Tramwaj dwusystemowy - moda, czy trend rozwojowy aglomeracyjnego transportu szynowego?

Transkrypt

1 KRAŚKIEWICZ Cezary 1 OLEKSIEWICZ Wojciech 2 Tramwaj dwusystemowy - moda, czy trend rozwojowy aglomeracyjnego transportu szynowego? WSTĘP Tramwaj dwusystemowy (ang. tram-train ) jest to system pasażerskiego transportu publicznego łączący w sobie właściwości w zakresie infrastruktury, taboru oraz zasad organizacji przewozów dwóch podsystemów dróg szynowych: kolejowego i tramwajowego. W najbardziej rozpowszechnionym rozwiązaniu tramwaju dwusystemowego tzw. Modelu Karlsruhe (szerzej opisanym w pracy [9]) odpowiednio dostosowany szynowy pojazd może poruszać się po torach tramwajowych (na obszarze miasta) oraz po torach kolejowych (na odcinkach podmiejskich i w okolicznym regionie). Rozwój tramwaju dwusystemowego wpisuje się w obserwowany obecnie korzystny trend dynamicznej ekspansji systemów tramwajowych zarówno tych tradycyjnych jak i innowacyjnych oraz niekonwencjonalnych. Przykładami takich niekonwencjonalnych systemów tramwajowych są: system TransLohr w miastach Clermont-Ferrand oraz Paryżu (połączenie rozwiązań tramwajowych i autobusowych - patrz praca [7]), tramwaje towarowe (np. w miastach Drezno i Zürich - patrz praca [8]), tramwaje zasilane za pomocą szyny prądowej wbudowanej w torowisko (francuskie miasta: Bordeaux, Reims, Angers, Orléans i Tours, a także Dubaj patrz praca [10]). Początkowo tramwaje dwusystemowe rozwijały się głównie w miastach niemieckich: Karlsruhe, Saarbrücken, Kassel, Zwickau, Chemnitz, Heilbronn i Nordhausen [6]. Na fali powrotu systemów tramwajowych we francuskich miastach system ten powstał także w Paryżu [4] i Miluzie. System ten istnieje także w hiszpańskim mieście Alicante. Analizy mające na celu implementację tramwaju dwusystemowego były przygotowywane dla Krakowa [1], Łodzi [12], Wrocławia [5] i Warszawy. 1. POWODY POWSTANIA TRAMWAJU DWUSYSTEMOWEGO Podstawowym powodem powstania tramwaju dwusystemowego było usprawnienie obsługi komunikacyjnej stref podmiejskich poprzez stworzenie systemu bezpośrednich połączeń z przedmieść i okolicznych mniejszych miejscowości do centrum miasta bez potrzeby przesiadki np. z kolei podmiejskiej na tramwaj. Każda konieczność dokonania przesiadki z jednego środka transportu na drugi jest przez pasażera postrzegana jako uciążliwość zmniejszająca atrakcyjność istniejącego systemu transportu zbiorowego i wydłużająca jego czas dojazdu. Kolejnym powodem było dążenie do racjonalizacji wykorzystania istniejącej infrastruktury szynowej. Dla miast, które posiadają mało obciążone przewozami linie kolejowe (często zbyt mało rentowne dla krajowego zarządcy infrastruktury) i dobrze rozbudowaną sieć tramwajową stworzenie sieci tramwaju dwusystemowego wykorzystującego istniejącą infrastrukturę kolejową jest finansowo bardziej uzasadnione niż budowa nowej trasy tramwajowej od podstaw. Wykorzystanie tej infrastruktury dodatkowo dla przewozów tramwajowych (dwusystemowych) generuje mniejsze koszty niż ich obsługa tylko klasycznym taborem kolejowym, a oszczędności można spożytkować na zwiększenie częstotliwości przewozów, co spowoduje wzrost atrakcyjności połączeń transportem szynowym. 1 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Dróg i Mostów; Warszawa, Al. Armii Ludowej 16. c.kraskiewicz@il.pw.edu.pl 2 Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej, Instytut Dróg i Mostów; Warszawa, Al. Armii Ludowej 16. Tel: , w.oleksiewicz@il.pw.edu.pl 4247

