Włodzimierz Czyczuła Infrastruktura kolei dużych prędkości w technicznych specyfikacjach interoperacyjności (TSI) technika Szybki rozwój sieci kolei dużych prędkości w Europie, jaki nastąpił na początku lat 90., zwrócił uwagę środowisk kolejowych i instytucji unijnych na konieczność dokonania standaryzacji technicznej stosowanych w budowie nowych linii rozwiązań technicznych w formie obowiązujących na obszarze Unii aktów prawnych. W 1966 r. została wydana dyrektywa 96/48/EC o interoperacyjności transeuropejskiej sieci kolei dużych prędkości [1]. Postanowienia dyrektywy zobowiązały Komisję Europejską do wprowadzenia szczegółowych technicznych specyfikacji interoperacyjności (TSI) dla poszczególnych podsystemów. W odniesieniu do infrastruktury te wymagania techniczne wprowadziła Komisja Europejska decyzją 2002/732 [2]. Porównując dopuszczalne statyczne obciążenia osi i naciski dynamiczne widać, że maksymalny współczynnik dynamiczny wynosi około 2. 3. Obciążenie poprzeczne Y Dopuszczalne oddziaływanie poprzeczne zestawu na tor z uwagi na przesunięcie trwałe (klasyczne kryterium Prud home a): P o Y 10 + [kn] 3 P o statyczny nacisk osi [kn]. Z uwagi na niebezpieczeństwo wykolejenia: Y d 0,8 P d W artykule przedstawiono podstawowe charakterystyki techniczne infrastruktury dla kolei dużych prędkości, wynikające z przyjętych specyfikacji. Przeprowadzono także porównanie parametrów technicznych w odniesieniu do aktualnych przepisów polskich [3], pracy [4], a także pracy [5], zwłaszcza w odniesieniu do wymagań dotyczących sił podłużnych i dopuszczalnych pochyleń. Dopuszczalne obciążenia dróg kolejowych (torów, rozjazdów i skrzyżowań) 1. Statyczne pionowe obciążenia osi pojazdów P o Osi napędzanej: v > 250 km/h P o 170 kn/oś, v = 250 km/h P o 180 kn/oś, v 200 km/h P o należy określić na podstawie analizy konstrukcji drogi kolejowej. Osi nie napędzanej: v 250 km/h P o 170 kn/oś, v < 250 km/h P o należy określić na podstawie analizy konstrukcji drogi kolejowej. Wymagania te przedstawiono za specyfikacją TSI [2], a wynikają one z wielu badań prowadzonych głównie (lata 60. i 70. ubiegłego wieku) we Francji i Japonii, a później także w Niemczech. Warto zauważyć, że w 1969 r., gdy analizowano prędkości pociągów do 200 km/h, chodziło o naciski osi lokomotywy na poziomie 220 kn [4]. 2. Dynamiczne obciążenia koła pojazdu P d v [200; 250] km/h P d 180 kn, v [250; 300] km/h P d 170 kn, v > 300 km/h P d 160 kn. Y d, P d poprzeczny i pionowy nacisk koła na szynę. W zakresie dopuszczalnych obciążeń poprzecznych przyjęto klasyczne kryterium torowe Prud home a (badania z 1962 r.), a kryterium określające niebezpieczeństwo wykolejenia odnosi się do kąta nachylenia obrzeża 60 i przy czasie oddziaływania siły poprzecznej większym lub równym 50 ms. 4. Siły wzdłużne W odniesieniu do sił wzdłużnych, w specyfikacji TSI [2] określono, że tor musi być przystosowany do danych warunków termicznych (maksymalna i minimalna temperatura szyn), a także przenieść siły hamowania i rozpędzania pociągów z intensywnością większą niż 2,5 m/s 2 lub siłę hamowania 360 kn/pociąg. Specjalne wymagania odnoszą się do obiektów inżynierskich, gdzie należy spełnić postanowienia normy europejskiej ENV 1991-3. 5. Obciążenia obiektów inżynierskich Specyfikacja techniczna dla infrastruktury kolejowej odwołuje się do podstawowej normy ENV 1991-3. Dotyczy to także obciążeń poziomych i pionowych. 6. Uniwersalne schematy pociągów interoperacyjnych W specyfikacji technicznej [2], w aneksie 1, wprowadzono 10 układów pociągów (rys. 1), określając ponadto, że: dopuszczalna masa całkowita pociągu nie może przekroczyć 10 MN; długość pociągu nie może przekroczyć 400 m. 5-6/2005 73
