Torowiska tramwajowe – projektowanie, cz. II

Przytwierdzenia profili szynowych nawierzchni stalowej do podbudowy są ściśle związane z rodzajem podbudowy: podsypkowa lub bezpodsypkowa. Konstrukcja podsypkowa składa się z trzech zasadniczych elementów: nawierzchni stalowej (szyn) ułożonej na podkładach drewnianych, strunobetonowych lub stalowych, ułożonych na warstwie tłucznia kamiennego (typowe rozwiązanie w branży kolejowej). Stosuje się przytwierdzenie punktowe w postaci śrub, podkładek, łapek lub sprężyn. Podstawową zaletą tej konstrukcji jest łatwość budowy i remontu pod warunkiem niestosowania zabudowy z nawierzchni drogowych. Wadą jest konieczność okresowego podbijania podbudowy tłuczniowej, która ulega deformacji z biegiem czasu, a jej zanieczyszczenie przez grunty o mniejszej frakcji pogarsza właściwości mechaniczne przez zmniejszenie tarcia między ziarnami tłucznia. Zasady projektowania konstrukcji torowej podsypkowej opisują szczegółowo instrukcje kolejowe (Id), a modyfikacja tych konstrukcji zależna jest od lokalnych warunków miejskich, w których jest stosowana.

Rys. 1 Szczegół mocowania szyny w konstrukcji podsypkowej

W konstrukcji bezpodsypkowej nawierzchnia stalowa jest mocowana do podbudowy betonowej, żelbetowej lub stalowej. Jest to rozwiązanie coraz częściej stosowane zamiast konstrukcji podsypkowej (przewagą jest zmniejszenie nakładów na eksploatację). Prawidłowo zaprojektowana podbudowa, np. w postaci płyty betonowej, jest odporna na przemieszczenia, przez co nawierzchnia ułożona na niej długo pracuje prawidłowo (od kilkunastu do kilkudziesięciu lat). Warunkiem takiej długowieczności jest prawidłowe zaprojektowanie podbudowy, przytwierdzenia szyn oraz odwodnienia. Płyta podbudowy, betonowa lub żelbetowa, projektowana jest jako element na sprężystym podłożu, obciążony kombinacjami sił pochodzącymi od: pojazdów szynowych za pośrednictwem szyn, pojazdów samochodowych, dźwigów tramwajowych (przez zabudowę torów), obciążeń termicznych i technologicznych. Ponadto elementy betonowe zlokalizowane na powierzchni gruntu narażone są na: zamarzanie, nagrzewanie, odladzanie, zanieczyszczenia smarami. Dlatego muszą być projektowane w odpowiednich klasach ekspozycji. Kolejnym elementem są przytwierdzenia szyn. Rozróżnia się przytwierdzenia punktowe (niemalże identyczne jak w konstrukcji podsypkowej) oraz ciągłe. Stosowanie przytwierdzeń punktowych szyn do podbudowy ma sens przy braku zabudowy torów lub z zabudową łatwo usuwalną (kruszywo lub trawa), czyli w torowisku wydzielonym z jezdni, pozwala to na łatwy monitoring stanu przytwierdzeń i łatwy demontaż szyn. W przypadku stosowania zabudowy drogowej z takim przytwierdzeniem wymiana szyn jest znacznie utrudniona i łatwiejszym rozwiązaniem jest usunięcie całej nawierzchni z podbudową. Przytwierdzenie ciągłe szyn polega na umieszczeniu szyny w otulinie z trzech stron (pod stopką szyny i po bokach). Otulina pełni także funkcję wibroizolatora, zmniejszając oddziaływanie na otoczenie dzięki braku połączenia szyny z podbudową za pomocą materiałów o dużej sprężystości (tak jak ma to miejsce przy stosowaniu przytwierdzeń punktowych). Pośrednim rozwiązaniem jest ciągłe sprężyste podparcie szyn pod stopką szyny oraz przytwierdzenie punktowe. Stosowanych jest wiele rozwiązań mocowania szyn do podbudowy bezpodsypkowej. Część z nich jest projektowana z asortymentu dostępnego na rynku, a część jest gotowym typowym produktem dopuszczonym do obrotu i stosowania w określonych przez producenta warunkach. Stosowanie konstrukcji bezpodsypkowej powinno być poprzedzone szczegółową analizą uwzględniającą wszystkie obciążenia, możliwości odwodnienia oraz dostępności do kontroli i naprawy (np. usytuowanie torowiska w jezdni o dużym natężeniu ruchu). Brak kontroli w połączeniu nawet z niewielkimi uszkodzeniami może spowodować pod przykryciem warstwy zabudowy poważną niewidoczną destrukcję całej konstrukcji.

