Jernbane. Mekanisk stabilisering av jernbaneballast og forsterkningslag

Transkript

1 Jernbane Mekanisk stabilisering av jernbaneballast og forsterkningslag

2 2 Tensarteknologien løsninger utprøvd i praksis og kunnskap om hvordan de bygges Basert på de karakterisktiske egenskapene til Tensar, er Tensarteknologien viden om akseptert og innarbeidet i mekanisk stabilisering av ballastpukk og forsterkningslag. Tensarteknologien gir reelle besparelser i tid, anleggs- og vedlikeholdskostnader. Vi kan ofte med bruk av Tensarteknologien bidra til å gjøre ditt prosjekt mer lønnsomt. Betydelige erfaringer er oppnådd på høyhastighetsbaner med å redusere deformasjoner og kontrollere varierende setninger (Nederland). 2 hovedområder for bruk av Tensar toaksiale i en jen 1 Reduksjon av deformasjoner ved mekanisk stabilisering av ballastlaget For detaljer om Tensar workshops besøk Dårlig sporgeometri samt varierende vertikale og horisontale tilpasninger er hovedgrunnene til hastighetsbegrensninger og korte intervaller på sporvedlikehold. Forannevnte kan i stor grad påvirke tidtabeller, som både er kostbart og forstyrrende for publikum og operatørselskap. Vedlikehold av spor, inkludert pakking av ballast eller full utskifting av denne, oppstår ikke bare på svak undergrunn men også på fastere grunn. Mekanisk stabilisering av ballast ved bruk av Tensar, gir jernbaneingeniører raske og trygge løsninger. Tensar har vært i bruk for stabilisering av jernbaneballast siden tidlig på 198-tallet, i den hensikt å senke vedlikeholdskostnader og opprettholde tidtabeller. Ballast Undergrunn Mekanisk stabilisering av ballastlaget i den hensikt å redusere setninger og dermed øke periodene mellom sporvedlikehold. FORSKNING HAR BEVIST TENSAR GEONETT KAN: Redusere setninger i ballasten Opprettholde sporgeometrien lengre Øke vedlikeholdssyklusen med en faktor nær 3 Fungert i ballast i mer enn 2 år Reduserer nedknusningen av ballast forårsaket av trafikk Tensar

3 banekonstruksjon 2 Forbedre jernbanesporets fundament ved mekanisk stabilisering av forsterkningslaget Når en bygger jernbanespor over svak grunn med lav bæreevne, er det helt nødvendig å forbedre undergrunnen for å oppnå effektiv bærevne til ballasten. Dette kan innebære tidkrevende kjemisk stabilisering av undergrunnen eller dype masseutskiftninger med tykke, dyre forsterkningslag av steinmaterialer. Ballast Forsterkningslag Bløt undergrunn Tensar Med Tensar som forsterkning gis det rom for betydelig reduksjon av forsterkningslagets tykkelse, samtidig som bæreevnen opprettholdes. Dette resulterer i en reduksjon i utgraving av undergrunnen, mindre transport og håndtering av gravemasser og mindre innkjøring av steinmaterialer, samtidig med at en fortsatt oppnår kravene til stivhet som er satt for underlag til ballasten. Mekanisk stabilisering av forsterkningslag for å øke bæreevnen over bløt undergrunn med betydelig reduksjon i tykkelse og både kostnadsbesparelser og miljøgevinster. Tensar har omfattende erfaring med mekanisk stabilisering av ballastlagene, særlig i forbindelse med oppgraderingen av de europeiske jernbanekorridorene, noe som har resultert i mange suksessfulle kostnadseffektive installasjoner. 3

