Odwodnienie dróg kolejowych w Niemczech.

Odwodnienie dróg kolejowych w Niemczech. Dr inż. Roman Edel

Zadania odwodnienia podtorza: zebranie i odprowadzenie wód pochodzących z różnych źródeł, przeciwdziałanie ich gromadzeniu się w obrębie: - konstrukcji jezdni kolejowej, - korpusu budowli ziemnej.

Rodzaje wód mogących oddziaływać na konstrukcję podtorza i nawierzchni kolejowej: wody powierzchniowe z opadów atmosferycznych, wody gruntowe o zwierciadle swobodnym i napiętym, wody kapilarne, wody warstwowe (płynące w gruncie).

Możliwość odwadniania przez infiltrację do gruntu jest zależna głównie od jego wodoprzepuszczalności. Można ją ocenić w następujący sposób : grunty dobre do infiltracji niespoiste i półspoiste o IP < 0,06 i kf 10-5 m/s, grunty wodoprzepuszczalne (najczęściej) mało- i średniospoiste o 0,06 < IP < 0,30 i kf 10-7 m/s grunty nie nadające się do infiltracji bardzo spoiste o IP > 0,30 i zawartości wody wl na granicy płynności > 0,46, zawartości małych ziaren (d < 0,002 mm) powyżej 20% i kf < 10-7 m/s.

Zasady obliczania ilości wód oddziałujących na podtorze Obliczenie ilości wód oddziałujących na podtorze Q dokonuje się na podstawie wzoru: gdzie: Q Q = Q R + Q Z + Q U - ilość wód oddziałujących na podtorze [l/s] Q R - ilość wód opadowych ze zlewni kolejowej [l/s] Q Z - ilość wód doprowadzanych do odwadnianej zlewni kolejowej [l/s] Q U - podziemny dopływ wód do zlewni kolejowej [l/s]

gdzie: Obliczenie wielkości odpływu Q R, ilość wód opadowych ze zlewni kolejowej [l/s] należy wyznaczyć zgodnie z RAS-Ew oraz z uwzględnieniem przepisów i wytycznych obowiązujących na kolei. Q R = r T; n φ A E ψ r T; n - natężenie deszczu obliczeniowego dla parametrów T (czas trwania) i n (częstotliwość) [l/(s ha)] φ - współczynnik opóźnienia odpływu [-] A E - powierzchnia odwadnianej zlewni [ha] ψ - współczynnik spływu dla zlewni A E [-]

Wartość Q Z ilość wód doprowadzanych do odwadnianej zlewni kolejowej [l/s] zawiera wielkość dopływu do zlewni wód obcych oraz z terenu kolei. Wielkość tę wyznacza się na podstawie danych w osobny sposób.

Urządzenia stosowane do odwodnienia dróg kolejowych Elementami składowymi odwodnienia linii kolejowej mogą być: rowy podłużne równoległe do trasy linii kolejowej, rowy stokowe, rowy opaskowe, odwodnienie wgłębne i głębokie, studnie, kanalizacja zbiorcza, urządzenia chłonne, urządzenia retencyjne, studnie odciążające.

W celu zagwarantowania dobrych warunków odwodnienia podtorza w terenie płaskim zaleca się prowadzenie konstrukcji nawierzchni kolejowej co najmniej 0,50 m powyżej powierzchni terenu sąsiadującego.

Rowy podłużne Rowy podłużne mają kształt trapezowy. Spadki podłużne powinny wynosić: - minimalny 0,3 %, - maksymalny 3,0 %.