Rys. 2 Szczegół mocowania szyny w konstrukcji bezpodsypkowej

Poważnym czynnikiem działającym destrukcyjnie na konstrukcję torową, a zwłaszcza na infrastrukturę podziemną, są prądy powrotne sieci trakcyjnej zwane prądami błądzącymi. Jest to część prądów znajdujących inną drogę do stacji zasilania (o mniejszej rezystancji) niż sieć powrotna (szyny i kable powrotne), czyniąc w ten sposób szkody – tworzenie się ognisk korozji w miejscu wypływania prądu z metalowych elementów konstrukcji torowej. Zminimalizowanie tego zjawiska powinno zapewnić projektowanie takiej konstrukcji torów, która osiągnie parametry konduktancji określonej w [4], co w przypadku konstrukcji z zabudową drogową nie jest łatwe ze względu na trudność uszczelnienia strefy przyszynowej i brak wglądu pod zabudowę.

W miejscach, gdzie torowisko przebiega w niewielkiej odległości od budynków przeznaczonych do stałego przebywania ludzi lub gdzie istotne jest odseparowanie od hałasu i drgań (np. teatr, filharmonia), stosowane są dodatkowe elementy tłumiące drgania i hałas pochodzące od przejeżdżającego taboru tramwajowego. Tłumienie drgań przenoszonych przez grunt odbywa się za pomocą specjalnie zaprojektowanych ekranów pionowych w gruncie oraz mat wibroizolacyjnych separujących konstrukcję od gruntu. Tłumienie hałasu można ograniczyć przez zastosowanie zabudowy torowiska z materiałów rozpraszających i tłumiących, np. trawa, kruszywo, porowate profile z tworzyw sztucznych.

Rys. 3 Przekrój konstrukcji torowej bezpodsypkowej przy peronie tramwajowo-autobusowym (widoczny krawężnik najazdowy)

– Podłoże gruntowe pod torowiskiem tramwajowym to miejsce bardzo podobne do podłoża pod warstwami jezdni drogowej lub torowiska kolejowego. Naprężenia od obciążeń dodatkowych przyłożonych na wierzchu konstrukcji są już na tym poziomie równomiernie rozłożone i nie osiągają dużych wartości, niemniej dynamiczny ich charakter skłania do solidnego rozpoznania gruntu pod względem składu granulometryczne- go (odpowiednie uziarnienie), zawartości cząstek drobnych, ustabilizowanego poziomu wód gruntowych, stanu, stopnia zagęszczenia i innych parametrów geotechnicznych mających wpływ na współpracę podłoża z budowlą. Prawidłowe rozpoznanie podłoża gruntowego ma szczególne znaczenie przy zastosowaniu konstrukcji podsypkowej, gdyż zachodzi tu większe prawdopodobieństwo wystąpienia sufozji lub zmiany stanu gruntu spoistego w wyniku penetracji wód opadowych przez całą wysokość konstrukcji torowiska. W konstrukcji bezpodsypkowej ze szczelną zabudową takie zjawiska występują znacznie rzadziej. Analiza geotechniczna (opinia geotechniczna lub projekt posadowienia konstrukcji) odpowiada, jak postępować z podłożem – czy posadowić na nim bezpośrednio konstrukcję, odseparować lub wzmocnić geotekstyliami, a może wymienić grunt lub stabilizować go z dodatkiem cementu w celu osiągnięcia jak najlepszego efektu, także ekonomicznego. Dużym problemem w ocenie przydatności podłoża są grunty pochodzenia antropogenicznego występujące bardzo często głównie w miastach. Tworzące je gruzy (często powojenne) z różnych materiałów często się nie nadają do zbadania metodami makroskopowymi ani laboratoryjnymi i pozostaje sprawdzenie nośności sondą dynamiczną oraz przyjęcie założenia, że konsolidowały odpowiednio długo pod warstwami dróg czy torowisk. Takie założenie, poparte badaniami, pozwala na duże oszczędności w stosunku do założenia, że grunty antropogeniczne są gruntami niebudowlanymi, co w części przypadków mogłoby mieć uzasadnienie. Dla utrzymania odpowiednich parametrów podłoża niezbędne jest odwodnienie konstrukcji torowiska w postaci odwodnienia wgłębnego (w przypadku torowiska bez szczelnej zabudowy lub powierzchniowego ze szczelną zabudową). Projektując torowisko wspólne z jezdnią, należy zapewnić parametry podłoża, jakie przewidziane są dla jezdni, gdyż to parametry dla jezdni są wyższe niż torowisko.

