Przy budowie i remontach torowisk ważny jest wybór odpowiednich rozwiązań technicznych, dobra organizacja robót budowlanych oraz powiązania międzybranżowe.
Obiekty infrastruktury tramwajowej są realizowane ze środków publicznych, większość robót zatem odbywa się zgodnie z prawem zamówień publicznych. Inwestorzy zobowiązani są do przygotowania kompletnej dokumentacji wykonawczej (zgodnej z Prawem budowlanym) w przypadku samego wykonawstwa lub opisania inwestycji za pomocą programu funkcjonalno-użytkowego, jeśli chcą realizować inwestycje w formule zaprojektuj-wybuduj. Już sam wybór procedury realizacji – wybuduj lub zaprojektuj-wybuduj – ma ogromny wpływ na etap wykonawstwa – wybór konstrukcji, technologii robót oraz organizacji robót. W przypadku robót budowlanych realizowanych na podstawie dokumentacji projektowej inwestora większość zagadnień technicznych jest już opisana i wykonawca kalkuluje konkretne skosztorysowane roboty. Inaczej wykonawca postępuje, gdy jego zadaniem jest wykonanie dokumentacji oraz na jej podstawie robót budowlanych – optymalizuje i upraszcza rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne. Przedstawione zostaną najczęściej spotykane rozwiązania techniczne przy budowie, przebudowie i remoncie torowisk tramwajowych.
Fot. 1 Ruch tramwajowy dwukierunkowy po jednym torze podczas budowy toru sąsiedniego. Ulica 3 Maja w Katowicach dostępna tylko dla ruchu pieszego na czas prowadzenia robót
Konstrukcja podsypkowa. Poszczególne elementy konstrukcji są wykonywane ręcznie z użyciem sprzętu budowlanego dostosowanego do tego typu robót. Największą mechanizację i zautomatyzowanie robót można osiągnąć przy wykonawstwie dolnych warstw konstrukcji – podłoże gruntowe, warstwa ochronna i podbudowa z kruszywa przez zastosowanie spycharek i równiarek wyposażonych w systemy nawigacji i automatycznej kontroli parametrów geometrycznych tych warstw. Zasadniczo roboty ziemne i układanie warstw z kruszyw nie różni się od robót drogowych. Kolejnym etapem jest układanie podkładów oraz montaż nawierzchni torowej do podkładów za pomocą różnych systemów przytwierdzeń punktowych, co odbywa się sposób niezmechanizowany, ale przy użyciu sprzętu budowlanego (układanie podkładów drewnianych lub betonowych, układanie nawierzchni stalowej – szyn, rozjazdów i skrzyżowań). Szyny i elementy rozjazdów łączone są ze sobą za pomocą połączeń łubkowych, przez spawanie elektryczne (najczęściej w nawierzchni stalowej rozjazdów) lub termitowe.
Po wykonaniu tych czynności następuje ułożenie kolejnej warstwy z tłucznia kamiennego między podkładami oraz ich regulacja w planie i w profilu podłużnym wraz z wykonaniem przechyłek i ramp przechyłkowych. Przy tych pracach coraz większe zastosowanie, zarówno na odcinkach szlakowych, jak i w węzłach rozjazdowych, znajdują podbijarki torowe. Podbijarki torowe zwiększają wydajność, jakość podbijania torów i eliminują szkodliwą dla zdrowia pracowników pracę podbijarkami ręcznymi (wibracje sprzętu). Końcowym etapem remontu lub budowy konstrukcji torowej podsypkowej jest wykonanie zasypki z tłucznia – uzupełnienie i wyrównanie podbudowy z tłucznia i ewentualna zabudowa toru.
Fot. 2 Nowe torowisko tramwajowe (rozjazdy) o konstrukcji podsypkowej w trakcie wyposażania w instalacje i urządzenia sterowania zwrotnicami
Podbudowa bezpodsypkowa monolityczna. Warstwa podbudowy w postaci płyty monolitycznej realizowana może być za pomocą układarki (w deskowaniu ślizgowym) tak samo jak w przypadku nawierzchni drogowej betonowej lub w deskowaniu stałym. Mechanizacja wykonania podbudowy betonowej za pomocą układarki jest w terenie miejskim bardzo ograniczona (przygotowanie nawierzchni technologicznej i odpowiednio szerokiego pasa terenu przy torowisku często nie jest możliwe ze względu na przyległe zagospodarowanie). Ponadto w torowisku najczęściej występuje różnego rodzaju uzbrojenie terenu, tj. studzienki, wywietrzniki kanalizacji lub zaprojektowane nowe elementy wyposażenia torowiska: urządzenia służące odwodnieniu, przewody elektryczne łączące elementy stalowe nawierzchni torowej oraz słupy trakcyjne i ewentualne zbrojenie wykonywanej podbudowy. Podbudowa i zabudowa torowiska (wykonywane jednocześnie) realizowane są najczęściej w deskowaniu stałym lub traconym w postaci krawężników, które stanowią element separacji konstrukcji torowiska od przyległej jezdni lub innego zagospodarowania terenu. Deskowanie stałe, mimo że bardziej pracochłonne, pozwala na dokładniejsze przygotowanie odcinków roboczych przed betonowaniem i ogranicza w większym stopniu występowanie sytuacji nieprzewidzianych, niż ma to miejsce podczas betonowania w deskowaniu ślizgowym. Podbudowa bezpodsypkowa prefabrykowana wykonywana jest jako wspólny element z zabudową torowiska (nawierzchnią drogową). Wielkość elementów