Spadki podłużne rowów mniejsze niż 0,3% są dopuszczalne, jeżeli: grunt podłoża posiada kf > 10-5 m/s (rów infiltracyjny) lub pod rowem podłużnym wykonana jest w gruncie pionowa warstwa infiltracyjna pozwalająca na infiltrację wody do warstw wodoprzepuszczalnych, zebrana woda może zostać odprowadzana do gruntu bez negatywnego oddziaływania na zwierciadło wód gruntowych (np. podwyższenie poziomu) istniejący rów podłużny spełniała dotychczas wymagania odwodnienia trasy kolejowej i w przyszłości nadal będzie zapewnić wystarczające odwodnienie

Rowy odwadniające odprowadzające wodę w sposób ciągły należy zaprojektować odpowiednio do wielkości przepływu obliczeniowego. Najwyższy poziom wody w rowie powinien znajdować się co najmniej o 1,50 m poniżej górnej krawędzi szyny kolejowej. Dopuszcza się zmniejszenie tej odległość do 1,20 m dla linii podrzędnych.

Minimalna szerokość podstawy rowu wynosi 0,40 m. Pochylenie skarp rowu wynosi maksymalnie 1:1,5. Odcinki zagrożone erozją należy umocnić. Głębokość rowu powinna wynosić co najmniej 0,40 m licząc od dna rowu do podstawy podtorza. Skarpy obsiewa się trawą.

Rów w przekroju poprzecznym przy konstrukcji nawierzchni bez warstwy ochronnej Rów w przekroju poprzecznym przy konstrukcji nawierzchni z warstwą ochronną

Przy niewielkim dopływie wód opadowych możliwe jest zastąpienie rowów podłużnych muldą. Minimalna głębokość muldy mierzona od dna do spodu konstrukcji drogi (chodnika) utrzymaniowej powinna wynosić 0,10 m a jej szerokość od 0,40 m do 0,80 m. Pomiędzy muldą i konstrukcją kolei znajduje się droga do celów utrzymaniowych / konserwacyjnych

Rowy zamknięte z prefabrykowanych elementów złożonych z części dennej oraz z przykrywy rowu należy zwymiarować na obciążenie ruchem pieszym. Gdy wzdłuż linii kolejowej występuje droga piesza do celów eksploatacyjno-utrzymaniowych oraz gdy infiltrującą objętość wód opadowych można ująć w przewód drenażowy, stosuje się zamiast rowu drenaż z przewodem o średnicy co najmniej 100 mm.

Rowy kolejowe wymiaruje się hydraulicznie na wielkość obliczeniowego przepływu wody w przypadkach, gdy: odprowadzają stałą ilość wody lub mają dodatkowo funkcję odbiornika wód deszczowych lub służą dodatkowo do odprowadzania wody obcej.

Odwodnienie wgłębne i głębokie do odwadniania podtorza składa się z następujących elementów: filtry i drenaże o specjalnej budowie, geotekstylia, ciągi drenarskie z przewodem rurowym oraz bez, studnie kanalizacyjne i drenarskie, kanalizacja deszczowa.

Zadaniem zamkniętych urządzeń podziemnych jest: zebranie niezwiązanej w gruncie wody lub obniżenie istniejącego poziomu wód gruntowych, jeżeli powoduje ona nadmierne zawilgocenie/nawodnienie gruntu w osi toru kolejowego na poziomie wyższym niż 1,50 m poniżej główki szyny (1,20 m dla słabiej uczęszczanych torów przy v 80 km/h i nacisku na oś 18t), zebranie wód infiltrujących oraz gruntowych z warstw wodonośnych, odprowadzenie zebranej wody do odbiornika

Ciągi drenarskie W praktyce stosuje się 3 rodzaje rur do ciągów drenarskich: drenaż pełny, drenaż częściowy chłonny, drenaż częściowy wielofunkcyjny.

Rodzaje ciągów drenarskich z przewodem rurowym drenaż pełny drenaż częściowy chłonny drenaż częściowy wielofunkcyjny

Drenaż pełny Typowy dren chłonny stosowany do: - wchłaniania wody gruntowej niezwiązanej, - obniżania zwierciadła wód gruntowych. Stosuje się w przypadku, gdy jest możliwa infiltracja wody z rury drenażowej do gruntu.