Pociąg A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 Liczba wagonów pośrednich N 18 17 16 15 14 13 13 12 11 11 Długość pojazdu D [m] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Rozstaw osi w wózku d [m] 2,0 3,5 2,0 3,0 2,0 2,0 2,0 2,5 2,0 2,0 Nacisk osiowy P [kn] 170 200 180 190 170 180 190 190 210 210 Schemat zestawienia poc.: (1) (2) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (2) (1) (1) Lokomotywa (2) Wagony końcowe (3) Wagony pośrednie D ND D P P P P P P P P P P P d d d d 3 11 3 D Rys. 1. Schematy interoperacyjnych pociągów dużych prędkości Podstawowe parametry geometryczne toru i linii kolejowej 1. Minimalna odległość między osiami torów Na nowo projektowanych liniach minimalna odległość osi torów powinna wynosić 4,5 m. Jednakże na liniach będących w budowie dopuszcza się odległość: 4,0 m; gdy v 250 km/h, 4,2 m; gdy v [250; 300] km/h. W przypadku linii modernizowanych łącznie dopuszcza się: 4,0 m; gdy v (230, 250) km/h, <4,0 m; gdy v 230 km/h, określa się na podstawie analizy skrajni kinematycznej danego typu taboru. Należy zauważyć, że specyfikacje unijne są w tym względzie znacznie łagodniejsze od sformułowań zawartych w rozporządzeniu polskim [3], gdzie przy prędkości powyżej 160 km/h minimalny rozstaw osi torów wynosi 4,5 m bez żadnych wyjątków! 2. Maksymalne pochylenie niwelety toru Rozróżniono dwa przypadki: a) linie nowo projektowane: maksymalnie 35, ale na długości nie większej niż 6 km; średnie pochylenie na długości 10 km nie może przekraczać 25 ; b) linie modernizowane, na których nie określono maksymalnego pochylenia, stwierdzając, że: na ogół są one niższe niż 35 ; przyjęcie pochylenia maksymalnego powinno wynikać z analizy możliwości trakcyjnych taboru, także nie dostosowanego do ruchu z dużą prędkością. Należy podkreślić, że polskie przepisy [3], w przypadku zastosowania toru bezstykowego (a tylko o takim może być mowa w przypadku dużych prędkości), określają maksymalne pochylenie niwelety na poziomie 12,5 (por. także analizy, przeprowadzone w pracy [5], z których wynika, że można dopuścić znacznie większe pochylenia). 3. Maksymalna przechyłka na łukach kołowych Maksymalna dopuszczalna przechyłka toru znacznie przekracza 150 mm, ustaloną w połowie XX w. [3, 4]; W Japonii, już w latach 60. ubiegłego wieku, wprowadzono na sieci Skinkansen maksymalną przechyłkę 180 mm [4]. W specyfikacji technicznej [2] przyjęto następujące zasady, obowiązujące zarówno w odniesieniu do linii nowo budowanych, jak i modernizowanych oraz łącznic: w procesie projektowania maksymalną wartość przechyłki ustala się na 180 mm; w trakcie eksploatacji dopuszcza się tolerancję ±20 mm, przy czym maksymalna przechyłka nie może przekroczyć 190 mm; dla linii przeznaczonych wyłącznie do ruchu pasażerskiego maksymalna przechyłka może wynosić 200 mm. 4. Niedobór przechyłki h Niedobór przechyłki odpowiada wartości niezrównoważonego przyspieszenia odśrodkowego a n. W przypadku toru o szerokości nominalnej 1435 mm, zależność tę wyraża formuła: h a n = [m/s 2 ] 153 h [mm]. W specyfikacji technicznej [1] wyróżniono trzy przypadki: 1) dla linii nowo budowanych w fazie projektowania, gdy: v [250; 300] km/h h 100 mm, v > 300 km/h h 80 mm; 2) przypadku linii modernizowanych do dużych prędkości i łącznic, gdy: v 160 km/h h 160 mm, v [160; 200] km/h h 150 mm, v [200; 230] km/h h 140 mm, v [230; 250] km/h h 130 mm; 3) dla linii budowanych i modernizowanych do dużych prędkości w przypadku specjalnych trudności, np. topograficznych, gdy: v 160 km/h h 180 mm, v [160; 230] km/h h 165 mm, v [239 ; 250] km/h h 150 mm, v [250; 300] km/h h 130 mm (w przypadku toru bez podsypki 150 mm). Podane wartości mogą być zwiększone w przypadku ruchu pociągów z wychylnym nadwoziem. Każdorazowo, dopuszczalna 74 5-6/2005
