie obecne w Polsce już od lat
90. XX w. Wobec ograniczonej liczby wykonawców działających na rynku polskim,
dysponujących specjalistycznym sprzętem do robót kolejowych, szczególnie istotna
wydaje się właściwa alokacja ograniczonych zasobów do poszczególnych kontraktów
z uwzględnieniem kryterium minimalizacji utrudnień w ruchu pociągów. Takie działania
1. Wstęp
11 mogą być podejmowane pośrednio przez zarządcę infrastruktury poprzez odpowiednie wymogi kontraktowe.
Na podstawie własnych obserwacji z przebiegu kontraktów budowlanych prowadzonych przez PKP PLK S.A. w latach 2010-2018 autor może stwierdzić, że inżynierowie odpowiedzialni za planowanie robót uwzględniają minimalizację potencjalnych utrudnień w ruchu pociągów jedynie w oparciu o swoją wiedzę i doświadczenie. Nie dysponują modelami obliczeniowymi, narzędziami informatycznymi, czy wynikami badań, które pozwoliłyby w sposób skwantyfikowany, posługując się liczbą odwołanych pociągów, wielkością opóźnień czy wydłużeniem czasu przejazdu, określić wpływ np. wyboru określonej technologii robót na utrudnienia w ruchu pociągów. W rezultacie trudno jest wprowadzać w praktyce rozwiązania technologiczne i organizacyjne, które mogłyby przyczynić się do ograniczenia utrudnień w ruchu pociągów. W odpowiedzi na powyższe problemy autor w swoich badaniach podjął tematykę wpływu wykonywania robót budowlanych na sieci kolejowej na ruch pociągów.
12
2. Cel, zakres i tezy rozprawy
2.1. Cel rozprawy
Celem niniejszej rozprawy jest określenie zależności pomiędzy realizacją kolejowych robót budowlanych a możliwością sprawnego prowadzenia ruchu pociągów.
Do przeprowadzenia tej analizy konieczne jest opisanie powyższych procesów za pomocą modeli matematycznych wykorzystujących obiektywne, mierzalne parametry.
Zastosowanie opracowanych, autorskich modeli i metod w praktyce przez zarządcę infrastruktury kolejowej, we współpracy z projektantem i wykonawcą, powinno umożliwić:
porównywanie i wybór wariantu technologii, fazowania i koordynacji kolejowych robót budowlanych ze świadomością prognozowanych utrudnień w ruchu pociągów w czasie zamknięć torowych,
bieżące reagowanie na odstępstwa od zaplanowanego harmonogramu realizacji robót oraz harmonogramu zamknięć torowych (wystąpienie niezaplanowanych czynników i sytuacji na placu budowy),
końcową ocenę przeprowadzonego procesu inwestycyjnego i jego wpływu na ruch pociągów oraz gromadzenie uzyskanych informacji w formie bazy danych w celu optymalizacji podobnych procesów budowlanych w przyszłości,
możliwość sprawnej adaptacji prezentowanego modelu do innowacyjnych technologii dostosowanych do zmieniającej się technologii i wymagań.
Ponadto opracowane modele nie powinny ograniczać się wyłącznie do aktualnie stosowanych technologii i maszyn, ale umożliwiać sprawną adaptację do analizy innowacyjnych metod prowadzenia robót.
Inspiracją do podjęcia powyższej tematyki była jej aktualność i bardzo duże
znaczenie w warunkach polskich w świetle intensywnej realizacji robót w ramach
Krajowego Programu Kolejowego do 2023 roku [60], a także w świetle robót już
planowanych do realizacji po roku 2023. Szczegółowe uzasadnienie dużego znaczenia
podjętego problemu badawczego przedstawiono w rozdziale 3. Jednocześnie niniejsza
praca stanowi próbę rozwiązania praktycznych problemów inżynierów
odpowiedzialnych za planowanie robót wpływających na ruch pociągów, którzy
nie dysponując narzędziami wspomagającymi podejmowanie decyzji, muszą polegać
przede wszystkim na własnym doświadczeniu i intuicji podczas wyboru technologii
2. Cel, zakres i tezy rozprawy
13 robót, określania ich fazowania, planowania zamknięć torowych, czy formułowania wymagań przetargowych.
2.2. Zakres rozprawy
Zakres niniejszej rozprawy obejmował:
1. uzasadnienie podjęcia tematu badawczego na podstawie własnych badań i analizy archiwalnych danych o zamknięciach torowych na polskiej sieci kolejowej,
2. przegląd publikacji opisujących planowanie kolejowych robót budowlanych z uwzględnieniem analizy ich wpływu na warunki ruchu pociągów, wraz z krytyczną analizą przedstawionych w literaturze modeli pod kątem ograniczeń ich stosowania, 3. opracowanie własnej metody analizy wpływu robót budowlanych na wielkość
utrudnień w ruchu pociągów podczas zamknięć torowych,
4. wprowadzenie tej metody do analizy rzeczywistego kontraktu budowlanego na linii kolejowej, z uwzględnieniem:
o alternatywnych technologii robót wymiany nawierzchni kolejowej (metoda małej lub pełnej mechanizacji),
o porównania zamknięć jedno- i dwutorowych,
o konsekwencji wystąpienia zakłóceń procesu budowlanego, takich jak awaria maszyn budowlanych (przypadek rzadki) lub konieczność zmiany rozwiązań projektowych, wydłużających zaplanowany czas zamknięcia,
5. przeprowadzenie analizy wpływu wybranych robót budowlanych na warunki prowadzenia ruchu pociągów dla wybranych odcinków linii kolejowych różnych kategorii, o zróżnicowanych parametrach eksploatacyjnych, z uwzględnieniem:
o koordynacji robót na różnych torach i odcinkach linii,
o alternatywnych metod zabezpieczenia placu budowy od strony czynnego toru kolejowego,
o alternatywnych technologii wymiany rozjazdów (z montażem terenowym lub bazowym),
6. podsumowanie, wnioski końcowe, określenie kierunki dalszych badań i analiz.