Drenaż częściowy chłonny - część górna służy do wchłaniania wody z gruntu, - część dolna (około 15%) do odprowadzania zebranej wody.

Drenaż częściowy wielofunkcyjny używany przede wszystkim: - do transportu (przepływu) większej ilości wód infiltrujących, - gdy na danym odcinku nad funkcją chłonną przeważa funkcja przepływu.

Do ciągów drenarskich stosuje się rury o średnicy od DN 100 do DN 400. Z reguły stosuje się średnice DN 150 i DN 250. Średnice poniżej DN 150 należy stosować tylko na liniach drugorzędnych i w orurowanym rowie podłużnym.

Spadek podłużny dna wykopu pod drenaż powinien gwarantować przepływ wody z prędkością pomiędzy 0,5 m/s i 3,0 m/s. Z reguły spadek podłużny powinien być większy od 0,3%. Jeżeli wymagają tego punkty wiążące w przebiegu odbiornika wód opadowych, to możliwe jest zmniejszenie spadku ciągu drenarskiego do wartości: - 0,25% dla rur betonowych - 0,20% dla rur kamionkowych - 0,15% dla rur z tworzyw sztucznych z gładką powierzchnią wewnętrzną

Drenaż pełny należy wykonywać z całkowitą opsypką materiałem filtracyjnym. Dopływ wody odbywa się najczęściej w dolnej części jego przekroju poprzecznego. Dla zapobieżenia przenikania drobnych frakcji do wnętrza ciągu drenarskiego można stosować owinięcie rury geosyntetykiem o odpowiednich właściwościach.

Drenaż pełny

Drenaż częściowy wielofunkcyjny - dno wykopu do 2/3 wysokości rury należy wypełnić materiałem o słabej wodoprzepuszczalności. - ma za zadanie zatrzymanie infiltrującej wody i umożliwienie jej wniknięcia do wnętrza rury drenażowej. - pozostałą objętość wykopu zasypuje się materiałem filtracyjnym.

Drenaż częściowy wielofunkcyjny

Drenaż częściowo chłonny - dno wykopu wypełnia się materiałem o słabej wodoprzepuszczalności do 1/3 wysokości rury, - pozostałą objętość wykopu zasypuje się materiałem filtracyjnym.

Drenaż częściowo chłonny

W sąsiedztwie technicznych urządzeń infrastruktury kolejowej (np. sygnalizacyjnych, trakcyjnych lub semaforów) możliwa jest zmiana liniowego przebiegu ciągu drenarskiego.

Odwodnienie głębokie służące do obniżenia poziomu wód gruntowych Odwodnienie głębokie służące do zbierania wód warstwowych (płynących) Odwodnienie głębokie służące do obniżenia poziomu wód gruntowych przy zawężonej szerokości pasa torowiska Odwodnienie głębokie złożone z rowu podłużnego zakrytego wodoprzepuszczalnym elementem dennym z wykonanym pod nim drenażem francuskim

Drenaż usytuowany między dwoma torami linii wielotorowej z ciągłym podłożem tłuczniowym

Drenaż usytuowany między dwoma torami linii wielotorowej z przerwą w podłożu tłuczniowym

Urządzenia chłonne Wody opadowe z toru szlakowego oraz z torów stacyjnych z reguły mogą być odprowadzane przez infiltrację do gruntu. Wyjątek stanowią wody zanieczyszczone (np. zamulone), które muszą zostać najpierw oczyszczone przed wprowadzeniem ich do urządzeń chłonnych.

Do urządzeń chłonnych zaliczamy: rowy chłonne i muldy chłonne, dreny szczelinowe, odwierty filtracyjne, studnie chłonne i studnie piaskowe, zbiorniki chłonne.

Rowy i muldy chłonne są to rowy lub muldy, których dno znajduje się w gruncie wodoprzepuszczalnym. Na gruncie słabo wodoprzepuszczalnym lub nieprzepuszczalnym można stosować pod dnem rowu podłużnego dreny szczelinowe, jeżeli warstwa wodoprzepuszczalna znajduje się na głębokości mniejszej niż 2 m poniżej dna rowu.

