Koleje podstawy. Wykład 7 Koleje dużych prędkości. dr hab. inż. Danuta Bryja, prof. nadzw. PWr

Koleje podstawy Wykład 7 Koleje dużych prędkości dr hab. inż. Danuta Bryja, prof. nadzw. PWr

Koleje dużych prędkości KOLEJE KLASYCZNE DWUSZYNOWE koleje konwencjonalne koleje dużych prędkości koleje miejskie KOLEJE NIEKONWENCJONALNE koleje linowe koleje linowoterenowe koleje jednoszynowe koleje górskie zębate koleje magnetyczne koleje klasycznych prędkości koleje dużych prędkości

Plan wykładu 1. Klasyczne (dwuszynowe) koleje dużych prędkości przepisy dla KDP infrastruktura KDP tabor KDP eksploatacja i sieci KDP 2. Koleje magnetyczne dużych prędkości

Nazewnictwo Polska KDP = kolej dużych prędkości LDP = linia dużych prędkości Francja TGV Train à Grande Vitesse = pociąg dużych prędkości LGV Ligne à grande vitesse = linia dużych prędkości Niemcy ICE najwyższa kategoria pociągów, do której należą pociągi dużych prędkości SFS Schnellfahrstrecke = linia kolejowa szybkiego ruchu

Nazewnictwo Hiszpania AVE Alta Velocidad Española = Wysoka Prędkość Hiszpańska Japonia ogólne określenie systemu kolei dużych prędkości Shinkansen = nowa linia główna obecnie ogólne określenie systemu kolei dużych prędkości Chiny CRH China Railway High-speed = Chińska Kolej Dużych Prędkości

Przepisy dla KDP Polska brak specjalnych przepisów Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 10 września 1998 r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budowle kolejowe i ich usytuowanie (Dz.U. 1998 nr 151 poz. 987) Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 5 czerwca 2014 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle kolejowe i ich usytuowanie obejmują linie kolejowe o prędkości maksymalnej do 200 km/h

Przepisy dla KDP Unia Europejska przepisy obowiązujące na obszarze całej UE Techniczne Specyfikacje Interoperacyjności mające zastosowanie do systemu kolei dużych prędkości i systemu kolei konwencjonalnych podzielone na podsystemy: Infrastruktura (TSI INF) Osoby o ograniczonej mobilności (TSI PRM) Energia Tabor (lokomotywy i tabor pasażerski, wagony towarowe, hałas) Sterowanie Ruch kolejowy Normy europejskie (EN)

Według Dyrektywy Rady Europejskiej 96/48/WE linie dużych prędkości obejmują: Przepisy dla KDP linie zbudowane specjalnie dla dużych prędkości, pozwalające na osiąganie prędkości równej lub większej niż 250 km/h, linie o standardzie dostosowanym do dużych prędkości, pozwalające na osiąganie prędkości rzędu 200-250 km/h, linie o standardzie dostosowanym do dużych prędkości, które mają szczególne cechy będące rezultatem ograniczeń topograficznych lub planowania przestrzennego miast, na których prędkość musi być dostosowana do warunków lokalnych. Sieć KDP może zawierać linie połączeniowe, szczególnie węzły nowych linii lub linii o standardzie dostosowanym do dużych prędkości, ze stacjami zlokalizowanymi w centrach miast, a prędkość na niej musi uwzględniać lokalne warunki.

Infrastruktura KDP Przystosowanie infrastruktury kolejowej do ruchu pociągów z dużymi prędkościami obejmuje między innymi: odpowiednią geometrię trasy w planie sytuacyjnym i profilu podłużnym, wysoką bezkolizyjność trasy, odpowiednią konstrukcję toru, odpowiednią konstrukcję rozjazdów, specjalne wymagania dotyczące peronów, prowadzenie ruchu za pomocą sygnalizacji kabinowej, wydajne zasilanie sieci trakcyjnej.