Przyjęty zakres pracy nie obejmował natomiast:
1. ujęcia rozpatrywanego zagadnienia w formie analizy kosztów i korzyści,
z uwzględnieniem kosztów realizacji robót budowlanych i kosztu utrudnień w ruchu
pociągów – uznano, że powyższe zagadnienia, dotyczące ekonomiki budownictwa
i transportu, ze względu na swoją złożoność wymagają objęcia odrębnym tematem
14 badawczym; niemniej zaprezentowana w rozdziale 5 autorska metoda badawcza uwzględnia koszty realizacji robót i koszty utrudnień w ruchu pociągów w postaci współczynników, otwierając możliwości prowadzenia dalszych, szerokich badań poświęconych efektywności inwestycji kolejowych,
2. zagadnień związanych z diagnostyką budowli kolejowych, prognozą degradacji i planowania cykli naprawczych, które omówione są w licznych publikacjach, co przedstawiono w rozdziale 4.1,
3. optymalizacji procesów technologicznych w kolejowych robotach budowlanych;
niemniej autorska metoda badawcza (rozdz. 5) umożliwia analizę dowolnych procesów technologicznych, również nowych, dotychczas nie stosowanych,
4. prac z zakresu badań operacyjnych, mających na celu poszukiwanie najbardziej efektywnych metod rozwiązania formułowanych modeli optymalizacyjnych.
2.3. Tezy rozprawy
W niniejszej rozprawie na podstawie zebranego materiału, własnych doświadczeń i analiz oraz przeglądu literatury sformułowano następujące tezy:
Teza 1
Wykorzystanie modeli optymalizacyjnych i symulacyjnych na etapie planowania kolejowych robót budowlanych umożliwia szczegółową ocenę wpływu technologii i organizacji robót na możliwość sprawnego prowadzenia ruchu pociągów podczas zamknięć torowych.
Teza 2
Metoda oceny wpływu kolejowych robót budowlanych na ruch pociągów może zostać opracowana w formie ścieżki postępowania możliwej do praktycznego zastosowania przez zarządcę infrastruktury kolejowej na kolejnych etapach realizacji inwestycji.
Teza 3
Analizy prowadzenia robót na modelowych odcinkach linii kolejowych o zróżnicowanych parametrach eksploatacyjnych umożliwiają tworzenie bazy danych i wiedzy w celu wstępnego określania zakresu utrudnień w ruchu pociągów podczas realizacji robót.
Teza 4
Dla znanych parametrów eksploatacyjnych linii kolejowych na trasach objazdowych
oraz znanego natężenia ruchu pociągów możliwe jest określenie granicznej
2. Cel, zakres i tezy rozprawy
15 efektywności wykorzystania dwutorowych zamknięć na prowadzenie robót budowlanych, poniżej której wprowadzanie całkowitego zamknięcia linii jest nieuzasadnione z punktu widzenia łącznych strat czasu w ruchu pociągów.
Teza 1 przeciwstawia się założeniu, że szczegółowa analiza wpływu wykonywania kolejowych robót budowlanych na ruch pociągów z wykorzystaniem mierzalnych parametrów, takich jak liczba odwołanych pociągów, wielkość opóźnień czy wydłużenie czasu przejazdu, jest zagadnieniem zbyt złożonym i losowym, aby uwzględniać go już na etapie planowania robót przez jednostki odpowiedzialne za realizację inwestycji. Założenie to sprawia, że w praktyce, na polskiej sieci kolejowej taka ocena dokonywana jest dopiero na etapie konstrukcji tzw. zamknięciowego rozkładu jazdy [88], gdy możliwości zmiany założonego sposobu realizacji robót są już ograniczone. Udowodnienie tezy 1 oznaczać będzie, że możliwe jest połączenie dwóch obecnie niezależnych procesów:
planowania kolejowych robót budowlanych,
planowania ruchu pociągów w trakcie zamknięć torowych
w jedną metodę planowania robót z równoczesną analizą ich wpływu na ruch pociągów.
Zastosowanie powyższej metody w praktyce przez zarządcę infrastruktury wymaga jej opracowania w formie uporządkowanej sekwencji kolejnych czynności i procedur, umożliwiających uzyskiwanie współmiernych wyników analiz wykonywania kolejowych robót budowlanych na różnych kontraktach na sieci kolejowej. W celu możliwości praktycznego wykorzystania metody konieczne jest uwzględnienie nie tylko etapu planowania robót, ale także etapu ich realizacji, w szczególności z uwzględnieniem sytuacji i czynników trudnych do przewidzenia na etapie planowania, takich jak awaria maszyn, czy konieczność zmiany zakresu lub technologii robót. Powyższy problem uwzględniono w tezie 2.
Z punktu widzenia praktyki inżynierskiej wskazana byłaby możliwość wstępnej,
szacunkowej oceny wpływu wybranego sposobu realizacji robót na ruch pociągów,
aby jeszcze przed wykonaniem właściwej analizy dokonać wstępnego wyboru
wariantów. Pozwoliłoby to na przeprowadzenie szczegółowej analizy wyłącznie
dla wybranych wariantów, zmniejszając jej czaso- i pracochłonność. W tezie 3 pracy jako
rozwiązanie powyższego zagadnienia autor zaproponował budowę bazy danych
obejmujących wyniki analiz prowadzenia typowych robót kolejowych na modelowych
odcinkach linii kolejowych, różniących się takimi parametrami eksploatacyjnymi, jak
16 np. prędkość maksymalna, średnia liczba posterunków na długości linii, czy obciążenie ruchem pociągów.
Ostatnia teza pracy dotyczy zasadności wprowadzania dwutorowych zamknięć linii kolejowej na czas realizacji robót budowlanych z punktu widzenia utrudnień w ruchu pociągów, a inspiracją do jej sformułowania była decyzja PKP PLK S.A. o modernizacji odcinka magistrali E-20 łączącej Berlin z Warszawą przez Poznań przy całkowitym zamknięciu linii, która wywołała liczne dyskusje [49, 50, 53, 56]. Wstrzymanie ruchu pociągów na linii skutkuje znacznie większymi utrudnieniami (objazdy, konieczność odwołania wybranych pociągów) niż prowadzenie robót z wprowadzaniem ograniczeń eksploatacyjnych (ograniczenia prędkości i przepustowości) i utrzymaniem ciągłości ruchu. Z drugiej strony brak ograniczeń związanych z koniecznością zapewnienia przejezdności linii może skutkować krótszym czasem realizacji inwestycji [70] i niższym kosztem [111]. Ostatnia, czwarta teza pracy zakłada, że parametrem decydującym o zasadności wprowadzania całkowitego zamknięcia linii z punktu widzenia łącznych strat czasu w ruchu pociągów, tj. wydłużenia czasu przejazdu, wzrostu opóźnień oraz odwołania wybranych pociągów, jest efektywność wykorzystania zamknięcia torowego na prowadzenie robót budowlanych. Wartość tego parametru powinna być uwzględniona przy wyborze technologii i organizacji kolejowych robót budowlanych.