4 4 Hvordan Tensar stabiliseringsnett fungerer Tensar gir et styrketilskudd i jernbanekonstruksjoner. Når knust materiale, som ballast, komprimeres over Tensar blir steinpartiklene delvis presset ned i ruteåpningen og gir en umiddelbar og sterk forkiling. Denne forkilingen gjør nettet i stand til å motstå horisontale skjækrefter fra fyllingen og begrenser sideforskyvningen av det knuste materialet, som er en av hovedårsakene til setninger i jernbanekonstruksjoner. Denne mekanismen er svært viktig for å kunne opprettholde den horisontale og vertikale linjeføringen til jernbanesporene. Tensar stabiliseringsnett er produsert med høy stivhet som tillater at laster utvikles ved liten tøyning. Geonettene av polypropylen er produsert med stabile ruteåpninger. Å bruke riktig steinstørrelse i forhold til ets rutestørrelse er viktig for å oppnå optimal stabiliseringseffekt. De essensielle egenskapene til Tensar, som er nødvendig for å oppnå effektiv forkiling, inkluderer styrken på knutepunktene og formen og stivheten i ribbene. Tensar s fremstillingsmetode gir en enhetlig nettstruktur med stor styrke i de faste knutepunktene og rektangulære høye ribber med skarpe kanter som gir godt samspill mellom og steinmaterialet. Tensar Forkilingen av steimmaterialer i et begrenser sideveis bevegelse av steinpartikler selv når laget påvirkes av dynamisk last. I praksis betyr dette at setninger blir betydelig redusert. tilført last strekkstyrke Den karakteristiske utforming av ribbene i Tensar, skarpkantet og konkavrektangulære, gir meget god støtte for steinpartiklene, til forskjell fra med mer rundere profiler. Kraften kan så overføres via knutepunktene og ut i ets ribber. De kraftige ribbene og disses profil gir en god overføring av last fra ballasten til et. For detaljer om Tensar workshops besøk Tensar geokompositt Tensar er også tilgjengelig i en komposittversjon, hvor en ikke vevd fiberduk lamineres til nettet. Kompositt produkter er særlig egnet til bruk når behov for filtrering og separasjon kommer i tillegg til forsterkning. En komposittversjon, hvor fiberduk er innlemmet for separasjon, er tilgjengelig.

5 1 Mekanisk stabilisering av ballast for å redusere vedlikeholdskostnader Mekanisk installasjon av i ballast med en ballastrensemaskin, India. Tidlige laboratorietester, Canada 1986 I 1986 ble fullskala laboratorietester gjennomført for å undersøke effekten til Tensar til stabilisering av jernbaneballast og kontroll av svillenes setninger. På både svak og fast undergrunn reduserte et graden av setninger slik at svillene kunne tåle mer enn 4 ganger lastesyklusen innenfor praktisk toleranse for setninger. Testen indikerte at det var store fordeler ved å benytte til stabilisering i alle jernbanespor med den hensikt å redusere setninger og vedlikeholdsfrekvens. Antall sykluser Permanente setninger i svillene (mm) Uendelig CBR (kontroll) CBR 39% (kontroll) 4,9x 4,75x Uendelig CBR (forsterket) CBR 39% (forsterket) 25mm 5 4 CBR 1% (kontroll) CBR 1% (forsterket) Forsøk i Canada viste at ved å bruke Tensar over relativt svakt og fast undergrunn, økte levetiden mellom hvert vedlikehold med en faktor på 4,9 og 4,75 (etter Bathurst, 1986*).

6 6 Forsøk hos britiske jernbanemyndigheter (British Rail) viste vedlikeholdsfordelene ved bruk av Tensar. Forsøk hos British Rail, England 1994 Tidlig på 199 tallet undersøkte de britiske jernbanemyndigheter bruken av Tensar for å begrense sideveis, progressiv forskyving av ballast ved gjentatte togpaseringer. Undersøkelsen gikk ut på å finne setninger og foringelse i den vertikale sporgeometrien. Fullskala forsøket med bruk av en 4 tonns rullende last rigg for å simulere 2 millioner brutto tonn på sporet, bestod av tre tester over svak undergrunn (E = 1MPa). I to av testene var et lagt i det underliggende ballast laget. Resultatene av disse testene ble sammenlignet med en liknende test uten, tidligere utført på meget fast undergrunn. Dette arbeidet viste at som forsterkning under og stabilisering av ballast over svak undergrunn, gir tilnærmet lik funksjon som jernbanespor lagt på fast undergrunn. Tensar viste seg også å redusere elastisk bøyning med opptil 4%. Disse fordelene kan ha stor verdi i forhold til vedlikeholdskostnader og forstyrrende forsinkelser ved erstatning av ødelagte komponenter som isolerte sporvekslere, da disse er sårbare mot skader oppstått ved spordeformasjon. Initial løft (mm) For detaljer om Tensar workshops besøk Setninger etter trafikk på 2 mill. tonn (mm) Fast undergrunn Forbedring med Tensar forsterkning og stabilsering Initialløft til driftsnivå (mm) Nivå jernbanespor før gjennåpning Jernbanespornivå hevet under re-ballasting Setninger (mm) Posisjon etter (2 mill. brutto tonn) trafikk Myk undergrunn med Tensar forsterkning Myk undergrunn uten Tensar forsterkning og stabilisering Test 1: svak undergrunn uten Test 2: svak undergrunn og 5 mm over Test 3: svak undergrunn og 1 mm over Installasjon av Tensar i underliggende ballast over svak undergrunn reduserer setninger betydelig og gjør sporene sammenlignbare med jernbanespor over fast undergrunn (etter Matharu, 1994*).