Fot. 1 Zagospodarowanie przestrzeni w rejonie peronu tramwajowego

Perony tramwajowe lub tramwajowo-autobusowe wymagają dziś coraz więcej uwagi projektanta. Prawidłowo zaprojektowane perony muszą spełniać oczekiwania różnych grup społecznych, ze szczególnym uwzględnieniem osób z niepełnosprawnościami. Nawierzchnie peronów z materiałów trwałych i estetycznych to wymóg minimalny, jeśli chodzi o konstrukcję (płyty z wysokiej jakości betonu lub granitu). Dla osób niedowidzących konstruowane są różne systemy oznakowań dotykowych i kolorystycznych w nawierzchni, pozwalających na wyznaczenie w czytelny sposób stref dojścia, oczekiwania i miejsca zatrzymania drzwi pojazdów szynowych. Krawędzie peronowe projektowane są obecnie przede wszystkim na potrzeby taboru niskopodłogowe- go w taki sposób, aby zapewnić minimalny odstęp od progu drzwi do peronu, co znacząco poprawia komfort i bezpieczeństwo pasażerów, także tych poruszających się o kulach lub na wózkach. Perony tramwajowo-autobusowe mają zaprojektowane krawędzie peronowe dostosowane profilem do kół autobusów, aby te mogły się zbliżyć bezpiecznie, najbliżej jak to możliwe, do peronu. Niestety nowe udogodnienia dla osób niepełnosprawnych nie są rozwiązaniami typowymi i obowiązującymi na terenie całego kraju, chociażby w zakresie nawierzchni czy wyposażenia ułatwiającego poruszanie się, co wprowadza w błąd lub wręcz utrudnia poruszanie się tej grupie pasażerów.

Także wyposażenie peronów wymaga odpowiedniego podejścia projektowego i w zależności od możliwości finansowych zarządcy infrastruktury może spełniać wiele indywidualnych wymagań, np. zadaszenia całych peronów lub ich części, ogrzewanie promiennikami podczerwieni, dynamiczna informacja pasażerska wizualna i akustyczna, odrębne oświetlenie peronów, biletomaty, ogrodzenia zabezpieczające przed ochlapywaniem z przyległych do peronów jezdni.

Fot. 2 Przystanek tramwajowy typu wiedeńskiego (wyniesienie jezdni przy tramwaju)

Przytoczone zasady stosowania rozwiązań konstrukcyjnych i funkcjonalnych to tylko zarys założeń i problemów projektowych, lecz istnieje możliwość szybkiego zapoznania się ze szczegółami projektowymi, korzystając z literatury fachowej.

Jak wspomniano, dotychczasowe przepisy regulujące projektowanie, budowę i utrzymanie torów tramwajowych wymagają aktualizacji, gdyż mają już kilkanaście, a nawet kilkadziesiąt lat i nie zawsze odpowiadają współczesnym wymaganiom. Żadne przepisy nie zastąpią zdroworozsądkowego podejścia, ale wyznaczają minimalne wymagania aktualne przez pewien czas.

Przykładem aktualizacji wymagań jest projekt rozporządzenia zmieniającego rozporządzenie [2] z 14 grudnia 2015 r. (http://legislacja.rcl.gov.pl/projekt/12280505/katalog/12330895#12330895). Obecne przepisy rozporządzenia [2] w zakresie budowli tramwajowych (głównie rozdział 10) prezentują najistotniejsze aspekty dotyczące bezpiecznego użytkowania budowli. Istnieje potrzeba zaktualizowania pewnych zależności lub wartości zapisanych na „sztywno” (raczej liberalizacja względem lokalnych potrzeb zarządców infrastruktury), ale wymaga to rzetelnych badań, zwłaszcza w przypadku łagodzenia przepisów dotyczących bezpieczeństwa. Projekt rozporządzenia zmieniającego przewiduje rozszerzenie wymagań dla budowli tramwajowych, a przedstawione w nim zagadnienia są częściowo przedmiotem dotychczasowych wytycznych [6] i [7] oraz [3]. Praktyka pokaże, na ile nowe przepisy, już obligatoryjne, będą możliwe do spełnienia w różnorodnych warunkach wszystkich sieci torowisk tramwajowych w Polsce.

inż. Grzegorz Dąbrowski

Civil Transport Designers s.c.

członek Mazowieckiej OIIB

zdjęcia i rysunki autora