Geometria trasy LDP Geometria w planie Promienie łuków dobiera się tak, aby przy maksymalnej prędkości jazdy nie były przekroczone dopuszczalne niedobory przechyłek. Zakres prędkości Wg EN-13803 Wg TSI INF Nominalny limit Wyjątkowy limit Zakres I [mm] a [m/s 2 ] I [mm] a [m/s 2 ] prędkości I [mm] Pociągi bez wychylnego nadwozia v 160 153 80 <v 200 130 0,85 183 1,20 160 < v 300 153 200 < v 230 130 0,85 168 1,10 v >300 100 230 < v 250 130 0,85 153 1,00 250 < v 300 100 0,65 130* 0,85 Pociągi z wychylnym nadwoziem 80 < v 260 275 1,80 306 2,00 * dla torów z nawierzchnią bezpodsypkową Niezrównoważone przyspieszenie boczne a = I*g/s = I/153

Geometria trasy LDP Geometria w przekroju Maksymalna przechyłka wynosi 160 mm (wyjątkowo 180 mm). Geometria w profilu podłużnym Maksymalne pochylenie podłużne: 35 według TSI przyjmowane dla linii z ruchem wyłącznie pasażerskim (standard stosowany od początku istnienia KDP we Francji), 12,5 przyjmowane zwyczajowo dla linii z ruchem mieszanym (np. w Niemczech zakłada się kursowanie pociągów towarowych po LDP, z kilkoma wyjątkami).

Geometria trasy LDP Porównanie przebiegu LDP Hannover Würzburg (v max = 280 km/h) w Niemczech z linią konwencjonalną

Geometria trasy LDP Porównanie przebiegu LDP Nürnberg Ingolstad (v max = 300 km/h) w Niemczech z autostradą nr 9

Geometria trasy LDP Porównanie przebiegu LDP Köln Frankfurt am Main (v max = 300 km/h, i max = 40 ) w Niemczech z autostradą nr 3

Geometria trasy LDP Jeden z typowych tuneli na LDP Köln Frankfurt am Main (v max = 300 km/h, i max = 40 ) w Niemczech

Geometria trasy LDP Jeden z wysokich mostów na LDP Erfurt Nürnberg (v max = 300 km/h) w Niemczech (aktualnie w budowie)

Geometria trasy LDP Jeden z wysokich mostów na LDP Erfurt Nürnberg (v max = 300 km/h) w Niemczech (aktualnie w budowie)

Bezkolizyjność LDP Zabezpieczenie LDP przed dostępem obiektów niepożądanych obejmuje: brak przejazdów w poziomie szyn powyżej prędkości 160 km/h tylko bezkolizyjne przecięcia z drogami, ogrodzenie linii na całej długości (jak w przypadku autostrad), przecięcia z innymi liniami kolejowymi poza stacjami i węzłami bezkolizyjne.

Bezkolizyjność LDP Połączenia z innymi liniami kolejowymi W węzłach poza stacjami: wysoki poziom bezkolizyjności w normalnej sytuacji ruchowej połączenia między liniami bez konieczności znacznej redukcji prędkości oraz bez przecinania toru dla przeciwnego kierunku

Przebieg nowej LDP przez węzeł kolejowy Erfurtu w Niemczech oraz przez stację Erfurt Hbf (v = 160 km/h) Bezkolizyjność LDP Połączenia z innymi liniami kolejowymi Na stacjach węzłowych: zwykle przy zmniejszonej prędkości przejazdu, z połączeniami torów, czasami z wydzieleniem torów przelotowych, czasami z bezkolizyjnym układem podejść

Bezkolizyjność LDP Stacja Nanjing South na LDP Pekin Szanghaj bezkolizyjny układ podejść w głowicy (stacja ma 15 peronów, 28 torów przyperonowych, obsługuje 5 kierunków wylotowych sieci KDP)

Bezkolizyjność LDP Stacja Nanjing South na LDP Pekin Szanghaj bezkolizyjny układ podejść w głowicy

Bezkolizyjność LDP Stacja Nanjing South na LDP Pekin Szanghaj bezkolizyjny układ podejść w głowicy

Konstrukcja nawierzchni na LDP Na liniach dużych prędkości stosuje się nawierzchnie: klasyczne (podsypkowe), bezpodsypkowe. Wymagana jest bardzo wysoka jakość wykonania i utrzymania nawierzchni, zapewniająca niezmienność położenia toru, minimalizująca nierówności poziome i pionowe. Wymagania te lepiej spełniają nawierzchnie bezpodsypkowe.