prędkość musi być zgodna z przepisami danego zarządcy infrastruktury (zazwyczaj narodowego), z uwagi na oddziaływanie pociągu na tor. 5. Minimalne promienie łuków kołowych R min Wartości te określane są na podstawie przyjętej przechyłki i jej niedoboru, tzn. z wyrażenia: v 2 max R min = K g h K = + a n s v max maksymalna prędkość pociągu [m/s], g przyspieszenie ziemskie [9,81 m/s 2 ], a n przyspieszenie nie zrównoważone [m/s 2 ], h przyjęta przechyłka na łuku [m], s szerokość toru [m] (przyjmuje się s = 1,5 m). 6. Zasady projektowania krzywych przejściowych W specyfikacji technicznej [2] w ogóle nie ma o tym mowy. Zdaniem autora należy tu przyjąć przepisy stosowane na liniach TGV, gdzie przyjmuje się dopuszczalną prędkość podnoszenia koła na rampie przechyłowej f dop = 28 mm/s. W polskich przepisach [3] dopuszczalna prędkość podnoszenia koła na rampie przechyłowej wynosi f dop = 28 m/s, a wyjątkowo 35 mm/s. Są to więc wartości około razy mniejsze od wartości f dop stosowanej na liniach TGV. 7. Szerokość toru i tolerancje Szerokość toru należy mierzyć na poziomie 14,5 mm (±0,5 mm) poniżej poziomu główki szyny. Oznacza to, że nie będzie trzeba zmieniać żadnych polskich przepisów, które zalecają pomiar szerokości toru na poziomie 14 mm. W specyfikacji technicznej [2] określono, że szerokość toru określa się jako średnią wartość, mierzoną na odcinku 100 m. Rozróżniono dwa przypadki: 1) linie specjalnie budowane dla dużych prędkości nominalne wartości szerokości toru i tolerancje przedstawiono w tablicy 1; 2) linie modernizowane i łącznice; w przypadku prędkości maksymalnej równej lub większej od 230 km/h należy przyjąć wymagania określone w tablicy 1, natomiast w przypadku mniejszych prędkości w specyfikacji technicznej [1] nie określa się wymagań co do szerokości toru i tolerancji. Tablica 1 Szerokość toru i tolerancje [2] Maksymalna Wartość średnia [mm], mierzona na odcinku 100 m prędkość pociągu nominalna w trakcie eksploatacji na odcinkach prostych na krzywych i krzywych o promieniu o promieniu [km/h] R > 10 000 m R 10 000 m 230 < v 250 1435 1437 1433 1442 1433 1445 250 < v 280 1435 1437 1434 1440 1434 1443 v > 280 1435 1437 1434 1440 1434 1443 8. Pochylenie poprzeczne szyn Wyróżniono dwa przypadki: 1) linie specjalnie budowane do dużych prędkości: a) jeśli prędkość przekracza 280 km/h, to pochylenie poprzeczne szyn powinno wynosić 1/20; b) jeśli prędkość jest mniejsza lub równa 280 km/h, to pochylenie poprzeczne może wynosić 1/20 lub 1/40, z konstrukcyjną tolerancją 0,01; c) można wprowadzić inne pochylenia poprzeczne szyn, ale w tym przypadku zarządca infrastruktury musi wykazać, że modyfikując odpowiednio profil główki szyny i szerokość toru uzyska się system równoważny ze względu na ekwiwalentną stożkowatość dla profilu kół, określonych w specyfikacji technicznej interoperacyjności taboru (por. p. 9); d) w odniesieniu do rozjazdów i skrzyżowań dopuszcza się stosowanie szyn bez pochylenia poprzecznego, ale tylko wtedy, gdy prędkość nie przekracza 250 km/h, a liczba takich przypadków jest ograniczona; 2) linie modernizowane i łącznice: a) w odniesieniu do toru należy stosować te same zasady, jak dla linii nowo budowanych; b) w odniesieniu do rozjazdów i skrzyżowań dopuszcza się brak pochylenia poprzecznego, ale tylko wtedy, gdy liczba takich przypadków jest ograniczona. 