2 2. UWARUNKOWANIA TECHNICZNE, FORMALNO-PRAWNE I ORGANIZACYJNE WDRAŻANIA TRAMWAJÓW DWUSYSTEMOWYCH Na etapie wdrażania tramwajów dwusystemowych dostosowanych do poruszania się równocześnie po infrastrukturze kolejowej i tramwajowej pojawiły się bariery techniczne, formalno-prawne i organizacyjne. Rozwiązania techniczne w zakresie infrastruktury i taboru znacznie się różnią dla dwóch podsystemów dróg szynowych: kolei i tramwaju. W szczególności widać te różnice w odniesieniu do: rozjazdów, skrzyżowań torów, profili kół pojazdów, szerokości toru (tylko w niektórych wypadkach), skrajni budowli i taboru, parametrów peronów pasażerskich oraz wymagań wytrzymałości obudowy pojazdu w sytuacji zderzenia. Zdecydowanie odmienna jest także dla tych dwóch podsystemów specyfika organizacyjna związana z systemami sterowania ruchem i kontroli ruchu oraz systemami zasilania trakcyjnego. Różnice te nastręczały na etapie wdrażania tramwajów dwusystemowych różnorodnych problemów, które aktualnie posiadają swoje rozwiązania i których szczegółową charakterystykę przedstawiono w dalszych podpunktach tego rozdziału Rozjazdy, skrzyżowania torów i profile kół pojazdów W klasycznych rozjazdach tramwajowych i w skrzyżowaniach torów krzyżownice płytkorowkowe wyposażone są w rampy najazdowe o pochyleniu minimalnym 1:100, na długości której rowek szyny rowkowej zmniejsza głębokość, aby umożliwić przejazd koła o obręczach PST lub innych typów po obrzeżu tzn. naciski pionowe przenoszone są przez obrzeża, a nie obręcze kół, co pokazano na rysunkach 1 i 2. Dzięki takiemu rozwiązaniu kąty krzyżownic mogą mieć dużą wartość nawet wynoszącą 90 (kąt prosty). Rys. 1. Zasada prowadzenia koła tramwaju przejeżdżającego przez krzyżownicę w klasycznym rozjeździe tramwajowym lub skrzyżowaniu torów tramwajowych o krzyżownicy płytkorowkowej. Oznaczenia: Q pionowe naciski, 1 szyna rowkowa, 2 blok krzyżownicy, 4 obrzeże obręczy koła, 5 koło tramwajowe 4248

3 Rys. 2. Zasada prowadzenia koła tramwaju przejeżdżającego przez krzyżownicę w klasycznym rozjeździe tramwajowym lub skrzyżowaniu torów tramwajowych o krzyżownicy płytkorowkowej. Oznaczenia: Q pionowe naciski, 1 szyna rowkowa, 2 blok krzyżownicy, 3 powierzchnia toczna obręczy koła, 4 obrzeże obręczy koła Zupełnie inaczej sytuacja wygląda w przypadku klasycznych rozjazdów kolejowych, gdzie w krzyżownicach głębokorowkowych naciski pionowe są przenoszone przez obręcze koła typu AOC (co zmusza do stosowania krzyżownic o małych kątach), a obrzeże znajduje się w rowku, co pokazano na rys. 3 i 4. Rys. 3. Zasada prowadzenia koła przejeżdżającego przez krzyżownicę w rozjazdach kolejowych lub tramwajowych o krzyżownicy głębokorowkowej. Oznaczenia: Y pozioma siła prowadząca (przekazywana przez kierownicę na obrzeże obręczy koła), Q pionowe naciski (a + b = 1), 1 dziób krzyżownicy, 2 szyna skrzydłowa, 3 powierzchnia toczna obręczy koła, 4 obrzeże obręczy koła, 5 opornica, 6 kierownica Rys. 4. Zasada przekazywania nacisku pionowego z koła na dziób krzyżownicy i szyny skrzydłowe. Oznaczenia: 1 dziób krzyżownicy, 2 szyna skrzydłowa, 3 powierzchnia toczna obręczy koła, 4 obrzeże obręczy koła, 5 powierzchnia przekazywania nacisku pionowego z koła na dziób krzyżownicy i na szynę skrzydłową 4249