Studnie chłonne przekazują wodę punktowo do gruntu. Stosuje się je w sytuacjach szczególnych, gdy nie istnieje inna możliwość na odprowadzenie zebranej wody. Linie filtracji A A h w płaszczyzna dna studni zwg d 0,5 r h w Copyright Przekrój A - A

Odwierty chłonne podobnie jak i studnie chłonne odprowadzają wody opadowe punktowo do gruntu do warstw wodoprzepuszczalnych zalegających na większej głębokości. Minimalna średnica odwiertu chłonnego powinna wynosić 0,4 m. Odstęp górnej krawędzi warstwy filtracyjnej w odwiercie chłonnym od najwyższego średniego poziomu wód gruntowych powinien wynosić 1,5 m.

W terenie płaskim przy braku naturalnego odbiornika wód deszczowych możliwe jest zastosowanie zbiorników chłonnych i odparowujących. Ich ukształtowanie należy dopasować do topografii terenu i zagospodarować w sposób zbliżony do naturalnego. Powierzchnię dna należy wykonać z materiału filtracyjnego. Minimalny odstęp od korpusu budowli ziemnej linii kolejowej powinien wynosić 5,0 m. Możliwe jest wykonanie przed wlotem do zbiornika głównego osadnika w postaci małego zbiornika przepływowego lub osadnika prefabrykowanego.

Urządzenia retencyjne Na terenie kolei najczęściej stosowanym urządzeniem retencyjnym jest zbiornik retencyjny, który składa się zazwyczaj z: dopływu, odpływu z urządzenia ograniczającego wypływ (urządzenia dławiącego), odpływu awaryjnego, zbiornika głównego (retencyjnego) osadnika na zawiesiny.

Objętość retencyjną zbiornika wyznacza się dla deszczu 10-cio letniego i dla maksimum przy czasach trwania opadu od 15 minut do 36 godzin. Maksymalna obliczona wysokość zwierciadła wody w zbiorniku powinna znajdować się co najmniej 0,5 m poniżej korony zbiornika. Dla terenów o dużym zagrożeniu potencjalnymi szkodami należy do obliczeń przyjąć deszcz 100-u letni.

Zbiornik retencyjny

Studnie odciążające umożliwiają odpływ wody gruntowej występującej pod ciśnieniem (napięte zwierciadło wody) pod torem głównym (tymczasowo w trakcie budowy lub trwale w czasie eksploatacji). Studnie odciążające przewidziane na okres trwały należy zwymiarować z uwzględnieniem wyporu wody. Stosowanie studni odciążających zaleca się w przypadkach, gdy nie daje się uzyskać obniżenia poziomu napiętego zwierciadła wody metodami tradycyjnymi przez odwodnienie głębokie.

Studnie kanalizacyjne i drenażowe Studnie stosuje się w ciągach drenarskich i kanalizacji deszczowej w celach rewizyjnych, połączeniowych, wylotowych i wlotowych (przejmujących dopływ wody np. z drenażu). Minimalna średnica studni wynosi 0,40 m i jest jednocześnie uzależniona od głębokości ułożenia kanalizacji lub drenażu. Zalecane średnice minimalne: 0,40 m 0,60 m 1,00 m h < 0,60 m 0,60 m h < 1,75 m h 1,75 m

Odstęp między studniami wynosi zazwyczaj około 50 m, nie powinien jednak przekraczać 100 m. Odstęp pomiędzy studnią i masztem trakcyjnym powinien wynosić co najmniej 5,0 m. Do budowy studni należy stosować materiały prefabrykowane lub rury (dla mniejszych średnic). Do studni kontrolnych zaleca się stosowanie studni tego samego systemu (producenta) co przewody kanalizacyjne lub drenarskie. Studnie należy zamykać przy użyciu odpowiedniej pokrywy żeliwnej / włazu żeliwnego (wg DIN EN 124).