3. Charakterystyka aktualnych zagadnień związanych z zamknięciami torowymi na polskiej sieci kolejowej
17
3. Charakterystyka aktualnych zagadnień związanych z zamknięciami torowymi na polskiej sieci kolejowej
Jako najważniejsze problemy związane z zamknięciami torowymi na polskiej sieci kolejowej, dostrzegane przez pasażerów, przewoźników i wykonawców robót, wymienia się między innymi wydłużenie czasu jazdy pociągów, spadek punktualności [115], pogorszenie jakości oferty przewozowej (mniejsza liczba połączeń, brak taktowanego rozkładu jazdy, wydłużenie czasu jazdy) [57], ale również trudności w realizacji samych robót budowlanych w związku z trudnościami w dostawach materiałów budowlanych [114].
Liczne artykuły i analizy poświęcane są tematowi utrudnień podczas realizacji wybranych kontraktów budowlanych (np. [48, 121]). Przystępując do analizy zagadnienia wpływu realizacji robót na prowadzenie ruchu pociągów autor zwrócił jednak uwagę na brak aktualnych publikacji, które obiektywnie odpowiadałyby na pytanie o skalę zamknięć torowych i związanych z nimi utrudnień w ruchu pociągów na całej krajowej sieci kolejowej. Również oficjalne raporty publikowane przez zarządców infrastruktury kolejowej prezentują bardzo ograniczone dane statystyczne dotyczące tej tematyki, zawierające wyłącznie informacje o liczbie wprowadzonych zamknięć torowych w danym roku [78]. Brak wyczerpujących publikacji uniemożliwiał ocenę znaczenia podejmowanej w niniejszej pracy tematyki w skali ruchu pociągów na całej sieci kolejowej. W związku z powyższym autor podjął się przeprowadzenia analizy weryfikującej skalę problemów generowanych przez zamknięcia.
3.1. Podstawowe pojęcia i definicje
Przedstawienie zasadności podjęcia analizowanego tematu badawczego wymaga wyjaśnienia zastosowanych pojęć związanych z zamknięciami torowymi, kolejowymi robotami budowlanymi i ruchem pociągów. Jako źródła definicji wykorzystanych pojęć w tym i kolejnych rozdziałach przyjęto kolejno:
1. prawo krajowe (ustawy i rozporządzenia),
2. przepisy wewnętrzne zarządcy infrastruktury kolejowej PKP PLK S.A.,
3. słownik terminów kolejowych opracowany przez stowarzyszenie europejskich zarządców infrastruktury kolejowej RailNetEurope [96],
4. literaturę przedmiotu,
5. autorskie definicje – wyłącznie w przypadku braku definicji pojęcia w wyżej
wymienionych źródłach.
18 Zestawienie wszystkich zastosowanych pojęć, definicji i skrótów przedstawiono w załączniku 1.
Terminem „zamknięcia torowe” jest określana niedostępność części sieci kolejowej dla ruchu pociągów podczas wykonywania robót [96]. Proces planowania i wprowadzania zamknięć torowych jest procesem wieloetapowym [41], rozpoczynającym się w momencie zidentyfikowania konieczności wprowadzenia zamknięcia, a kończącym w momencie oddania toru kolejowego do ponownej eksploatacji. Na sieci PKP PLK S.A. w procesie tym wyróżnia się trzy etapy [88]:
planowanie długoterminowe – obejmuje zamknięcia torowe na potrzeby realizacji robót modernizacyjnych i remontowych w perspektywie najbliższego rocznego rozkładu jazdy pociągów,
planowanie okresowe – dotyczy dostosowania terminów zamknięć zgłoszonych w ramach planowania długoterminowego do dynamicznie zmieniających się warunków realizacji robót budowlanych i obejmuje okres czasu o długości od 1,5 ÷ 3,0 miesięcy, określony szczegółowo w tzw. „Terminarzu obowiązywania zmienionej organizacji ruchu pociągów…” [84],
planowanie tygodniowe – dotyczy zamknięć, które nie wymagają wprowadzania korekt rozkładu jazdy pociągów i potwierdzenia (lub nie) zaplanowanych terminów zamknięć w ramach planowania okresowego.
Z powyższymi etapami planowania związany jest podział zamknięć torowych [88]:
zamknięcia planowe – obejmują zamknięcia uwzględnione w planowaniu długoterminowym i okresowym, a także uwzględnione podczas konstrukcji rozkładu jazdy pociągów,
zamknięcia dodatkowe – obejmują zamknięcia, których wprowadzenie okazało się konieczne już po przeprowadzeniu planowania okresowego, wynikające z postępu prac na placu budowy i w przypadku konieczności wykonania robót dodatkowych,
zamknięcia operatywne – obejmują zamknięcia, których wprowadzenie okazało się konieczne już po przeprowadzeniu planowania okresowego z powodu nie dotrzymania założonych terminów realizacji robót przez Wykonawcę; kosztami wprowadzenia zamknięć operatywnych obciążany jest wykonawca robót budowlanych.
Ponadto można wyróżnić czwartą grupę zamknięć, która nie jest związana
z zaplanowanymi robotami budowlanymi [88]:
3. Charakterystyka aktualnych zagadnień związanych z zamknięciami torowymi na polskiej sieci kolejowej
19
zamknięcia awaryjne – zamknięcia wprowadzane w przypadku zaistnienia wydarzeń kolejowych (takich jak kolizje, wykolejenia, zdarzenia na przejazdach kolejowo- drogowych, potrącenia osób) lub wystąpienia awarii nawierzchni kolejowej (wyboczenie toru kolejowego, pęknięcie szyny), podtorza (osuwiska), urządzeń sterowania ruchem kolejowym, sieci trakcyjnej czy obiektu inżynieryjnego;
zamknięcia awaryjne wprowadzane są na okres od momentu zgłoszenia sytuacji nieprzewidzianej do momentu zakończenia czynności ratunkowych lub robót niezbędnych do przywrócenia ruchu pociągów.
Biorąc pod uwagę przygotowanie zarządcy infrastruktury i przewoźników do prowadzenia ruchu pociągów w warunkach zamknięć torowych powyższe cztery kategorie można zagregować w dwie grupy [88]:
zamknięcia planowe i dodatkowe, w trakcie których ruch pociągów odbywa się na podstawie zmienionej organizacji ruchu pociągów, czyli został opracowany tzw. Regulamin tymczasowy prowadzenia ruchu w czasie wykonywania robót,
zamknięcia operatywne i awaryjne – zamknięcia torowe, dla których nie została opracowana zmieniona organizacja ruchu pociągów.