4 Z uwagi na nominale wymiary szerokości toru kolejowego (a także z uwzględnieniem odchyłek dopuszczalnych i poszerzenia toru kolejowego na łuku o małej wartości promienia) ruch tramwaju z obręczami tramwajowymi PST o szerokości 90 mm po torze kolejowym nie jest możliwy, gdyż profil ten znacznie odbiega od profilu AOC o szerokości 135 mm. Celowym, w przypadku tramwajów dwusystemowych, okazuje się zastosowanie profilu pośredniego dostosowanego do istniejącej infrastruktury tramwajowej i kolejowej. W tramwajach dwusystemowych [2, 3] stosuje się poszerzone obręcze, które zamiast 90 mm mają 135 mm szerokości, co powoduje konieczność wyniesienia szyny nad poziom zabudowy torowiska o mm w celu uniknięcia sytuacji przewyższenia przez zdegradowaną zabudowę poziomu główki szyny, co powodowało by niepożądany kontakt zabudowy torowiska z poszerzonym obrzeżem koła. W przypadku torowisk tramwajowych należy stosować szyny o głębokości rowka mm (np. 59R1), aby uniemożliwić przejazd kół taboru dwusystemowego po obrzeżu w przypadku wystąpienia znacznego zużycia pionowego szyn Szerokość toru Na większości sieci kolejowych w Europie szerokość toru wynosi 1435 mm. W przypadku torowisk tramwajowych podstawowym wymiarem jest również szerokość toru wynosząca 1435 mm, ale istnieje sporo miast gdzie wymiar ten jest inny (najczęściej wynosi 1000 mm). Dla implementacji w mieście systemu tramwaju dwusystemowego dogodna jest sytuacja, gdy szerokość toru kolejowego pokrywa się z szerokością toru tramwajowego. Jeśli wymiary te są różne to zazwyczaj stosuje się trzecią szynę toczną przykładem jest niemieckie miasto Zwickau Skrajnia budowli i taboru oraz parametry peronów Wymiar szerokości skrajni klasycznego taboru tramwajowego wynosi zazwyczaj od 2,20 do 2,40 m. Podczas gdy wymiar szerokości skrajni klasycznego taboru kolejowego wynosi powyżej 2,80 m. Dlatego też wymiar szerokości skrajni taboru dwusystemowego jest pewnym kompromisem pomiędzy taborem tramwajowym a kolejowym i wynosi najczęściej 2,65 m. Wymiar wysokości peronów tramwajowych jest znacznie mniejszy niż klasycznych peronów kolejowych (w Polsce od 300 do 960 mm, ale nowe i zmodernizowane perony tylko o wysokościach 760 i 550 mm), dlatego też stosowane są w obrębie niższych peronów tramwajowych w mieście w kolejnych generacjach taboru dwusystemowego wysuwane schodki (co pokazano na rysunku 5) i wysuwane rampy. Elementy te są automatycznie chowane w momencie zamykania drzwi, aby nie naruszać skrajni budowli (patrz rysunek 6). Wysuwane schodki i rampy dodatkowo zapewniają kompensację odległości poziomej - różnic pomiędzy szerokością skrajni taboru kolejowego i dwusystemowego na przystankach przy trasach tramwaju dwusystemowego, które są użytkowane również przez klasyczny tabor kolejowy (co pokazano na rysunku 7). Rys. 5. Wysuwany schodek ułatwiający pasażerom wsiadanie do tramwajów dwusystemowych w Karlsruhe na niskich peronach przystanków tramwajowych w mieście [Fot. C. Kraśkiewicz] 4250

5 Rys. 6. Dodatkowy schodek w pozycji schowanej po zamknięciu drzwi, którego zadaniem jest ułatwienie pasażerom wsiadania do tramwajów dwusystemowych w Karlsruhe z niskich peronów przystanków tramwajowych w mieście [Fot. C. Kraśkiewicz] Rys. 7. Dodatkowy schodek znajdujący się w pozycji wysuniętej po otwarciu drzwi wejściowych, którego zadaniem jest kompensacja odległości poziomej, a przez to ułatwienie pasażerom wsiadania do tramwajów dwusystemowych w rejonie Karlsruhe z wysokich peronów przystanków kolejowych przy trasach tramwaju dwusystemowego poza miastem, które są użytkowane również przez klasyczny tabor kolejowy [Fot. C. Kraśkiewicz] 2.4. Podstawowe parametry pojazdów ze względu na bezpieczeństwo ruchu Zapewnienie zabezpieczenia biernego pojazdu przed skutkami zderzeń, czyli maksymalna siła podłużna rozpoczynająca proces odkształceń pudła tramwaju wynosi 200 kn, podczas gdy dla pudła pojazdu kolejowego wynosi 1500 kn (dopuszcza się dla pojazdów pomocniczych wartość 600 kn). W przypadku pojazdów dwusystemowych w Karlsruhe przyjęto wartość siły podłużnej jako kompromis pomiędzy wymaganiami tramwajowymi i kolejowymi na poziomie 600 kn. Spełnienie tego warunku powoduje zwiększenie masy tramwaju dwusystemowego w stosunku do klasycznych tramwajów. Obniżenie poziomu zabezpieczenia biernego tramwaju dwusystemowego w stosunku do klasycznych pojazdów kolejowych jest kompensowane poprzez zwiększenie zabezpieczenia w sposób czynny np. skrócenie drogi hamowania i instalacja nowoczesnych systemów sterowania ruchem kolejowym. 4251