7 Forsøk ved Universitetet i Nottingham, England 26 Et større britisk forsknings- og utviklingsprosjekt ledet av Universitetet i Nottingham, kvantifiserte de permanente setninger i jernbanespor og undersøkte bruken av Tensar for å begrense setninger i ballast og øke periodene mellom vedlikehold. Det treårige prosjektet ble avsluttet i 26 og var delvis støttet med 35. i utviklingsstipend fra Royal Society. Prosjektet inneholdt eksperimentellarbeid og teoretisk modellering sammen med et større feltforsøk og utvikling av en designveiledning. Forskningen ble foretatt ved Universitetet med tre kommersielle aktører; Tensar International, ledende jernbanerådgiver Scott Wilson Pavement Engineering Ltd og ledende jernbaneentreprenør Carillion Rail. Network Rail (eier og operatør av England sin jernbaneinfrastruktur) var representert i prosjektets styringsgruppe. Arbeidet startet med tester på mindre jernbanespor med varierende for å undersøke påvirkningen i setninger ved forskjellig nettstivhet, ruteåpninger og ribbenes profil. Resultatene påviste den optimale ribbeavstanden for å oppnå forkiling ved standard ballast. Man fant at funksjonen til ikke ble påvirket av hvor dypt en plasserte et i ballasten. RESULTATER VISER AT OGSÅ DE FØLGENDE GEONETT EGENSKAPER ER VIKTIGE: Høy knutepunktsstyrke (>95% effektivitet) Stor strekkstivhet ved lav påkjenning Ribbehøyden Firekantet ribbeprofil Tensar reduserer vedlikeholdet Hos Nottingham Rail Test Facility (RTF), finnes en testrigg med en fullskala seksjon av et jernbanespor, 3 svillers lengde. Dynamisk laster påføres av tre hydrauliske stempler som simulerer passeringen av en vanlig rullende vognaksel. Tre separate installasjoner, en kontroll og to med ble testet med en million passeringer. I en seksjonvar et plassert i under ballasten og i den andre var et plassert litt oppe i ballasten. Setninger ble målt og resultatene stadfestet funnene fra tidligere mindre tester (CET). Resultatene viste at bruken av Tensar LA- kunne øke vedlikeholdsintervallene med en faktor på minst 2,5. Simulert togbelastning ved Universistetet i Nottingham, avd. RTF. Antall aksel passeringer Kontroll seksjon uten Stabilisert med Tensar Settninger (mm) 6 8 Mer enn 2,5x Resultatene fra Universitetet i Nottingham, avd. RTF viser at Tensar håndterer omtrent 2,5 ganger antall akslinger for samme setninger som seksjonen uten (etter Brown et al, 26*).

8 8 Overvåket feltforsøk hos Network Rail, England Et demonstrasjonsprosjekt organisert av Network Rail på den travle West Coast Main Line (WCML). Mellom London og Skottland har dokumentert funnene fra laboratorieforsøkene i Nottingham. En 8m lang seksjon på jernbanelinjen ved Coppull Moor hadde dårlig geometri og stort vedlikehold. Network Rail bestemte seg for å rekonstruere hele lengden av sporet med ny ballast og sviller. Forsøksfeltet ble delt i fire seksjoner, to kontrollseksjoner og to med Tensar for ballaststabilisering. Network Rail har regelmessig overvåket standard avviket (SA) på den vertikale deformasjonen i sporet ved hjelp av deres høyhastighets spormåler vogn. (HSTRC). Det var mye historiske data å sammenligne funksjonen til både de forsterkede og de uforsterkede seksjonene med. Network Rail fant at funksjonen til Tensar stabiliserte seksjoner viste en betydelig forbedring. Analyser av data indikerte at Tensar forlenget tiden mellom hvert vedlikehold, målt mot konvensjonell løsning, med 2 og 4 ganger. De detaljerte datasamlingene fra HSTRC overvåkningen (vist nedenfor) viser dramatisk hvordan denne seksjonen av jernbanen, for mer enn 1 år, hadde behov for omtrent kontinuerlig hastighetsrestriksjoner selv med vedlikehold to ganger hvert år. Imidlertid, etter fornyingen sent i 24 med bruk av, vil både reduksjonenen i mengden på SA og størrelsen på nedbrytningen resultere i minst tre år uten vedlikehold og hastighetsrestreksjoner. År Med Tensar stabilisering SA over 35m (mm) 2 3 Ingen forsterkning Grense for innføring av hastighets restriksjon 4 5 Spor rehabilitering Tensar ballast forsterkning er introdusert her 6 WCML forsøk viser redusert utvikling i nedbrytningen av sporkvaliteten som følge av bruk av. Network Rail s tilnærming til mekanisk stabilisering av ballast i Strobritanina For detaljer om Tensar workshops besøk Basert på de ovenforstående dokumentasjoner benytter Network Rail, Tensar sine i stort omfang sammen med ren ballast for å øke tiden mellom hvert vedlikehold når de gjennomfører fornying av spor over dårlig undergrunn. Tensar er benyttet også i overgangs soner hvor det er stor forskjell i bæreevnen til undergrunnen, dette for å forhindre differensial setninger. Dette kan oppstå ved påkjørings- og avkjøringsområder ved bruer. Network Rail s nåværende håndbok i bygging av jernbane på bløt undergrunn, R/SP/TRK/939, anerkjenner det strukturelle bidraget fra et godkjent. Denne håndboken, sammen med et godkjent produktsertifikat tillater betydelig mindre stivhetverdier for dynamisk svillestøtte stivhet for spor bygget på stabilisert ballast, sammenlignet med konvensjonell ustabilisert ballast. Som resultat, tilstedeværelsen av tillater reduksjon i ballastlagtykkelsen under sviller. Tensar s er har fått Network Rail Produckt Acceptansce Certification (nr. PA5/2516) for Strukturell forsterkning av jernbaneballast. Network Rail har gitt Tensar full produktgodkjenning i samsvar med gjeldende håndbok hos Network Rail.