3.2. Zamknięcia na sieci PKP PLK S.A.
3.2.1. Dane archiwalne o zamknięciach torowych
W analizach wykorzystano dane dotyczące zamknięć torowych na sieci kolejowej zarządzanej przez PKP Polskie Linie Kolejowe S.A., stanowiącej 96% całkowitej długości wszystkich eksploatowanych linii kolejowych w Polsce [122] (rys. 3.1).
Pozyskane dane zawierały informacje dotyczące zrealizowanych zamknięć torowych w latach kalendarzowych 2013-2015 oraz w pierwszym kwartale roku 2016
1. Dla każdego zamknięcia torowego podano ich przynależność do jednej z dwóch zagregowanych grup (sposób ewidencjonowania zamknięć przez PKP PLK S.A.
uniemożliwił ich precyzyjne przypisanie do każdej z czterech grup):
zamknięcia planowe i dodatkowe,
zamknięcia operatywne i awaryjne.
Informacje o zamknięciu torowym obejmowały numer linii kolejowej, numer zamykanego toru, kilometraż początku i końca zamknięcia torowego, daty początkowej
1
Dane zostały przygotowane i przekazane przez PKP PLK S.A. wyłącznie na potrzeby badawcze autora,
dzięki uprzejmości pracowników zarządcy infrastruktury. Niestety w toku dalszych prac nie udało się
ponownie pozyskać danych tego samego typu dla późniejszego okresu.
20 i końcowej (dzień, godzina) oraz opis przyczyny zamknięcia. Łącznie dane objęły ponad 200 tys. zamknięć torowych w latach na całej sieci kolejowej PKP PLK S.A.
Rys. 3.1. Sieć linii kolejowych szeroko- i normalnotorowych w Polsce z wyróżnieniem linii zarządzanych przez PKP PLK S.A.
źródło: opracowanie własne na podstawie [55]
3.2.2. Udział zamknięć torowych na sieci PKP PLK S.A.
W publikowanych przez zarządcę infrastruktury PKP PLK S.A. raportach
rocznych zamknięcia torowe na sieci kolejowej opisywane są wyłącznie poprzez
podawanie liczby zamknięć w roku [78]. Nie jest to jednak parametr miarodajny,
ponieważ zamknięcie toru o długości 1 km na czas 1 godziny będzie tak samo wpływało
na wartość parametru jak zamknięcie toru o długości np. 50 km przez 365 dni w roku.
3. Charakterystyka aktualnych zagadnień związanych z zamknięciami torowymi na polskiej sieci kolejowej
21 Stąd na potrzeby opisu zjawiska zamknięć torowych na sieci kolejowej zaproponowano wprowadzenie autorskich wskaźników [36]:
wskaźnik zamknięć torowych na sieci kolejowej:
𝑊(𝑇, 𝑆, 𝑍) = ∑
𝑧∈𝑍𝑡
𝑧⋅ 𝑙
𝑧[𝑔𝑜𝑑𝑧 ⋅ 𝑘𝑚] (1)
wskaźnik udziału zamknięć torowych na sieci kolejowej:
𝑊1(𝑇, 𝑆, 𝑍) =
𝑊(𝑇,𝑆,𝑍)𝑇⋅𝐿𝑆
⋅ 100[%] (2)
W powyższych wzorach przyjęto następujące oznaczenia:
T – analizowany czas [godz.],
S – analizowany obszar sieci kolejowej,
Z – zbiór analizowanych zamknięć torowych,
t
z– czas trwania zamknięcia z [godz.],
l
z– długość toru objętego zamknięciem z [km],
L
s– długość wszystkich czynnych torów w analizowanym obszarze sieci kolejowej [km].
Przyjęte w powyższych wzorach jednostki: [godz.] i [km] są powszechnie stosowane przez PKP PLK S.A. w opisie zamknięć torowych [80].
W każdym z miesięcznych przedziałów analizowanego okresu obliczono wartość wskaźnika W1 z podziałem na zamknięcia planowe i okresowe oraz na zamknięcia operatywne i awaryjne. Wynik analizy przedstawia rysunek 3.2. Wartość wskaźnika W1 zawierała się w przedziale od 3,1% do 8,4%, osiągając mniejsze wartości w okresach niskich temperatur, charakteryzujących się ograniczeniem intensywności robót budowlanych. Jedynie w 6 miesiącach analizowanego czasu (14% jego długości – tylko w okresie niskich temperatur) zamknięcia operatywne i awaryjne przeważały nad zamknięciami planowymi i dodatkowymi.
Rozszerzenie działalności sprawozdawczej zarządcy infrastruktury
2o obliczenia wartości zaproponowanych wskaźników otworzyłoby szerokie możliwości prowadzenia badań wpływu zamknięć torowych na utrudnienia w ruchu pociągów w skali całej sieci kolejowej, na jej wybranych obszarach lub na liniach określonej kategorii. Wyniki takich badań mogą mieć duże zastosowanie praktyczne. Na przykład analiza korelacji wielkości zamknięć torowych z punktualnością pociągów na sieci kolejowej może wskazać przedziały dopuszczalnych wartości zaproponowanych wskaźników, dla których
2
W ramach której corocznie podawane są dane dotyczące m.in. długości eksploatowanych torów, stanu
infrastruktury, czy prędkości maksymalnych [78].
22 utrudnienia ruchowe nie przekraczają wartości akceptowalnych przez przewoźników i organizatorów transportu.
Rys. 3.2. Wskaźnik udziału zamknięć torowych na sieci kolejowej zarządzanej przez PKP PLK S.A.
w latach 2013-2015 i w pierwszym kwartale 2016 r., z podziałem na zamknięcia planowe i dodatkowe oraz operatywne i awaryjne
źródło: opracowanie własne na podstawie danych uzyskanych przez autora na potrzeby prac badawczych od PKP PLK S.A.
W następnym kroku szczegółowo przeanalizowano przyczyny wprowadzania zamknięć torowych. Na podstawie analizy danych wyodrębniono 6 grup przyczyn wprowadzania zamknięć. Powyższe przyczyny zestawiono w tabeli 3.1, a procentowy udział zamknięć wprowadzanych ze względu na określone przyczyny przedstawiono na rys. 3.3.