Konstrukcja toru na LDP Pociąg AVE Class 103 (Siemens Velaro) na LDP Madryt-Barcelona (nawierzchnia klasyczna v max = 310 km/h)

Konstrukcja toru na LDP Widok z kabiny maszynisty pociągu TGV POS na LGV Est (Paryż- Strasbourg docelowo) (nawierzchnia klasyczna v max = 350 km/h)

Konstrukcja toru na LDP Testy pociągu ED250 (Pendolino ETR610) na Centralnej Magistrali Kolejowej (nawierzchnia klasyczna, v max = 300 km/h - docelowo)

Konstrukcja toru na LDP Rekord świata prędkości pociągu klasycznego na LGV Est (Paryż - Strasbourg), v max = 574,8 km/h

Konstrukcja toru na LDP Nawierzchnia bezpodsypkowa typu Max Bögl na LDP Nürnberg Ingolstad (v max = 300 km/h)

Konstrukcja toru na LDP Nawierzchnia bezpodsypkowa typu Max Bögl na LDP Pekin-Szanghaj w głowicy stacji Jinan West (v max = 350 km/h)

Konstrukcja toru na LDP Nawierzchnia bezpodsypkowa typu Shinkansen na LDP Taipei- Kaohsiung (Tajwan) (v max = 293 km/h)

Rozjazd zwyczajny Rozjazdy kolejowe Stanowi rozgałęzienie dwóch torów, z których jeden, nazywany torem zasadniczym, jest zawsze prosty, drugi zaś, nazywany torem zwrotnym lub odgałęźnym, ma kształt łuku kołowego lub innej krzywej. Zwrotnica służy do kierowania zestawów kołowych z jednego toru na drugi. Złożona jest z dwóch iglic (szyny o specjalnym profilu, przesuwające się poprzecznie po siodełkach) oraz dwóch opornic (szyny nieruchome o profilu takim jak szyny toru). Krzyżownica umożliwia przejazd zestawu kołowego przez miejsce krzyżowania się szyn. Składa się z dwóch kierownic, dziobu krzyżownicy i szyn skrzydłowych.

Rozjazdy na LDP W rozjazdach przeznaczonych do stosowania na LDP istotne są następujące cechy: prędkość jazdy na kierunku na wprost wpływa na nią konstrukcja krzyżownicy, prędkość jazdy na tor zwrotny wpływa na nią krzywizna toru zwrotnego.

Rozjazdy kolejowe Według TSI, rozjazdy i skrzyżowania położone na liniach dużych prędkości, które dopiero będą budowane, dla prędkości większych lub równych 280 km/h, powinny być budowane z ruchomymi dziobami krzyżownic (wtedy krzyżownice nie mają kierownic).

Rozjazdy na LDP Prędkości w torach zwrotnych rozjazdów: Prędkość na torze zwrotnym [km/h] 40 Krzywizna w torze zwrotnym (w zależności od typu) Długość rozjazdu Liczba napędów iglic ~27 m 1 50 ~33 m 1 60 Pojedynczy łuk ~41,5 m 2 80 kołowy ~54 m 2 100 ~64/89 m 3 / 4 Krzywa 130 przejściowa ~94/110 m 5 160 ~137 m 6-7 200 (klotoida) ~168 m 8

Infrastruktura KDP Perony Peronów stacyjnych nie buduje się przy torach, po których pociągi mogą poruszać się z prędkością przekraczającą lub równą 250 km/h. Perony lokalizuje się przy torach głównych dodatkowych. Dostęp pasażerów do peronów sąsiadujących z torami, po których pociągi mogą poruszać się z prędkością przekraczającą lub równą 250 km/h, jest dopuszczalny tylko wtedy, gdy pociąg ma się zatrzymać.