9 Holdbarhet til Ballast Tensar er brukt til å mekansik stabilisere ballast i snart 3 år og i noen tilfeller er tilstanden i felt overvåket. Ved en byggeplass, kjent som Shirland i England, ble installert i 1988 og i samarbeid med operatøren, Network Rail, ble det tatt ut prøver av ene i 1997 og 26. Siden installasjonen har jernbane strekningen blitt trafikkert med over 2 millioner brutto tonn, både gods og person trafikk. En vurdering av slitasjen ble utført ved å studere strekkstyrke egenskapene til et som var plassert 225mm under svillene. Diagrammet viser at strekkstyrken ikke har endret seg siden installeringen samt at det installerte et er sterkere og stivere enn kvalitetskontroll standarden for Tensar som ble levert til prosjektet. Slitasje effekten er ubetydelig. Dette er et bevis på at i dette tøffe miljøet, som jernbaneballaste er, har Tensar bevist at de har en levetid på langt mer enn tyve år. For prosjektet i seg selv, er problemet løst. Før rehabilitering med trengte linjen vedlikehold flere ganger i året. Data viser at vedlikehold har blitt redusert til en brøkdel av det tidligere nivået. Kostnadsbesparelsen for baneoperatøren snakker for seg selv. KK styrke (kn/m) Kvalitetskontroll grense 1988 Etter 9 år Etter 18 år Etter 18 år, Tensar holder fremdeles sin kvalitetskontroll styrke Geonett SS1 mekanisk stabilisering av underlaget til ballast Strekkstyrketester (enkel ribbe) SS1 LD karakteristisk SS1 SS1 LD test resultater Styrke kn/m % tøyning Strekkstyrketester på utgravd prøve sammenlignet med den orginale kvalitetskontrollstyrken og tøyningen (rød). 9

10 1 2 Mekanisk stabilisering av forsterkningslaget for å redusere byggekostnaden På Bratislava til Trnava jernbanelinjen i Slovakia. Nær 3 års erfaing i mekanisk stabilisering av knuste masser Tensar International har utviklet den mekanisk stabiliseringen av masser for alle lag i jernbanekonstruksjonen. Effekten og funksjonen er dokumentert og påvist gjennom mange tester, forsøk og forskningsporsjekter. Underlaget til ballasten vil gi en betydelig besparelse i byggekostnadene. E V2 modulus (MPa) Uten Forsterket med Tensar to-aksialt nett Tykkelsen og den strukturelle styrken til forsterkningslaget, over svak undergrunn, sikrer at ballastlaget får enhetlig kvalitet og reduserer behovet for vedlikehold. (etter Seiler, 1995*) 4mm 6mm Lagtykkelse på underballast (mm) For detaljer om Tensar workshops besøk Teststrekninger i Europa Det tyske jernbaneverket, Deutsche Bahn (DB) utførte en test med nøye oppfølging i forbindelse med utvidelsen av Berlin-Munchen banen mellom Hochstadt og Probstzella hvor undergrunnen var meget bløt, typisk Eu-modul på 7-15MPa. Testseksjoner med 4mm og 6mm forsterkningslagstykkelse ble bygget. Halvparten av hver av seksjonene hadde Tensar forsterkning og stabilisering. Platebelastningstester på toppen av forsterkningslaget (underballast) viste: Tensar forsterkning doblet modulusen til forsterknigslaget Tensar tillot en 33% reduksjon i lagtykkelsen til forsterkningslaget, for eksempel var modulusen til et 4mm lag med Tensar forsterkning tilsvarende et 6mm lag uten