Tabela 3.1. Zidentyfikowane grupy przyczyn wprowadzania zamknięć torowych na sieci PKP PLK S.A. wraz z przykładami [36]
Lp. Grupy przyczyn wprowadzenia
zamknięć torowych Przykłady szczegółowych przyczyn zamknięć w danej grupie 1. remonty – naprawy główne
nawierzchni kolejowej i podtorza oraz kompleksowe modernizacje linii kolejowych
ciągła wymiana szyn, podkładów, rozjazdów, podsypki
przebudowa układów torowych posterunków ruchu, zmiana układu geometrycznego linii kolejowej, wzmocnienie i przebudowa podtorza
kompleksowa modernizacja linii kolejowej obejmująca układy torowe, podtorze, obiekty inżynieryjne, urządzenia sterowania ruchem
0%
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
8%
9%
sty-13 kwi-13 lip-13 paź-13 sty-14 kwi-14 lip-14 paź-14 sty-15 kwi-15 lip-15 paź-15 sty-16
Wskaźnik udziału zamknięć torowych na sieci kolejowej
Miesiąc
łącznie planowe i dodatkowe operatywne i awaryjne Zamknięcia torowe (Z):
W1(T,S,Z)
T
Analizowany obszar sieci kolejowej (S):
sieć kolejowa zarządzana przez PKP PLK S.A.
3. Charakterystyka aktualnych zagadnień związanych z zamknięciami torowymi na polskiej sieci kolejowej
23
Lp. Grupy przyczyn wprowadzenia
zamknięć torowych Przykłady szczegółowych przyczyn zamknięć w danej grupie kolejowym, obiekty obsługi podróżnych, odwodnienie, sieć trakcyjną, elektroenergetykę nietrakcyjną
2. remonty – naprawy bieżące i awaryjne nawierzchni kolejowej i podtorza
wymiana pojedynczych elementów nawierzchni kolejowej
podbijanie torów i rozjazdów z regulacją w planie i profilu i uzupełnianiem tłucznia
zabezpieczenie pękniętej szyny, naprawa ostateczna pękniętej szyny, regulacja naprężeń w torze bezstykowym
wymiana części rozjazdowych, regeneracja elementów stalowych nawierzchni, szlifowanie szyn
3. remonty i modernizacje kolejowych obiektów inżynieryjnych
wymiana konstrukcji nośnej, naprawa powierzchni betonowych,
wykonanie izolacji konstrukcji,
wykonanie odwodnienia stref przejściowych i przęsła.
4. roboty sieciowe przeglądy sieci trakcyjnej obejmujące pomiar parametrów sieci, regulację i wymianę uszkodzonych elementów
pokrywanie przewodów jezdnych preparatem przeciwoblodzeniowym
kompleksowe wymiany sieci trakcyjnej lub jednego z jej elementów 5. wydarzenia kolejowe i awarie kolizje na przejazdach, potrącenie osób postronnych
wyboczenie toru /pęknięcie szyny
unieruchomienie pociągu lub brak możliwości pokonania wzniesienia
kradzieże ładunków z pociągów lub elementów infrastruktury 6. pozostałe
przyczyny
prace innych inwestorów niż PKP PLK S.A., objazdy linii
obsługa bocznic szlakowych źródło: opracowanie własne na podstawie analizy danych PKP PLK S.A. [36]
Wszystkie przyczyny wymienione w grupach od 1 do 3 można jednoznacznie zaklasyfikować do kolejowych robót budowlanych, tj. robót polegających na budowie, przebudowie, montażu lub remoncie [124], „prowadzonych na obszarze kolejowym, czyli na działkach ewidencyjnych, na których zlokalizowana jest droga kolejowa, budynki, budowle i urządzenia przeznaczone do zarządzania, eksploatacji i utrzymania linii kolejowej oraz przewozu osób i rzeczy” [123]. W pozostałych grupach mogą się znajdować również kolejowe roboty budowlane, ale sposób ich opisu przez PKP PLK S.A. uniemożliwił ich jednoznaczne wyodrębnienie.
Na potrzeby przedstawienia udziału zamknięć torowych wprowadzonych ze
względu na określone przyczyny wprowadzono kolejny autorski wskaźnik:
24
wskaźnik udziału zamknięć torowych o określonych cechach (podzbiór Z2) w analizowanym zbiorze zamknięć (Z):
𝑊2(𝑇, 𝑆, 𝑍, 𝑍2) =
𝑊(𝑇,𝑆,𝑍2)𝑊(𝑇,𝑆,𝑍)⋅ 100[%] (3) Wyniki analizy dla podzbiorów przyczyn zamknięć, wskazanych w tabeli 3.1 przedstawia rysunek 3.3. Największy udział spośród wszystkich zamknięć torowych w analizowanym przedziale czasu miały zamknięcia wprowadzone na potrzeby wykonywania napraw głównych i kompleksowych modernizacji linii kolejowych (41%).
Na kolejnym miejscu znalazły się zamknięcia związane z wydarzeniami kolejowymi i awariami (18%) oraz z prowadzeniem robót utrzymaniowych i napraw bieżących (17%). Mniejszym udziałem charakteryzowały się zamknięcia wprowadzone na potrzeby wykonywania wyłącznie robót sieciowych (13%), robót na obiektach inżynieryjnych (6%) oraz pozostałe przyczyny (6%).
Rys. 3.3. Wskaźnik udziału zamknięć torowych o określonej grupie przyczyn wśród wszystkich zamknięć na sieci PKP PLK S.A., zrealizowanych w latach 2013-2015 i 1-szym kwartale 2016
źródło: opracowanie własne na podstawie uzyskanych przez autora na potrzeby prac badawczych od PKP PLK S.A.
3. Charakterystyka aktualnych zagadnień związanych z zamknięciami torowymi na polskiej sieci kolejowej
25 3.2.3. Wpływ prowadzenia kolejowych robót budowlanych na opóźnienia pociągów Istotny udział torów zamkniętych na potrzeby prowadzenia kolejowych robót budowlanych na całej sieci kolejowej nie jest równoznaczny z ich istotnym wpływem na ruch pociągów. Jako negatywny wpływ realizacji robót na ruch pociągów można zdefiniować [44]:
ograniczenia prędkości wprowadzone w torze sąsiadującym z miejscem prowadzenia robót z uwagi na bezpieczeństwo pracowników i technologię robót, które powodują wydłużenie czasu jazdy pociągów,
wydłużenie czasu postoju na stacjach ze względu na krzyżowanie lub wyprzedzanie pociągów, zwłaszcza w sąsiedztwie szlaków zamkniętych ze względu na prowadzenie robót,
odwołanie wybranych pociągów oraz opóźnienia pociągów, ze względu na zredukowaną przepustowość oraz wzrost kolizyjności sieci kolejowej wskutek wprowadzenia zamknięć torowych.