W rowach i muldach podłużnych wbudowuje się górną krawędź studni nieco powyżej dna rowu lub muldy, nie więcej jednak niż 10 cm. W obrębie dróg i ścieżek przebiegających wzdłuż linii kolejowej lub krzyżujących się z nią należy powierzchnię górną studni (pokrywę z włazem) wbudować równo z poziomem tej ścieżki lub drogi.

Przewody kanalizacji zbiorczej Kanalizacja zbiorcza zbiera i odprowadza zebrane wody opadowe do punktu przekazania do odbiornika. Minimalna średnica kanału wynosi 250 mm. Minimalny spadek kanału powinien wynosić 0,3%. Spadek kanału powinien spełnić warunek, że prędkość przepływu wody powinna wynosić od 0,5 m/s do 3,0 m/s.

Jeżeli nie występuje zagrożenie zamulenia kanału oraz przy uwzględnieniu warunków topograficznych, minimalny spadek kanału można zmniejszyć do: 0,25% 0,20% 0,15% dla rur betonowych dla rur kamionkowych dla rur z tworzyw sztucznych

Wylot kanalizacji zbiorczej do powierzchniowego odbiornika wód opadowych należy wykonać tak, aby: wysokość wylotu znajdowała się co najmniej 0,20 m powyżej poziomu średniej wody wysokiej, kierunek wlotu był zgodny z kierunkiem przepływu w odbiorniku i tworzył kąt ostry, wyloty do odbiornika należy umocnić trwale aby zapobiec podmywaniu obszaru wlotowego w odbiorniku.

Odwodnienie skarp Odwodnienie skarp ma za zadanie zebranie i odprowadzenie wód dopływających powierzchniowo lub pod powierzchnią terenu. Dla wód dopływających z terenu leżącego poza trasą kolei należy wody te, o ile to technicznie możliwe, zebrać przed ich dopłynięciem do powierzchni skarpy.

Do metod odwodnienia skarp możemy zaliczyć: rowy zbiorcze, rowy opaskowe, rowy stokowe, odwodnienie wgłębne i głębokie, drenaż (sączki, drenaż przyporowy), warstwy filtrujące. Rowy zbiorcze, opaskowe i stokowe mają za zadanie zebranie i odprowadzenie wody dopływającej do skarpy z powierzchni przylegającego terenu.

Rów stokowy b 0,3 m h = 0,2 m do 0,5 m t h/2 h t b Uszczelnienie warstwą zwięzłego gruntu o grubości min. 0,2 m

Odwodnienie wgłębne i głębokie ma także za zadanie ujęcie wód podziemnych dopływających warstwami wodonośnymi i wypływającymi na powierzchnię w obrębie skarpy. Drenaż rurowy, drenaż przyporowy oraz warstwy filtracyjne służą do ujęcia wód gruntowych występujących w sposób liniowy lub warstwowy w obrębie skarp wykopu i w razie potrzeby służą do stabilizacji powierzchni skarp.

Drenaż przyporowy Grunt spoisty Przekrój A - A Grunt spoisty Linia poślizgu A Tkanina geotekstylna Przypora Ciąg drenujący 1,0 Filtr mineralny A Drenaż pełny Drenaż pełny DN

Przykładowe rozwiązania odwodnienia skarp

Odwodnienie skarpy wykopu w terenie górzystym przy dopływie wody warstwami wodonośnymi przy pomocy drenażu stokowego Odwodnienie skarpy wykopu w terenie górzystym przy dopływie wody warstwami wodonośnymi przy pomocy drenaży skarpowych Odwodnienie skarpy wykopu w terenie górzystym przy dopływie wody warstwami wodonośnymi przy pomocy warstwy filtracyjnej skarpy

Odwodnienie przejść i przejazdów kolejowych Odwodnienie przejść i przejazdów kolejowych powinno stanowić integralną całość z odwodnieniem toru szlakowego. Wszelkie urządzenia odwodnienia wgłębnego i głębokiego przeprowadza się przez obszar przejazdu kolejowego. Jedynie rowy i muldy podłużne przeprowadza się pod drogą w postaci przepustu rurowego. Możliwe jest także odprowadzenie wód z rowu szlakowego bezpośrednio do rowu przydrożnego lub bezpośrednio do odbiornika opadów.