11 På et annet, separat, anlegg i Køln i 23, gav bruk av en Tensar geokompositt, over bløt undergrunn, en reduksjon i tykkelsen til forsterkningslaget fra 15mm til 7mm, samtidig som den nødvendige modulusen på 12MPa på toppen av laget ble opprettholdt Ustabilisert Tykkese h (mm) Stabilisert Dimensjonering uten og med ballast 15mm forsterkningslag E = 12MPa 7mm underballast Undergrunns modulus (E u ) Sammenligning av et lag uten og et mekanisk stabilisert forsterkningslag holder samme kravet underlaget for ballasten (E u ). Undergrunn, E u = 1MPa På jernbanelinjen, Bratislava til Trnava, i Slovakia, benyttet kunden et Tensar mekanisk stabilisert lag for å oppnå UIC sitt minstekrav til understøtning med modulus på 5MPa på toppen av forsterkningslaget. Platebelastningstester ble utført på stedet for å undersøke og vurdere løsningen. De følgen resultater ble funnet: sville ballast mekanisk stabilisert lag undergrunn modulus mål 8MPa 5MPa undersiden til sville topp msl Dimensjoneringen til Tensar var for et mekanisk stabilisert lag (msl) for den nødvendige tykklsen og materialspesifikasjonen for å nå kravet Modulus på undergrunn Modulus på toppen av Tensar mekanisk stabilisert underballast E V2 modulus (MPa) MPa mål (krav) Test sted Tensar løsningen oppnådde og oversteg det gitte kravet. Tensars stabiliseringsmetoder har Network Rail Product Acceptance Certification (Number PA5/175 & 177) for jernbane fundamenter og voller, skrånings reprasjon og jordarmeringsområder. * Alle tekniske referanser kan bestilles fra Tensar, på forespørsel. 11

12 Kontakt Tensar International eller din lokale distributør, Tentex AS, for å motta ytterligere litteratur over Tensar sine produkter og bruksområder. På forespørsel finnes også produktspesifikasjoner, installasjonsguider og spesifikasjons notater. Komplett litteratur på Tensar sine produkter består av: Tensar geosynteter innen bygg og anleggssektoren En veiledning om produkter og bruksområder Stabiliseringsmetoder Mekanisk stabilisering av ubundne masser i veier og trafikkområder TriAx En revolusjon innen eknologien Egenskapene og fordelene til Tensar TriAx Tensartech konstruksjonssystemer Brukar Armerte murer Bratte skråninger Fundamentering over peler Bygging på svak grunn uten å få setninger Grunnforsterkning Bruk av Basetex geotekstil med høy styrke Jernbane Mekanisk stabilisering av jernbaneballast og forsterkningslag Asfaltdekker Armering av asfalt i veier og trafikkarealer Erosjon Erosjonssikring av jord-, stein- og fjellskråninger Din lokale distributør er: TENTEX AS Postboks Lørenskog Feiringveien Finstadjordet Tel.: Fax: salg@tentex.no Tensar International Limited Cunningham Court Shadsworth Business Park Blackburn BB1 2QX United Kingdom Tel.: +44 () Fax: +44 () info@tensar.co.uk Q 5288 ISO 91:28 EMS ISO 141:24 Copyright Tensar International Limited Trykt mai 21, utgave 2 The information in this brochure is supplied by Tensar International free of charge. Tensar International do not assume any duty of care to you or any third party. No liability for negligence (other than for death and personal injury) can arise from any use of or reliance on the information in this brochure or use of any Tensar International product mentioned. Tensar International will not be liable if this brochure contains any misrepresentation or misstatement. Determination of the suitability for any project of the information and any Tensar International product mentioned in it must be made by your engineer or other professional advisor who has full knowledge of the project. You, together with any such engineer or advisor, must assume all risk of loss and damage of any kind arising from use of the information or any product of Tensar International other than the risk of death and personal injury. If you or any third party subsequently purchases a product referred to in this brochure or any other Tensar International product the entire terms of the contract of purchase and the entire obligation of Tensar International relating to the product or arising from its use shall be as set out in Tensar International's Standard Conditions in force at the time of purchase, a copy of which may be requested from Tensar International.