9. Ekwiwalentna stożkowatość To pojęcie wprowadzane jest zazwyczaj przy opisie pojazdów szynowych. Dlatego opisując wymagania dla infrastruktury poprzedzimy je wyjaśnieniem jego istoty. Wychodząc z klasycznego równania ruchu poprzecznego pojedynczego zestawu kołowego, o obręczach stożkowych, poruszającego się ze stałą prędkością postępową (w specyfikacji technicznej [2] zamieszczono równanie różniczkowe ruchu zestawu), otrzymujemy rozwiązanie w postaci fali sinusoidy o długości fali: r e λ = 2π 2 tgγ r promień koła w położeniu środkowym zestawu, e szerokość toru, γ kąt nachylenia powierzchni stożkowej koła zestawu. Należy zauważyć, że wprowadzona w [2] formuła została określona przez Klingela w 1883 r. w tym ujęciu długość fali kinematycznego wężykowania zestawu nie zależy od prędkości postępowej taboru. Późniejsze badania (por. np. [4]) wykazały, że długość fali λ zwiększa się wraz z prędkością. Wykazano również, że wraz z prędkością zwieksza się także częstotliwość poprzecznych drgań (wężykowania zestawu). Jeśli profil koła nie jest stożkowy (a tylko z takimi przypadkami mamy w praktyce do czynienia), to wprowadza się pojęcie ekwiwalentnej stożkowatości tgγ e, określonej jako odpowiadającą zestawowi o profilu stożkowym, który ma taką samą długość fali kinematycznego wężykowania λ, jak rozważany zestaw kołowy, nie mający obręczy stożkowych. Ekwiwalentną stożkowatość można również zdefiniować geometrycznie (por. np. [4]): r 1 r 2 tgγ e = 2 y 5-6/2005 75
r 1, r 2 chwilowe promienie kół zestawu kołowego w punktach styku koła z szyną, przy wychyleniu poprzecznym zestawu (r 1 r 2, tzn. większy promień odpowiada przemieszczeniu zestawu na zewnątrz toru); y przemieszczenie poprzeczne zestawu kołowego. W ujęciu geometrycznym łatwiej zrozumieć istotę analizowanego pojęcia. Zauważmy bowiem, że przy przemieszczeniu poprzecznym zestawu kołowego chwilowy styk koła z szyną (a zatem także chwilowe promienie kół w miejscach styku) może istotnie się zmienić z uwagi na skomplikowany kształt geometryczny szyny i koła taboru (także z uwagi na zużycie tej współpracującej pary), zmienną szerokość toru i pochylenie poprzeczne szyn. Ekwiwalentną stożkowatość trudno zmierzyć należy raczej ją wyznaczyć na podstawie następujących danych: profilu koła, szerokości toru i jej tolerancji, pochylenia poprzecznego szyn i profilu główki szyny (por. p. 7 oraz 8). Jak wielką wagę przywiązuje się do ekwiwalentnej stożkowatości świadczy fakt, że w specyfikacji technicznej [2] podano jej dopuszczalne wartości na etapie projektowania i w trakcie eksploatacji. Wymagania te w odniesieniu do linii nowo budowanych i modernizowanych przedstawiono w tablicach 2 i 3. Jeśli pociąg ma zestawy kołowe, w których koła taboru mogą wirować niezależnie, to ekwiwalentnej stożkowatości nie określa się (niezależnie od prędkości pociągu) Tablica 2 Dopuszczalne wartości ekwiwalentnej stożkowatości dla linii budowanych specjalnie dla dużych prędkości Maksymalna prędkość Maksymalna wartość Dopuszczalna wartość pociągu [km/h] w fazie projektowania w trakcie eksploatacj 230 < v 250 0,25 0,30 250 < v 280 0,20 0,25 v > 280 0,10 0,15 Tablica 3 Dopuszczalne wartości ekwiwalentnej stożkowatości dla linii modernizowanych do dużych prędkości i łącznic Maksymalna prędkość Maksymalna wartość Dopuszczalna wartość pociągu [km/h] w fazie projektowania w trakcie eksploatacj 160 < v 200 0,30 0,40 200 < v 230 0,25 0,35 230 < v 250 0,25 0,30 Uwaga: gdy prędkość nie przekracza 160 km/h, to ekwiwalentnej stożkowatości się nie określa. 