Sposób ewidencjonowania danych ruchowych przez PKP PLK S.A. umożliwia analizę w skali całej sieci kolejowej wyłącznie ostatniego z wymienionych powyżej elementów (wpływ kolejowych robót budowlanych na opóźnienia pociągów). Zgodnie z instrukcją Ir-14 [76] każde opóźnienie pociągu na sieci PKP PLK S.A. (z dokładnością do 1 minuty) jest zapisywane w Systemie Ewidencji Pracy Eksploatacyjnej (SEPE) wraz z przyporządkowaniem przyczyny jego powstania. Wszystkie opóźnienia będące konsekwencją prowadzenia kolejowych robót budowlanych m.in. prowadzenia prac na szlaku i stacji, niewłaściwej organizacji prac budowlanych, uszkodzeń maszyn i urządzeń, czy innych przeszkód występujących w torze wskutek prowadzenia robót są zaliczane do grupy przyczyn o nazwie „Inżynieria lądowa” [76]. Należy zaznaczyć, że nie są tutaj uwzględnione np. planowe wydłużenia czasu jazdy, ujęte w rozkładzie jazdy, a jedynie odstępstwa od rozkładu jazdy spowodowane zmianami w stosunku do pierwotnie zaplanowanego harmonogramu robót. Pozostałe przyczyny opóźnień pociągów są ewidencjonowane w SEPE w następujących grupach:
eksploatacja, planowanie, zarządzanie – m.in. błędy rozkładu jazdy, niewłaściwa organizacja ruchu,
urządzenia infrastruktury – usterki i awarie elementów nawierzchni kolejowej,
urządzeń srk, sieci trakcyjnej,
26
inni zarządcy infrastruktury (w tym zagraniczni) – opóźnienia powstające na sieci kolejowej innego zarządcy infrastruktury niż PKP PLK,
przewoźnicy kolejowi – wydłużony czas postoju, czynności załadunkowe, usterki taboru,
przyczyny zewnętrzne – kolizje z pojazdami drogowymi i zwierzętami, warunki atmosferyczne,
przyczyny pochodne – kolizje i wykolejenia pociągów, skomunikowanie z opóźnionymi pociągami itp.
W celu przeprowadzenia analizy opóźnień pozyskano dane dotyczące opóźnień od PKP PLK S.A. za rok 2015
3. Wyniki dla pociągów pasażerskich przedstawia rysunek 3.4.
Rys. 3.4. Przyczyny opóźnień pociągów pasażerskich na sieci PKP PLK S.A. w roku 2015. Dla każdej przyczyny podano wartość łącznych opóźnień w ciągu roku w minutach oraz udział procentowy
źródło: opracowanie własne na podstawie danych uzyskanych przez autora na potrzeby prac badawczych od PKP PLK S.A.
Jako opóźnienia z przyczyn zaliczonych do grupy „Inżynieria lądowa” zarządca infrastruktury zaklasyfikował 18% czasu wszystkich opóźnień pociągów pasażerskich – łącznie w tej grupie zanotowano 52 912 opóźnionych pociągów, a suma opóźnień wyniosła 562 079 min. Oznacza to średnio aż 10,6 min na 1 pociąg, opóźniony z powodu
3
Dane zostały przygotowane i przekazane przez PKP PLK S.A. wyłącznie na potrzeby badawcze autora,
dzięki uprzejmości pracowników zarządcy infrastruktury. Niestety nie udało się pozyskać od zarządcy
infrastruktury danych dla tego samego okresu, dla którego analizowano dane dot. zamknięć torowych.
3. Charakterystyka aktualnych zagadnień związanych z zamknięciami torowymi na polskiej sieci kolejowej
27 prowadzenia robót budowlanych, podczas gdy średnie opóźnienie pociągu na całej sieci, z uwzględnieniem wszystkich przyczyn, wyniosło 8,3 min.
Udział inżynierii lądowej wśród przyczyn opóźnień pociągów towarowych jest znacznie mniejszy (rys. 3.5). Opóźnienia w tej grupie przyczyn stanowiły zaledwie 1% ogółu opóźnień wyrażonych w minutach, ale dotyczyły aż 69 576 pociągów (16% wszystkich pociągów). Suma opóźnień wyniosła 2 149 226 minut, co oznacza średnio 30,9 min na 1 opóźniony pociąg.
Rys. 3.5. Przyczyny opóźnień pociągów towarowych na sieci PKP PLK S.A. w roku 2015. Dla każdej przyczyny podano wartość łącznych opóźnień w ciągu roku w minutach oraz udział procentowy
źródło: opracowanie własne na podstawie danych uzyskanych przez autora na potrzeby prac badawczych od PKP PLK S.A.
3.2.4. Wielkość robót modernizacji dróg kolejowych w poszczególnych latach
Analizy dotyczące zamknięć torowych, ich przyczyn, a także wpływu na ruch
pociągów należy porównać z prognozowaną wielkością robót modernizacji dróg
kolejowych w kolejnych latach, co pozwoli określić prognozowane znaczenie
omawianego problemu w stosunku do danych archiwalnych. Wartości wskaźnika
określającego długość zmodernizowanych torów w poszczególnych latach, na podstawie
raportów rocznych PKP PLK S.A. przedstawia rysunek 3.6. Ponadto na rysunku
przedstawiono również średnioroczną planowaną wartość wskaźnika przy założeniu, że
w roku 2023 zostanie zrealizowany plan określony w Krajowym Programie Kolejowym
[60] (pierwsze lata realizacji Krajowego Programu Kolejowego wskazują, że założenie
28 to jest realne – np. w roku 2016 plan zrealizowano w 95% [61], a w roku 2017 – w 97%
[62]).
Dane przedstawione na rysunku 3.6 wskazują, że w latach 2018-2023 prognozowane jest osiąganie wskaźnika udziału zamknięć torowych na sieci kolejowej o wartości mniejszej niż w latach 2013 i 2014, lecz większej niż w roku 2015 i 2016.