6 2.5. Systemy sterowania ruchem oraz kontroli ruchu W przypadku systemów tramwajowych sygnalizacja jest sprzężona z sygnalizacją uliczną. Motorniczy kieruje tramwajem na widoczność. Sterowanie i kontrola ruchu na liniach kolejowych jest prowadzona z nastawni przez dyżurnych ruchu i opiera się na systemach blokady liniowej i stacyjnej (samoczynnej, półsamoczynnej, itd.). Dlatego też tramwaje dwusystemowe muszą być dostosowane do poruszania się w mieście po torowiskach tramwajowych (posiadać kierunkowskazy), jak i na liniach kolejowych (posiadać wyposażenie systemów sterowania ruchem kolejowym). Pulpit maszynisty tramwaju dwusystemowego w Karlsruhe pokazano na rysunku 8. Rys. 8. Pulpit maszynisty tramwaju dwusystemowego w Karlsruhe [Fot. C. Kraśkiewicz] 2.6. Systemy zasilania Tramwaje są zasilanie prądem stałym o napięciu 600 V lub 750 V. Linie kolejowe są zaś zasilane np. w Polsce prądem stałym o napięciu 3 kv, w Niemczech zaś prądem przemiennym o napięciu 15 kv i częstotliwości 16 2/3 Hz. Dlatego też w miejscach zmiany systemu zasilania stosuje się strefy przejściowe beznapięciowe, które pojazd pokonuje siłą rozpędu. Przykład tablicy informującej maszynistę o zmianie systemu zasilania w Karlsruhe pokazano na rysunku 9. Rys. 9. Tablica informująca maszynistę o zmianie systemu zasilania w Karlsruhe [11] 4252

7 WNIOSKI W obecnych czasach, gdy czas i komfort podróży odgrywa coraz większe znaczenie przy wyborze środka lokomocji, rozwiązania takie jak tramwaj dwusystemowy, które zapewniają usprawnienie obsługi komunikacyjnej stref podmiejskich poprzez stworzenie systemu bezpośrednich połączeń z przedmieść i okolicznych mniejszych miejscowości do centrum miasta bez potrzeby przesiadki powinny znajdować coraz częstsze zastosowanie w planach transportowych całych regionów. Kolejną obserwowaną obecnie pozytywną tendencją, która przemawia za wdrażaniem tramwajów dwusystemowych jest dążenie do racjonalizacji wykorzystania istniejącej infrastruktury szynowej. Miasta posiadające mało obciążone przewozami linie kolejowe (często zbyt mało rentowne dla krajowego zarządcy infrastruktury) i dobrze rozbudowaną sieć tramwajową będą coraz częściej wdrażać systemy tramwaju dwusystemowego wykorzystującego istniejącą infrastrukturę kolejową. Rozwiązanie to jest finansowo bardziej uzasadnione niż budowa nowej trasy tramwajowej od podstaw. Wykorzystanie tej infrastruktury dodatkowo dla przewozów tramwajowych (dwusystemowych) generuje mniejsze koszty niż ich obsługa tylko klasycznym taborem kolejowym. Powstałe w ten sposób oszczędności można spożytkować na zwiększenie częstotliwości przewozów, co spowoduje wzrost atrakcyjności połączeń transportem szynowym. Dogodną sytuacją dla wdrażania tramwajów dwusystemowych, jest ta w której szerokość toru kolejowego w regionie jest równa szerokości toru tramwajowego w danym mieście. Aktualnie kiedy rozwiązane są wszelkie problemy natury technicznej, formalno-prawnej i organizacyjnej, które pojawiły się na etapie wdrażania tramwajów dwusystemowych dostosowanych do poruszania się równocześnie po infrastrukturze kolejowej i tramwajowej implementacja systemów tramwaju dwusystemowego stała się stosunkowo prosta. Przedstawiona specyfika charakterystyk technicznych i przewozowych tramwaju dwusystemowego uzasadnia tezę, że jest to perspektywiczne rozwiązanie pozwalające na racjonalne i bardziej efektywne wykorzystanie infrastruktury taborowej i torowej transportu szynowego i tym samym stworzenie spójnego systemu przewozów aglomeracyjnych bardziej atrakcyjnych dla pasażerów niż odrębnie rozwijane systemy komunikacji kolejowej i tramwajowej w miastach i ich otoczeniu. W Polskich warunkach obecnego nadrabiania zaległości w rozwoju infrastruktury transportu szynowego tramwaj dwusystemowy powinien jak najszybciej znaleźć należne mu miejsce m.in. poprzez podjęcie wspólnych, skoordynowanych analiz i działań badawczych środowisk naukowych związanych z planowaniem rozwoju miast, transportem miejskim i transportem kolejowym. Streszczenie W artykule omówiono specyfikę charakterystyk technicznych i przewozowych tramwaju dwusystemowego. Zdefiniowano tramwaj dwusystemowy jako system pasażerskiego transportu publicznego łączący w sobie właściwości w zakresie infrastruktury, taboru oraz zasad organizacji przewozów dwóch podsystemów dróg szynowych: kolejowego i tramwajowego. W najbardziej rozpowszechnionym obecnie rozwiązaniu tramwaju dwusystemowego tzw. Modelu Karlsruhe odpowiednio dostosowany szynowy pojazd może poruszać się po torach tramwajowych (na obszarze miasta) oraz po torach kolejowych (na odcinkach podmiejskich i w okolicznym regionie). W trakcie wdrażania tramwajów dwusystemowych dostosowanych do poruszania się równocześnie po infrastrukturze kolejowej i tramwajowej pojawiły się bariery techniczne, formalno-prawne i organizacyjne. Różnice te nastręczały na etapie wdrażania tramwajów dwusystemowych różnorodnych problemów, które aktualnie posiadają swoje rozwiązania i których szczegółową charakterystykę przedstawiono w niniejszym artykule. Tramwaj dwusystemowy jest perspektywicznym rozwiązaniem, które pozwala na racjonalne i bardziej efektywne wykorzystanie infrastruktury taborowej i torowej transportu szynowego. Słowa kluczowe: tramwaj dwusystemowy, tramwaj, kolej, transport szynowy, przewozy aglomeracyjne Tram-train - fashion or developmental trend of agglomeration rail transport? Abstract The article discusses technical and traffic system characteristics of a tram-train, defined as a public passenger transport system that combines features of infrastructure, rolling stock and rules for organizing both 4253