10. Podstawowe wymagania dla peronów Podstawowa wysokość peronu to 550 lub 760 mm, przy czym na danej stacji wysokość peronów powinna być jednolita. To zróżnicowanie wynika z faktu, że na istniejących liniach dużych prędkości występują obydwa wymiary. W specyfikacji [2] podano także tolerancję wysokości: 30 mm/+0 oraz specyficzne przypadki (wyjątki) dla poszczególnych krajów UE. Biorąc pod uwagę potrzeby niepełnosprawnych pasażerów, zróżnicowanie wysokości peronów wymaga wprowadzenia urządzeń, które pozwolą im pokonać istniejące bariery wysokości. Urządzenia te (dźwigi, rampy, itd.) mogą być zastosowane zarówno w pojazdach, jak również stanowić specjalne wyposażenie infrastruktury. Podstawowa długość peronu wynosi 400 m, choć wpisano wyjątki dla wielu krajów. 11. Skrajnia Specyfikacja techniczna [2] podaje jedynie kinematyczne skrajnie taboru GA, GB i GC. Na rysunku 2 pokazano jedynie górną część skrajni taboru, gdzie te trzy skrajnie są zróżnicowane dolna część jest taka sama dla wszystkich skrajni. W odniesieniu do wymiarów pantografu i sieci trakcyjnej specyfikacja techniczna [2] odwołuje się do specyfikacji dla podsystemu Energia [6]. Rys. 2. Górna część skrajni kinematycznej taboru Skrajni budowli nie określa się, natomiast wprowadzono następujące zapisy: 1) w przypadku linii specjalnie budowanych do dużych prędkości należy stosować skrajnię taboru GC; 2) w przypadku linii modernizowanych i łącznic dopuszcza się skrajnię GB; 3) skrajnia GA odnosi się jedynie do przypadków specjalnych, dla konkretnych państw UE; 4) w Wielkiej Brytanii i Finlandii dopuszcza się narodowe skrajnie, dołączone do specyfikacji [2]. Należy zauważyć, że stosując którąkolwiek skrajnię: GA, GB, czy też GC, w przypadku rozstawu osi torów 4,0 m, odległość między mijającymi się pociągami wyniesie 710 mm, a przy rozstawie 4,5 m aż 1210 mm. 12. Dopuszczalne odchyłki geometryczne toru Specyfikacja techniczna [2] podaje następujące wymagania: 1) wichrowatość, mierzona na bazie 3 m, nie może przekraczać 5 mm/m, gdy prędkość pociągu przekracza 160 km/h oraz 7 mm/m, gdy prędkość jest mniejsza lub równa 160 km/h; 2) dopuszczalne odchyłki w szerokości toru określono w rozdziale Podstawowe parametry geometryczne toru i linii kolejowej niniejszego artykułu. Nierówności w płaszczyźnie poziomej i pionowej nie są zdaniem autora dopracowane. Nie podano, na jakiej bazie mierzone są nierówności, gdyż sposób utrzymania toru, w tym metodę oceny jego stanu, pozostawiono do opracowania zarządcom infrastruktury (odpowiednio sporządzony dokument podlega zatwierdzeniu przez upoważniony urząd UE). 76 5-6/2005