W związku z planowanym natężeniem robót w latach 2018-2023 prawdopodobny jest także większy udział opóźnień pociągów spowodowanych wykonywaniem kolejowych robót budowlanych, niż przedstawiono w podrozdziale 3.2.3.
Rys. 3.6. Długość modernizowanych dróg kolejowych w latach 2005 – 2017 oraz prognozowana wielkość robót w latach 2018 – 2023
źródło: opracowanie własne na podstawie danych PKP PLK S.A. zawartych w publikacjach [60] i [78]
3.3. Wnioski z analizy zamknięć torowych
Na podstawie przeprowadzonej analizy stwierdzono, że zamknięcia torowe w skali całej sieci kolejowej w latach 2013-2015 i 1-szym kwartale 2016 dotyczyły w niektórych miesiącach nawet 8,4% całkowitej długości wszystkich eksploatowanych linii kolejowych. Spośród nich zamknięcia na potrzeby prowadzenia kolejowych robót budowlanych stanowiły co najmniej 64% ogółu (suma wskaźników dla grup przyczyn nr 1, 2, 3: naprawy główne nawierzchni kolejowej i podtorza oraz kompleksowe modernizacje linii kolejowych, remonty – naprawy bieżące i awaryjne nawierzchni kolejowej i podtorza, remonty i modernizacje kolejowych obiektów inżynieryjnych).
Ponadto przeprowadzona analiza przyczyn opóźnień wskazuje, że 18% sumy wszystkich
opóźnień pociągów pasażerskich zostało spowodowane przez prowadzenie kolejowych
3. Charakterystyka aktualnych zagadnień związanych z zamknięciami torowymi na polskiej sieci kolejowej
29 robót budowlanych. Wśród pociągów towarowych udział opóźnień z powodu robót inżynierii lądowej w sumie wszystkich opóźnień wynosi zaledwie 1%, niemniej opóźnienia te dotyczyły aż 16% wszystkich pociągów. Należy podkreślić, że dane dotyczące całej sieci kolejowej nie uwzględniają planowych utrudnień w ruchu pociągów, tj. wydłużenia czasu jazdy, czy odwołania pociągów przewidzianych już podczas konstrukcji rozkładu jazdy. Można natomiast przytoczyć dane dotyczące planowych utrudnień podczas realizacji wybranych kontraktów. Na przykład podczas I etapu modernizacji linii kolejowej E-20 (czerwiec 2017 – lipiec 2018) wykonywanego z dwutorowym zamknięciem linii na odcinku Konin – Września, czas jazdy pociągów dalekobieżnych relacji Warszawa – Poznań wydłużył się o 27%, a liczba pociągów uległa zmniejszeniu o 25% względem stanu sprzed rozpoczęcia robót [82, 83].
Podsumowując, przeprowadzona analiza wskazuje na istotny wpływ kolejowych
robót budowlanych na ruch pociągów na sieci kolejowej PKP PLK S.A., który będzie się
utrzymywał w najbliższych latach. Dlatego też analiza sformułowanego problemu
badawczego jest celowa i wynika z aktualnych problemów prowadzenia ruchu
kolejowego w warunkach zamknięć torowych.
30
4. Dotychczasowy stan wiedzy o wpływie kolejowych robót budowlanych na ruch pociągów
Tematyka relacji pomiędzy kolejowymi robotami budowlanymi a warunkami ruchu pociągów jest poruszana z różnym stopniem szczegółowości w różnych obszarach badań. Publikacje analizowane w tym rozdziale podzielono na sześć obszarów tematycznych:
1. diagnostyka i planowanie cykli naprawczych oraz modernizacji, 2. podział robót na zadania i ich koordynacja,
3. harmonogramy i fazowanie robót,
4. technologia robót i warunki bhp podczas robót w terenie kolejowym, 5. zamknięcia torowe,
6. analiza ruchu pociągów podczas realizacji robót.
Poszczególne obszary tematyczne są ze sobą powiązane i wpływają bezpośrednio lub pośrednio na warunki prowadzenia ruchu pociągów podczas realizacji robót, co w ideowy sposób przedstawiono na rysunku 4.1 oraz wyjaśniono w dalszej części rozdziału, odnosząc się do przyjętej numeracji poszczególnych zagadnień.
Rys. 4.1. Obszary tematyczne objęte przeglądem literaturowym
źródło: opracowanie własne
4. Dotychczasowy stan wiedzy o wpływie kolejowych robót budowlanych na ruch pociągów
31 Pierwszym krokiem w określeniu potrzeb remontowych i inwestycyjnych jest diagnostyka elementów konstrukcyjnych dróg kolejowych (1). Na podstawie diagnostyki, a także prognozy degradacji możliwe jest zaplanowanie robót remontowych lub modernizacyjnych w określonych przedziałach czasu. Tak zaplanowane prace wymagają podziału na zadania inwestycyjne (1→2). W następnym kroku dla poszczególnych zadań może zostać określona technologia robót budowlanych (2→4), a następnie wstępne fazowanie i harmonogram robót (4→3). Na podstawie harmonogramu robót opracowywany jest harmonogram zamknięć torowych (3→5).
Należy jednak zwrócić uwagę, że w kontraktach zlecanych przez PKP PLK S.A.
w formule „projektuj i buduj” technologię robót określa Wykonawca dopiero na etapie koncepcji projektowej, a zatem harmonogram robót w takich przypadkach określany jest bez znajomości technologii robót (2→3). Możliwe do zastosowania technologie robót wynikają więc z przyjętego harmonogramu (3→4), a jeżeli technologie spełniające wymagania terminowe nie będą mogły zostać zastosowane (na przykład wskutek niedostępności maszyn wysokowydajnych) wymagana jest weryfikacja zaplanowanej długości zamknięć torowych (4→5) oraz zaplanowanego harmonogramu robót (4→3).
