LØSNINGSFORSLAG TIL OBLIG NR 1 2017 Oppgave 1 a) Silt regnes som den mest telefarlige jordarten fordi den både har høyt kapilært sug og høy permeabilitet som sammen gir god vanntilførsel til frysefronten. Silt er klassifisert som meget telefarlig i tabell 6.1 i http://www.jernbanekompetanse. no/wiki/underbygning/frost#telefarlighetsklassifisering. Leire og morene med stort siltinnhold er forøvrig også svært telefarlige. b) Telehiv kan oppstå alle steder hvor de tre forutsetningene er tilstede: vann, frost og telefarlig materiale. Disse faktorene kan være tilstede i en tunnel. Frost finnes i korte tunneler eller ytterste del av en tunnel, men vanligvis er det ikke frost langt inne i fjellet. c) For å dimensjonére nødvendig forsterknings- og frostsikringslag bruker vi diagrammet i figur 6.13 i læreboka Underbygning/Frost, antatt at vi bruker sprengstein (ved bruk av grus eller en kombinasjon brukes isteden figur 6.11 og 6.12). Med 25000 timegrader gir dette en tykkelse på ca 1,9 meter for en bane i Oslo-området. Oppgave 2 Et kryssingsspor skal forlenges noen hundre meter. Forlengelsen skal ligge inntil eksisterende spor. a) Utfordringer ved å bygge nært eksisterende spor: Dersom det er løsmasser, må det graves ut for å gi plass til banelegemet for det nye sporet. Graveskråninga kan bli bratt og opptil 2,5-3 m høy avh. av tykkelse på frostsikringslag, og kan derfor gjøre det eksisterende sporet ustabilt. Det kan også tenkes at man får setninger fordi man med gravinga kan komme til å senke grunnvannet. Dersom det er fjell må det sprenges plass. Dette kan forskyve det eksisterende sporet dersom man ikke er forsiktig. Man må sprenge noe dypere enn ballastlaget til eksisterende spor. Stikkrenner må forlenges. Kan føre til problemer med påkobling til eksisterende renne. Ev. bruer må skiftes ut (ev. utvides) til dobbeltsporet bru. Dersom nytt eksisterende spor ligger på fylling som igjen ligger på setningsømfintlige masser, vil et nytt spor på fylling utenpå den gamle fyllinga kunne føre til tilleggslaster. Dette kan i sin tur føre til setninger for både nytt og gammelt spor.
Evt. eksterne (kommunen, e-verk, teleselskaper etc.) kabler og rør som går under sporet må tas hensyn til. Fundamentering av kontaktledningsmastre, signaler o.a. må tas hensyn til. Sideterreng inkl. ev. terrenggrøfter og sikringstiltak i skråninger og skjæringer må tilpasses den nye situasjonen med et ekstra spor. I tillegg kommer trafikale problemer dersom det går trafikk på det eksisterende sporet. Hvordan disse kan løses er ikke tema for dette faget. b) Tiltak ift. utfordringene under sp.m. a). Bratte og dype graveskråninger i løsmasser nært eksisterende spor ei utfordring som er vanskelig å løse. Noen stikkord: Ha større sporavstand Begrense gravedybde ved å bruke f.eks. XPS til frostisolering (i stedet for granulære materialer) Kan i særlige tilfeller bruke spunt mot eksisterende spor, men er relativt kostbart Etablere mur som støtter opp eksisterende spor. Er også relativt kostbart. Sprenging av byggegrop: Gjøre forsiktig sprenging, ikke sprenge mer enn nødvendig. Ha god kontroll på geometrien til eksisterende spor (unngå sporfeil). Stikkrenner: Dersom tilstanden er god, kan eksisterende stikkren- ne forlenges. Det bør, hvis mulig, etableres en inspeksjonskum der påkoblingen skjer. Dersom tilstanden er dårlig bør man vurdere å legge ny stikkrenne i stedet. Bru: Stålbruer uten gjennomgående ballast bør skiftes ut. Traubruer i betong kan beholdes dersom tilstanden er god og det er plass til å etablere ny bru ved siden av for sporforlengelsen. Ellers bør man vurdere å bygge ny bru for begge spor. Setningsfare pga. tilleggsslast: Bør vurdere bruk av lette fyllmasser. Viktig å ha god kontroll på sporgeometrien i byggefasen. Kabler og rør: Disse må påvises av dem som eier dem slik at man vet hvor de ligger. Ev. tiltak på disse i forbindelse med sporforlengelsen må skje i samarbeid med eierne (men bekostes av Jernbaneverket). Nye fundamenter (KL og signal): Må planlegges og settes av plass til disse. Bør unngå problemer med stabilitet og setninger der disse plasseres. Sideterreng: Dersom man må skjære seg inn i sideterrenget for å gi plass til det nye sporet må ny sikring av jord- og fjellskjæringer på plass. Likeens må man reetablere fornuftige terrenggrøfter.