Infrastruktura KDP Stacja Kinding na linii dużych prędkości Nürnberg - Ingolstadt

Infrastruktura KDP Peron na linii Berlin-Hamburg, przy którym przejeżdżają pociągi bez zatrzymania z prędkością 230 km/h. Wejście do pasa bezpieczeństwa dozwolone dopiero po zatrzymaniu pociągu przy peronie.

Sygnalizacja kolejowa Na liniach konwencjonalnych ruch prowadzony jest za pomocą sygnalizacji świetlnej semaforów umieszczonych przy torach, które pokazują sygnał zabraniający ruchu lub zezwalający na ruch z określoną prędkością. Sygnały świetlne uzupełniają wskaźniki stałe. Przy jeździe z prędkością powyżej 160 km/h odczyt sygnałów wyświetlanych punktowo jest utrudniony. Prowadzenie ruchu pociągów z dużymi prędkościami wymaga wyświetlania informacji na temat dopuszczalnej prędkości w kabinie prowadzącego pojazd.

Sygnalizacja kabinowa Przykładowe systemy sygnalizacji kabinowej: ETCS poziomy od 1 do 3 (European Train Control System) system europejski wprowadzony jako standard na sieci interoperacyjnej LZB (Linienzugbeeinflussung) system niemiecki, stosowany także w Austrii i Hiszpanii (poza liniami z ETCS) TVM (Transmission Voie-Machine) system francuski (poza liniami z ETCS) CTCS poziomy od 0 do 4 (Chinese Train Control System) Chiny (systemy poziomów od 2 do 4 oparte są o systemy europejskie TVM i ETCS)

Sygnalizacja kabinowa Trzy grupy urządzeń: pokładowe, torowe i polowe Schemat urządzeń w systemie ETCS poziomu 2

Sygnalizacja kabinowa Eurobalisy systemu ETCS

Sygnalizacja kabinowa Antena pojazdu systemu ETCS

Sygnalizacja kabinowa Ekran systemu ETCS w kabinie maszynisty

Sygnalizacja kabinowa Kabel promieniujący systemu LZB

Sygnalizacja kabinowa Wskaźniki systemu LZB w kabinie maszynisty

Sygnalizacja kabinowa W systemie interoperacyjnym maszynista nie musi znać systemów sygnalizacji w poszczególnych państwach, przez które prowadzi pociąg międzynarodowy. Wskaźniki granic sekcji (odstępów) na linii wyposażonej we francuski system TVM

Zasilanie sieci trakcyjnej Systemy zasilania linii dużych prędkości: 25 kv 50 Hz AC ogólnoświatowy standard stosowany na nowobudowanych liniach dużych prędkości (bez związku z systemem elektryfikacji sieci kolei konwencjonalnych) 25 kv 60 Hz AC USA, Tajwan, Japonia (nie wszystkie linie), Korea Południowa 15 kv 16 2/3 Hz AC Niemcy, system ogólnokrajowy 3 kv DC Włochy (niektóre linie - Direttissima Florencja-Rzym + linie łączące); Polska ( Centralna Magistrala Kolejowa (Warszawa) - Grodzisk Mazowiecki Zawiercie (Katowice))

Tabor KDP Pociągi dużych prędkości budowane są w oparciu o schemat pociągu zespołowego lub zespołu trakcyjnego.