W tablicy 4 podano dopuszczalne wartości usterek toru w płaszczyźnie poziomej i pionowej w trzech klasach: QN 1 w fazie projektowania, QN 2 dopuszczalne w trakcie eksploatacji, QN 3 graniczne, wymagające przeprowadzenia natychmiastowej naprawy lub ograniczenia prędkości. Dopuszczalne wartości nierówności poziomych i pionowych Tablica 4 Lokalna, dopuszczalna Dopuszczalne wartości [mm] prędkość pociągu nierówności poziome y nierówności pionowe z [km/h] QN 1 QN 2 QN 1 QN 2 Maksymalna wartość y i z (od wartości średniej do szczytowej) v 80 12 14 12 16 80 < v 120 8 10 8 12 120 < v 160 6 8 6 10 160 < v 200 5 7 5 9 200 < v 300 4 6 4 8 Odchylenie standardowe σ y i σ z v 80 1,5 1,8 2,3 2,6 80 < v 120 1,2 1,5 1,8 2,1 120 < v 160 1,0 1,3 1,4 1,7 160 < v 200 0,8 1,1 1,2 1,5 200 < v 300 0,7 1,0 1,0 1,3 Fot. 1. Konwencjonalna nawierzcnia kolejowa na linii TGV (v max = 300 km/h) QN 1 w fazie projektowania, QN 2 w trakcie eksploatacji, QN 3 = 1,3 QN 2, QN 3 wartości graniczne. Jak już wspomniano, specyfikacja [2] nie precyzuje sposobu pomiaru tych usterek toru. Znając jednakże możliwości zarządców infrastruktury oraz porównując wartości, przedstawione w tablicy 4, z wymaganiami polskimi i innych krajów, można dojść do wniosku, że chodzi prawdopodobnie o pomiar nierówności drezyną, na bazie rzędu 10 m. Charakterystyki mechaniczne nawierzchni kolejowej i inne wymagania dla elementów drogi kolejowej 1. Sztywność pionowa nawierzchni Linie nowo budowane a) dynamiczna sztywność systemu przytwierdzenia w przypadku pokładów betonowych (fot. 1) nie może być większa niż 600 MN/m; b) dynamiczna sztywność systemu przytwierdzenia w przypadku nawierzchni bezpodsypkowej (płyta betonowa, fot. 2) nie może przekraczać 150 MN/m. W odniesieniu do innych elementów konstrukcji nawierzchni lub innych typów konstrukcji drogi kolejowej zarządca infrastruktury, na podstawie środków technicznych musi wykazać, że dynamiczna sztywność pionowa całej konstrukcji drogi kolejowej jest ekwiwalentem sztywności, określonej powyżej dla nawierzchni bezpodsypkowej (tzn. nie może przekraczać 150 MN/m). Linie modernizowane i łącznice w tym przypadku wymagań co do sztywności pionowej nie określa się; należy uwzględnić fakt, że po tych liniach mogą poruszać się inne niż interoperacyjne typy pociągów. Fot. 2. Nawierzcnia bezpodsypkowa typu Rheda 2000 na linii Frankfurt Kolonia (v max = 300 km/h) 2. Odporność drogi kolejowej, w tym rozjazdów i skrzyżowań na obciążenia Konstrukcja nawierzchni musi być przystosowana do obciążeń, określanych w punkcie Dopuszczalne obciążenia dróg kolejowych artykułu. Ponadto specyfikacja techniczna [2] wprowadza dodatkowe wymagania w odniesieniu do odporności na obciążenia poprzeczne w przypadku nawierzchni podsypkowych. Dla linii nowo budowanych: a) wszystkie elementy nawierzchni muszą spełniać wymagania, określone w punktach 3 5; b) w torach głównych należy układać podkłady betonowe, z wyjątkiem krótkich odcinków o długości do 10 m, przedzielonych wstawkami o długości minimum 50 m; c) liczba przytwierdzeń, przypadających na szynę o długości 1 km, nie może być mniejsza niż 1600. Dopuszcza się stosowanie innych elementów nawierzchni i innych typów konstrukcji nawierzchni. W tym przypadku zarządca infrastruktury na podstawie odpowiednich studiów technicznych musi wykazać, że opór poprzeczny nawierzchni jest ekwiwalentem konstrukcji, określonej wymienionymi wymaganiami, a w szczególności, że konstrukcja spełnia przytoczone na początku artykułu kryterium Prud home a. Dla linii modernizowanych, łącznic, torów stacyjnych i obsługowych w tym przypadku wymagań specjalnych nie określa się. Należy jednak mieć na uwadze fakt, że oprócz zunifikowanych pociągów dużych prędkości mogą na tych torach poruszać się także inne pociągi. 5-6/2005 77