Wody opadowe z drogi można ująć i odprowadzić przed przejazdem kolejowym przy pomocy następujących działań: przez modyfikację niwelety krótkim odcinkiem drogi o spadku od trasy kolejowej, przez zastosowanie odwodnienia liniowego (ścieku rynnowego lub szczelinowego) wykonanego poprzecznie do osi drogi

Odwodnienie rozjazdów i dworców kolejowych Przy projektowaniu i budowie odwodnienia urządzeń kolejowych o charakterze powierzchniowym jak np. strefy rozjazdów na dworcach kolejowych towarowych lub dworcach osobowych należy uwzględnić dodatkowe źródła spływu wody. Są one najczęściej zanieczyszczone i kwalifikują się jako ścieki gospodarcze lub przemysłowe.

perony, Urządzenia kolejowe o charakterze powierzchniowym: drogi dojazdowe i manewrowe, perony ładunkowe i punkty załadowcze, dachy budynków stacyjnych, zadaszenie peronów, obrotnice, myjnie kolejowe (spływ wód zanieczyszczonych), hale kolejowe (ścieki domowe i przemysłowe).

Wód zanieczyszczonych nie wolno wprowadzać do urządzeń odwadniających podtorze. Do ich odprowadzenia należy zaprojektować oddzielne ciągi kanalizacji i w razie potrzeby przewidzieć dodatkowe urządzenia podczyszczające lub oczyszczające (osadniki, separatory lub oczyszczalnie).

Dworce kolejowe (osobowe i towarowe) oraz miejsca rozjazdów charakteryzują się dużymi powierzchniami oraz niewielkimi dopuszczalnymi spadkami podłużnymi torów do 2,5. Podłoże pod nawierzchnię kolejową należy w przekroju poprzecznym uformować w kształcie pilastym. Przy gruntach spoistych przewiduje się dodatkowo w najniższych punktach, co drugi tor, odwodnienie w postaci ciągów drenarskich i podłącza się do kanalizacji zbiorczej. W najwyższych punktach ciągów drenarskich w przekroju podłużnym należy przewidzieć studnie kontrolne, natomiast w punktach najniższych wykonuje się studnie końcowe przekazujące zebraną wodę do kanalizacji zbiorczej.

W sąsiedztwie peronów stacyjnych odwodnienie należy usytuować pomiędzy dwoma torami. W przypadku nowo budowanych peronów dworcowych możliwe jest wykonanie ciągu odwadniającego na odpowiedniej głębokości pod powierzchnią peronu. Odwodnienie podłoża pod podtorzem wykonuje się przy tym za pomocą przykanalików przechodzących przez konstrukcję (fundament) krawędzi peronu.

Odwodnienie za pomocą ciągów drenarskich należy zaprojektować i wykonać możliwie jak najbliżej rozjazdów, aby w ten sposób objąć jego działaniem jak największy obszar. Jeżeli dany ciąg drenarski ma swój początek w okolicy rozjazdu, to dopuszcza się jego wykonanie bez studni początkowej.

Wody opadowe z powierzchni peronów, dróg manewrowych oraz punktów i peronów załadowczych należy skierować pochyleniem poprzecznym od krawędzi peronu. Przy pomocy odwodnienia: liniowego (rynny skrzynkowe lub szczelinowe), punktowego (wpusty deszczowe), następuje ujęcie tych wód i odprowadzenie ich do kanalizacji.

Odwodnienie peronu

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Dr inż. Roman Edel