8 rail and tram subsystems. Currently, the most widespread tram-train solution is so-called the Karlsruhe model adapted to the traffic on both tram tracks (in the city) as well as on railway tracks (in the suburban sections and their surrounding region). During the implementation of tram-trains - adapted to move simultaneously on both railway and tram infrastructure - some technical, formal, legal and organizational issues appeared. In the implementation phase these differences presented a variety of problems which have already been solved and whose detailed solutions are presented in this article. The tram-train is a long-term solution that enables rational and more efficient use of infrastructure and train track rail. Keywords: tram-train, tram, rail, railway transport, agglomeration transport BIBLIOGRAFIA 1. Czyczuła W., Koncepcja zintegrowanego systemu transportu szynowego dla Krakowa. Technika Transportu Szynowego 1999, nr Czyczuła W., Warunki techniczne jakim powinna odpowiadać infrastruktura ze względu na ruch pojazdów dwusystemowych. Technika Transportu Szynowego 2000, nr Czyczuła W., Jeżewicz J., Wstępna analiza kosztów eksploatacyjnych tramwajów dwusystemowych. Technika Transportu Szynowego 2000, nr Drapała A., Pierwszy tramwaj dwusystemowy we Francji. Transport Miejski i Regionalny 2007, nr Gisterek I., Krużyński M., Ocena możliwości i zasadności uruchomienia tramwaju dwusystemowego we Wrocławiu. Transport Miejski i Regionalny 2010, nr Harassek A., Dwusystemowy tramwaj w Nordhausen. Technika Transportu Szynowego 2004, nr Kraśkiewicz C., Infrastruktura i tabor w systemie miejskiego transportu TRANSLOHR. Logistyka 2014, nr Kraśkiewicz C., Oleksiewicz W., Historia i perspektywy rozwoju systemu tramwaju towarowego. Logistyka 2014, nr Kraśkiewicz C., Oleksiewicz W., Tramwaj dwusystemowy w Karlsruhe. Logistyka 2015, nr Kraśkiewicz C., Oleksiewicz W., Zasilanie tramwaju z szyny prądowej wbudowanej w torowisko rozwiązania francuskie. Logistyka 2014, nr Walter-klan.de, Wesołowski J., Pociągiem przez centrum Łodzi? Technika Transportu Szynowego 1999, nr