Zamknięcia torowe określają warunki ruchu pociągów na sieci kolejowej (rozkład jazdy
pociągów, objazdy, konieczność odwołania wybranych pociągów) (5→6),
ale bezpośredni wpływ na warunki ruchu ma również zastosowana technologia robót
i sposób zabezpieczenia placu budowy od strony czynnych torów (4→6) (na przykład
technologia robót i sposób ostrzegania pracowników o nadjeżdżających pociągach
określają maksymalną dopuszczalną prędkość w torze sąsiadującym z miejscem robót
na liniach dwutorowych). Sposób prowadzenia ruchu pociągów podczas realizacji robót
(6→1) wpływa również na planowanie cykli naprawczych dróg kolejowych. Na przykład
wspomniane we wcześniejszym rozdziale zamknięcie dwutorowe linii kolejowej E-20
na odcinku Konin – Września wymusiło konieczność prowadzenia ruchu pociągów
dalekobieżnych trasą objazdową przez linię kolejową nr 353 (przez Inowrocław,
Gniezno). Dostosowanie linii nr 353 do przejęcia zwiększonego obciążenia przewozami,
a także do zwiększonych parametrów eksploatacyjnych wymagało przeprowadzenia
robót wyprzedzających. Ponadto w przypadku, gdy przewidywane utrudnienia w ruchu
pociągów wskutek zaplanowanych zamknięć torowych będą nieakceptowalne przez
przewoźników i organizatorów transportu, uzasadniona może być zmiana podziału robót
na zadania (6→2) lub zmiana harmonogramu robót (6→3).
32 Analizowane publikacje, zestawione w tabeli 4.1, rzadko dotyczyły tylko jednego z sześciu zdefiniowanych powyżej obszarów, najczęściej uwzględniając opisane powyżej zależności pomiędzy tymi obszarami. Na tej podstawie zidentyfikowano 4 grupy publikacji, opisane w poniższej i w kolejnych podrozdziałach. W przeglądzie literatury nacisk położono na odpowiedź na pytanie, czy postawiony problem badawczy został już w całości lub częściowo rozwiązany.
Tabela 4.1. Zidentyfikowane grupy publikacji
Lp. Obszary tematyczne Charakterystyka Analizo-
wane publikacje
1. diagnostyka i
planowanie cykli naprawczych oraz
modernizacji
Publikacje zaliczone do tej grupy skupiają się na diagnostyce elementów
konstrukcyjnych dróg kolejowych, prognozowaniu ich zużycia oraz planowaniu ich remontu lub wymiany.
Wpływ zaplanowanych robót na zamknięcia torowe i ruch pociągów jest traktowany jako tematyka poboczna, lub jako dana wejściowa.
(szczegółowy opis w rozdz. 4.1)
[4, 5, 7, 8, 9, 16, 25, 28, 38, 39, 40, 59, 64, 97, 100, 109, 110, 117]
2. podział robót
na zadania, fazowanie, harmonogramy, zamknięcia torowe i analiza ruchu pociągów
Główną tematyką publikacji tej grupy jest koordynacja robót na sieci kolejowej z bezpośrednim uwzględnieniem ich wpływu na ruch pociągów. Zarówno zakres robót, jak i technologia są traktowane jako dane wejściowe do analiz, określające czas trwania zamknięć torowych, ale nie rozpatrywane szczegółowo w publikacji.
(szczegółowy opis w rozdz. 4.2)
[2, 15, 18, 20, 22, 26, 27, 33, 41, 42, 43, 73, 90, 91, 99, 104]
3. technologia
robót, warunki bhp w terenie kolejowym i zamknięcia torowe
Publikacje dotyczą szczegółowego omówienia technologii robót i sposobu zabezpieczenia miejsca prowadzenia robót wraz z zaznaczeniem wydajności maszyn oraz niezbędnego czasu zamknięć torowych, bez szczegółowej analizy wpływu zamknięć na utrudnienia w ruchu pociągów.
(szczegółowy opis w rozdz. 4.3)
[11, 24, 29, 37, 47, 51, 52, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 72, 93, 111, 113, 131]
4. zamknięcia
torowe i analiza ich wpływu na ruch pociągów
Tematyka publikacji dotyczy metod określenia zależności występujących pomiędzy wprowadzonymi zamknięciami torowymi a ruchem pociągów, nie są rozpatrywane szczegółowo procesy budowlane, wymagające wprowadzanych zamknięć torowych.
(szczegółowy opis w rozdz. 4.4)
[14, 21, 34, 86, 101, 106, 125, 126, 129, 130]
źródło: opracowanie własne
4. Dotychczasowy stan wiedzy o wpływie kolejowych robót budowlanych na ruch pociągów
33
4.1. Diagnostyka i planowanie modernizacji oraz cykli naprawczych
Diagnostyka i prognozowanie zużycia elementów konstrukcyjnych dróg kolejowych jest podstawą dla efektywnego planowania ich napraw lub wymiany.
Przedmiotem prac i badań jest poszukiwanie kompromisu pomiędzy możliwie największym wykorzystaniem elementów konstrukcyjnych (np. maksymalizacja wielkości obciążenia szyn przewozami [7]) a rosnącą w czasie częstotliwością występowania usterek (np. pęknięcia szyn [8], nierówności toru [59]) i zamknięć torowych do czasu ich naprawy. W ramach analiz tego zagadnienia formułuje się tzw. wymagania RAMS
4dotyczące niezawodności infrastruktury, jej dostępności dla ruchu pociągów, możliwości wykonywania napraw i bezpieczeństwa drogi kolejowej [38, 117]. Pracami kompleksowo omawiającymi zagadnienie diagnostyki oraz trwałości i niezawodności nawierzchni kolejowej są pozycje [4] i [5], a podtorza – pozycja [110].
W ostatnich latach w budownictwie szeroko wykorzystywane są analizy kosztu cyklu życia obiektu (LCCA – Life Cycle Cost Analysis), ujmujące opisany problem w postaci zagadnienia optymalizacyjnego [16, 132]. Również w zarządzaniu infrastrukturą kolejową wykorzystuje się modele, w których funkcją celu jest minimalizacja średniorocznego kosztu cyklu życia infrastruktury (LCC/rok) [100]
zarówno w odniesieniu do elementów konstrukcyjnych drogi kolejowej, takich jak nawierzchnia kolejowa [28, 40], jak również w odniesieniu do elementów wyposażenia linii kolejowej, takich jak urządzenia sterowania ruchem kolejowym [64].
Warto również odnotować, że zostały opracowane systemy informatyczne wspierające zarządców infrastruktury w zastosowaniu metody LCCA w praktyce, do których można zaliczyć system ECOTRACK [25, 109].
Całkowity koszt cyklu życia (LCC) składa się z następujących elementów [39]:
nakładów ponoszonych przez zarządcę infrastruktury na budowę i utrzymanie infrastruktury oraz utylizację jej elementów po zakończeniu ich eksploatacji,
kosztów pośrednio związanych z budową i utrzymaniem infrastruktury, ponoszonych przez zarządcę infrastruktury, obejmujących koszty zamknięć torowych oraz opóźnień pociągów,
4