3. Szyny Wymagania są jednolite dla linii budowanych, jak i modernizowanych i łącznic: 1) profil porzeczny szyny może być niesymetryczny, nachylony pod kątem 1:20 lub 1:17,2, przy czym wyokrąglenia główki mogą mieć promienie 12,7 lub 13 mm, dalej 80 i 300 mm w osi symetrii główki szyny; 2) minimalna masa szyny wynosi 53 kg/m; 3) skład chemiczny musi być zgodny ze standardem CEN, a ponadto być zgodny ze szczegółowymi wymaganiami, określonymi w załączniku K1 i L1 do specyfikacji [2]; 4) określa się szczegółowe parametry geometryczne profili porzecznych szyn i kształtowników rozjazdowych (przykładowe przekroje pokazano na rys. 3 i 4). 4. System przytwierdzeń Również w tym przypadku wymagania są jednolite dla linii budowanych, modernizowanych i łącznic. Wymagania te [2] są następujące: 1) minimalny opór wzdłużny przytwierdzenia przypadający na 1 szynę wynosi 9 kn; 2) odporność systemu przytwierdzeń na obciążenia długotrwałe musi odpowiadać wymaganiom dla torów głównych, określanych w standardach CEN (obciążenia testowe 70 80 kn, zależnie od sztywności przekładki podszynowej); 3) sztywność dynamiczna przekładki podszynowej w przytwierdzeniu do podkładów betonowych nie może być większa od 600 MN/m, a w przypadku nawierzchni bezpodsypkowych sztywność dynamiczna systemu przytwierdzenia nie może przekraczać 150 MN/m; 4) minimalny opór elektryczny systemu przytwierdzenia wynosi 5 kw; niektóre systemy kontroli ruchu pociągów wymagają wyższego oporu, co musi być każdorazowo uwzględnione. 5. Podkłady i podpory szynowe W przypadku zastosowania konwencjonalnej nawierzchni podsypkowej określono następujące wymagania: a) masa podkładu lub podpory nie może być mniejsza niż 220 kg; b) długość podkładu betonowego nie może być mniejsza niż 2,25 m. Rys. 3. Wymiary nominalne szyny 60 E 1 Rys. 4. Profil rozjazdowy 60 E1 A1 6. Rozjazdy i skrzyżowania Wymagania są następujące: 1) wymagania w odniesieniu do szyn i kształtowników są takie, jak określono w p. 3. niniejszego artykułu; 2) wymagania w odniesieniu do przytwierdzeń określono w p. 4; 3) konieczność zastosowania rozjazdów z ruchomym dziobem zależy od maksymalnej prędkości pociągów: a) jeśli projektowana prędkość przekracza 280 km/h, to należy stosować ruchome dzioby krzyżownic; b) dla prędkości poniżej 280 km/h można budować krzyżownice z nieruchomym dziobem; c) dla linii modernizowanych i łącznic nie ma wymagań stosowania ruchomych dziobów; 4) maksymalne prędkości ruchu po torze zwrotnym określa się na podstawie wartości niedoboru (braku) przechyłki w torach zwrotnych rozjazdów i wynoszą: a) 105 mm, gdy v [70; 170] km/h; b) 85 mm, gdy v [170; 230] km/h); dopuszcza się tolerancję 10 mm w odniesieniu do istniejących linii, zmodernizowanych do dużych prędkości; 5) maksymalna prędkość ruchu po torze prostym zależy od tego, czy rozjazd ma ruchomy dziób krzyżownicy i czy występuje pochylenie poprzeczne szyn; konkretnych wartości specyfikacja techniczna [2] nie podaje. Inne wymagania 1.Maksymalna zmiana ciśnienia w tunelach Tunele należy projektować tak, aby maksymalna zmiana ciśnienia, jako różnica między ekstremalną wartością ciśnienia dodatniego i ujemnego nie przekraczała 10 MPa. Dotyczy to przejazdu pociągu z maksymalną dopuszczalną prędkością dla danej konstrukcji tunelu. Wymaganie to należy stosować zarówno do pociągów in- 78 5-6/2005