Oppgave 3 Hvilke fordeler har bruk av TBM (tunnelboremaskin) ved bygging av tunneler fremfor konvensjonell driving (sprenging) og hvilke ulemper kan det ha? Fordeler med TBM fremfor konvensjonell driving: Mindre behov for sikring. Gunstig med sikulært profil i fohold til trykk- og sugkrefter. Mindre behov for vedlikehold Ulemper med TBM: Kostnader. Normalt dyrere å bygge her i landet. Begrenset med boremaskiner for dobbeltsporstunneler. Oppgave 4 Vannlekkasjer i tunneler er uheldige av flere grunner: grunnvannssenkning og setninger i området rundt tunnelen isdannelse i tunnelpro let kan medføre frostsprengning og nedfall av stein dersom det drypper på skinnen kan man få korrosjon på skinnen og evt skinnebrudd korrosjon på skinnen gir tilleggskrefter ned i sporet, noe som kan gi vaskesviller (vaskesviller kan også oppstå dersom dreneringen i tunnelen er dårlig) problemer med elektriske anlegg For å unngå vannlekkasjer brukes i all hovedsak forinjeksjon. Som regel injiserer man en skjerm - så sprenger man et par-tre salver før man borer ny injeksjonsskjerm. Hvis man imidlertid ikke har oppnådd god nok tetthet må man bare kjøre på med ny skjerm. Man ønsker å unngå etterinjeksjon da det er veldig vanskelig å få til en bra tetting av fjellet ved etterinjeksjon.
Oppgave 5 Forskjeller mellom vei- og jernbanetunneler med hensyn på sikkerhet: Transportsystemet Toget er sporbundet og togbevegelser er styrt av signalanlegg for å hindre kollisjoner. Styrken til jernbanen ligger i evnen til å forebygge ulykker på et kvalitativt nivå. Brannbelastning Moderne togmateriell er bygget etter strenge brannforebyggende krav. En (laste)bil utgjør en stor brannbelasting på grunn av drivstoffet. Sannsynligheten for en ulykke med påfølgende brann eller omvendt, som fører til at tunnelen blir blokkert, er betydelig høyere veitunneler enn for jernbanetunneler. Menneskelig svikt Den viktigste årsaken til ulykker i veitrafikken skyldes menneskelig svikt. Veitrafikken kjennetegnes ved kjøring på sikt, mangel på tekniske sikkerhetsinstallasjoner i kjøretøyene, tilstedeværelse av et stort antall antennbare kilder og brennbart materiale, samt mangel på en brannbeskyttelsesstandard for motorkjøretøy. Dette er ikke tilfelle for jernbanetunneler. Tilleggsrisiko grunnet subjektive og uforutsette handlinger av et stort antall individuelle personer er også typisk for veitrafikken. Oppgave 6 Thomas har fart V = 90 km/h gjennom en kurve med radius R = 400 m. a) Ingen overhøyde gir og j u = v2 R g h s = ( 90 3,6 )2 400 9, 81 0 I = sv2 gr 1,56 m/s2 90 ( 3,6 h = )2 0 239 mm. 9, 81 400 b) Dersom h = 150 mm, får vi og j u = v2 R g h s = ( 90 3,6 )2 400 9, 81 150 I = sv2 gr 0,58 m/s2 90 ( 3,6 h = )2 150 89 mm. 9, 81 400
c) Vi ser at i a) er j u større enn j u,maks = 0,85 m/s 2 (evt. kan vi se at I er større enn I maks = 130 mm). Det er sannsynlig at komforten er svært dårlig i dette tilfellet. Litt avhengig av hvor tungt toget er, kan det også være fare for sideforskyving av sporet. I b) er verdiene innenfor grenseverdiene. d) For å finne maksimale lovlige hastigheter, løser vi ligningen j u = v2 R s hensyn på v og setter inn j u,maks for j u : v = (g h s + j u) R = v maks = (g h s + j u,maks) R Dette gir for a) og for b) v maks = v maks = (9, 81 (9, 81 0 + 0, 85) 400 18,4 m/s 66,3 km/h 150 + 0, 85) 400 27,1 m/s 97,4 km/h. med Oppgave 7 Finner de elementene som har lavest tillatt hastighet (dette er de dimensjonerende elementene for strekningen): Siden alle sirkelkurvene har samme overhøyde, betyr det at de kurvene med minst radius er dimensjonerende, altså to kurver med radius 238 m. Maksimalhastighet i 238-kurvene: 150 v maks = (9, 81 + 0, 65) 238 19,7 m/s 70,9 km/h Så må det sjekkes om de tilstøtende overgangskurvene er lange nok for denne hastigheten (70,9 km/h 19,7 m/s): L 1 h p maks = 150 2,5 = 60 m
h L 2 v D maks = 19.7 150 53,7 m 55 L 3 v j u ψ maks = 19, 7 0,65 24,6 m, der j 0,52 u = v2 g h 0,65 R s m/s2. Alle de tilstøtende overgangskurvene er 60 m, så det går akkurat! Dersom det hadde vært andre overgangskurver på strekningen som var kortere enn dette, burde de også vært sjekket. Det er det ikke her, så maksimalhastighet over strekningen er altså 70,9 km/h (skiltet hastighet ville her blitt 70 km/h). Dimensjonerende elementer er her de to sirkelkurvene med radius 238 m, samt alle de fire tilstøtende overgangskurvene.