Tabor KDP ICE-1, ICE-2 (Niemcy) pociąg zespołowy z wagonami indywidualnymi Wagon Masa [kg] Nacisk osiowy [kn] Długość [m] Głowica napędowa 80 000 196 20,56 Pasażerski ok. 60 000 147 26,40 TGV POS (Francja) pociąg zespołowy z wagonami na wózkach Jacobsa Wagon Masa [kg] Nacisk osiowy [kn] Długość [m] Głowica napędowa 67 800 166 22,15 Pasażerski środkowy 34 250 168 18,70

Tabor KDP ICE-3 (Niemcy) elektryczny zespół trakcyjny z wagonami indywidualnymi Wagon Masa [kg] Nacisk osiowy [kn] Długość [m] Sterowniczy 64 000 157 25,84 Środkowy 64 000 157 24,78

Tabor KDP Alstom ETR 610 Nuevo Pendolino elektryczny zespół trakcyjny z wagonami indywidualnymi dla PKP Intercity Wagon Masa [kg] Nacisk osiowy [kn] Długość [m] Sterowniczy 61 200 150 28,20 Środkowy 61 200 150 26,20

Tabor KDP Alstom AGV (Automotrice à Grande Vitesse Jednostka Dużych Prędkości) elektryczny zespół trakcyjny z wagonami na wózkach Jacobsa następca pociągów TGV

Tabor KDP Pociągi z wychylnym nadwoziem Czerwony układ przyspieszeń działających na pociąg podczas przejazdu przez łuk Niebieski - układ przyspieszeń działających na pasażera po wychyleniu nadwozia

Eksploatacja i sieci KDP Sieć linii wykorzystywanych przez pociągi TGV we Francji Liczba par pociągów TGV w ciągu doby

Eksploatacja i sieci KDP Sieć linii wykorzystywanych przez pociągi ICE w Niemczech Liczba par pociągów ICE w ciągu doby

Eksploatacja i sieci KDP W ramach sieci połączeń zaliczanych do kolei dużych prędkości pociągi korzystają na niektórych odcinkach tras z linii konwencjonalnych. Kształt siatki połączeń zależy w pierwszej kolejności od potrzeb przewozowych i nie powinien być ograniczany przez dostępność infrastruktury przystosowanej do ruchu z najwyższymi prędkościami. Aktualnie (początek 2015 roku) najszybsze pociągi dużych prędkości kursują z pasażerami z prędkościami maksymalnymi 320 km/h (np. na LGV Est we Francji), chociaż niektóre linie mają wyższe prędkości konstrukcyjne (np. LGV Est lub LDP Pekin-Szanghaj 350 km/h).

Eksploatacja i sieci KDP Planowana sieć KDP w Polsce

Eksploatacja i sieci KDP Istniejąca sieć KDP na Dalekim Wschodzie Istniejąca sieć KDP w Europie

Koleje magnetyczne Prędkości konwencjonalne Koleje dużych prędkości Szanghaj, Chiny - Linimo, Japonia (100 km/h) - Incheon Airport, Korea Płd. (110 km/h) - Pekin, Chiny - kolej miejska, linia S1 (160 km/h) Berlin- Hamburg; Monachium lotnisko, Niemcy (niezrealizowane) Tokio-Nagoya- (Osaka), Japonia (w planach)

Transrapid w Szanghaju Shanghai Transrapid lub Shanghai Maglev Liczba linii 1 Liczba stacji - 2 Długość linii 30,5 km + bocznica do zajezdni Prędkość maksymalna i czas przejazdu w zależności od pory doby: Godziny 06:45 08:45 09:00 10:45 11:00 14:45 15:00 15:45 16:00 19:00 19:00-21:40 Czas jazdy [min:s] 08:10 07:20 08:10 07:20 08:10 08:10 Prędkość maksymalna 301 km/h 431 km/h 301 km/h 431 km/h 301 km/h 301 km/h Prędkość średnia 224 km/h 251 km/h 224 km/h 251 km/h 224 km/h 224 km/h Takt kursowania 15 min 15 min 15 min 15 min 15 min 20 min

Transrapid w Szanghaju

Transrapid w Szanghaju Shanghai Hongqiao - główna stacja KDP Koszt budowy 1,33 mld USD