teroperacyjnych, jak również jakichkolwiek innych, dopuszczonych do ruchu w tym tunelu. 2. Przekrój poprzeczny tunelu Na podstawie zadanych przekroi poprzecznych pociągów oraz wymagań, określonych w specyfikacji technicznej dla pojazdów, zarządca infrastruktury przedstawia odpowiednie studium techniczne, dotyczące określenia, czy przyjęty przekrój poprzeczny tunelu (biorąc pod uwagę długość tunelu, która może być krytyczna) spełnia wymaganie, określone w p. 1. Konkretnych zaleceń w odniesieniu do przekroi poprzecznych tuneli specyfikacja techniczna [2] nie podaje. 3. Specyfikacja techniczna [2] podaje ponadto wskazania w odniesieniu do: a) konieczności przeprowadzenia studium środowiskowego w zakresie drgań i wibracji nie ma tu konkretnych wskazań, znajdują się tylko sformułowania, co do spełnienia norm danego kraju, a także co zrozumiałe do wymagań dla pojazdów, określonych w innych specyfikacjach technicznych; b) ogólnych wskazań, dotyczących niepełnosprawnych pasażerów (specjalne rampy, windy itd.). c) wskazań, dotyczących konieczności przyjęcia przez zarządzających infrastrukturą systemu kontroli infrastruktury, częstości inspekcji itd.; d) konieczności ograniczenia prędkości lub wprowadzenia innych zabiegów z uwagi na obszary i okresy, w których występuje silne wiatry, mogące zagrozić stateczności taboru (cross wind boczny wiatr, który może spowodować wywrócenie taboru); nie ma tu żadnych konkretnych wskazań, zostawia się ten problem do rozwiązania przez zarządców infrastruktury. Podsumowanie W artykule przedstawiono podstawowe charakterystyki techniczne infrastruktury tworzącej europejską sieć kolei dużych prędkości. Charakterystyki te określone są w specyfikacji technicznej interopoeracyjności [2]. Podsumowując omówione w artykule wymagania techniczne należy stwierdzić. 1. Niektóre wymagania techniczne są sformułowane bardzo, może zbyt dokładnie, np. podano szczegółowo skład chemiczny stali szynowej, wymagane wytrzymałości i wymiary geometryczne. Wprowadzono do specyfikacji technicznej pojęcie ekwiwalentnej stożkowatości, co było zazwyczaj opisane jedynie w analizie ruchu pojazdów szynowych. Co znamienne, w decyzji Komisji znajduje się równanie różniczkowe przemieszczeń poprzecznych zestawu kołowego. 2. Niektórych istotnych wymagań technicznych, dotyczących infrastruktury, w ogóle w [2] nie określono. Dotyczy to w szczególności zasad projektowania krzywych przejściowych oraz wymagań dla podsypki. Inne zaś przepisy, np. dotyczące jakości geometrii toru, są nieprecyzyjne. Fot. 3. Rozjazd na niemieckiej linii dużej prędkości w Staffelde 3. W przeważającej liczbie przypadków specyfikacja techniczna [2] jest znacznie bardziej liberalna i zawiera mniej kategorycznych sformułowań, w stosunku do np. polskich przepisów [3]. Dotyczy to zwłaszcza rozstawu osiowego torów, maksymalnej wartości przechyłki, dopuszczalnych wartości niezrównoważonych przyspieszeń, co pozwala na przeprowadzenie modernizacji linii do dużych prędkości przy znacznie niższych nakładach finansowych. Literatura [1] Dyrektywa 96/48/EC, z 23.07.1996. [2] Decyzja Komisji Europejskiej 2002/732/EC, z 30.05.2002. [3] Rozporządzenie MTiGW z 10 września 1998 r., w sprawie warunków technicznych, jakim mają odpowiadać budowle kolejowe i ich usytuowanie. Dz.U. z 1998 r. nr 151, p. 987. [4] Przystosowanie kolei do zwiększonych szybkości i dużych przewozów (pr. zbiorowa). WKiŁ, Warszawa 1969. [5] Czyczuła W.: Tor bezstykowy. Podręcznik akademicki. Wyd. Politechniki Krakowskiej, Kraków 2002. [6] Decyzja Komisji Europejskiej 2002/734/EC, z 30.05.2002. Autor prof. dr hab. inź. Włodzimierz Czyczuła Katedra Infrastruktury Transportu Szynowego i Lotniczego Politechnika Krakowska email: czyczuła@pk.edu.pl 5-6/2005 79