prefabrykowanych uzależniona jest od możliwości transportowych oraz miejsca wbudowania (~ 0,5 x 0,5 m – 2,5 x 12 m w planie i grubości ~ 0,2 m – 0,4 m). Płyty torowe prefabrykowane wykonywane są jako elementy żelbetowe lub sprężone, dlatego nie ma możliwości ingerowania w ich przekrój, tj. wykonywania w dowolny sposób otworów lub cięcia prefabrykatu. Lokalizacja infrastruktury towarzyszącej musi być wcześniej rozpoznana i uwzględniona w planie rozmieszczenia płyt. W celu ograniczenia rozmiarów poprzecznych płyt w przekroju torowiska wykonywane są one jako elementy pod każdy tor osobno oraz jako elementy wypełniające przestrzeń między płytami torowymi, co ułatwia układanie ich w łukach (ograniczenie szerokości szczelin między płytami). Podbudowa tego typu przystosowana jest do montażu nawierzchni torowej w przeznaczonych do tego kanałach z mocowaniem za pomocą masy zalewowej, choć istnieją warianty płyt z przytwierdzeniem punktowym, dla których gniazda są wykonywane w zakładach prefabrykacji. Płyty prefabrykowane układane są na podbudowie pomocniczej po wykonaniu wszystkich robót towarzyszących ulegających zakryciu, np. rozwiązaniu kolizji z urządzeniami i sieciami podziemnymi. Ułożenie płyt ma duży wpływ na kolejny etap robót – ustawienie nawierzchni torowej w kanałach płyt prefabrykowanych, dokładność wykonania podbudowy z płyt musi być więc zbliżona do dokładności ustawienia toru. Najczęściej stosowanymi materiałami na warstwę wyrównawczą są mieszanki betonowe o konsystencji półsuchej lub wilgotnej oraz mieszanki mineralno-asfaltowe. Górna powierzchnia płyt ma z reguły pochylenia poprzeczne ułatwiające odprowadzenie wód opadowych. Płyty prefabrykowane ułożone na warstwie wyrównawczej pracują jako oddzielne elementy niezespolone ze sobą, ale obciążone wspólnie szynami mocowanymi masami sprężystymi (czasami także przytwierdzeniami punktowymi).Takie rozwiązanie zapewnia ciągłe, sprężyste przenoszenie obciążeń z pojazdów szynowych poprzez szyny na podbudowę za pośrednictwem płyt. Nieprawidłowe wykonanie warstwy wyrównawczej, podbudowy bądź uszczelnień między płytami może powodować klawiszowanie pod obciążeniem ruchem kołowym, które jest przenoszone oddzielnie na każdą płytę. Wypełnienie szczelin między płytami wykonywane jest z materiałów zalecanych przez producenta danego systemu płyt prefabrykowanych. Zawsze połączenia płyt są uszczelniane przy ich górnych krawędziach, aby ograniczyć penetrację wody opadowej w podbudowę torów.
Fot. 3 Podbudowa i nawierzchnia torowa – tory kotwione (przed wykonaniem podlewu z masy żywicznej)
Przytwierdzenie nawierzchni torowej do podbudowy monolitycznej za pomocą przytwierdzeń punktowych.
Przekrój poprzeczny podbudowy betonowej torów związany jest ściśle z przyjętym systemem konstrukcji przytwierdzenia szyn do podbudowy. Najprostszym przypadkiem do realizacji jest przekrój prostokątny, na którym przewidziano montaż nawierzchni torowej za pomocą wklejanych kotew stalowych oraz podlewu z mas żywicznych. Przy stosowaniu betonów o szybkim przyroście wytrzymałości rozpoczęcie ustawiania nawierzchni stalowej jest możliwe już po 3-4 dobach (trzeba tylko pamiętać o ciągłej pielęgnacji betonu). Zasadnicze etapy wykonania przytwierdzeń i układania nawierzchni stalowej wyglądają następująco: ustawienie nawierzchni stalowej na podbudowie betonowej, spawanie i wstępna regulacja położenia w planie nawierzchni torowej w torach szlakowych (w rozjazdach od razu docelowa regulacja położenia), wykonanie kotew wklejanych do podbudowy mocujących docelowo szyny, stabilizacja montażowa nawierzchni stalowej za pomocą wklejonych kotew oraz prętów montażowych i klinów regulacyjnych, ostateczne położenie w planie i w profilu podłużnym (tory szlakowe), wykonanie podlewu pod węzłami kotwiącymi lub pod całą nawierzchnią torową, dokręcenie śrub w węzłach kotwiących i na kotwach. Bardzo ważne jest dokładne wykonanie powierzchni płyty podbudowy betonowej, gdyż wiąże się to z małą tolerancją grubości podlewu podszynowego (np. przy użyciu żywicy poliuretanowej +/- 0,5 cm) i potrzebą jeszcze większej dokładności wykonania zaprojektowanej niwelety powierzchni tocznej szyn.
Fot. 4 Spawanie szyn i przyrządów wyrównawczych poza kanałami szynowymi z ułożonymi podkładkami sprężystymi w kanałach (pomarańczowe elementy)
Przytwierdzenie nawierzchni torowej za pomocą masy zalewowej mocującej do podbudowy w postaci płyt monolitycznych lub płyt prefabrykowanych. W przygotowanych kanałach szynowych zlokalizowanych na wysokości zabudowy torowiska montowane są szyny (różnych typów) za pomocą mas żywicznych poliuretanowych lub mas o innym składzie. Czynności montażowe po wykonaniu podbudowy betonowej z kanałami szynowymi to: oczyszczenie kanałów szynowych z zabrudzeń oraz pokrycie ich powierzchni powłoką gruntującą i sczepną, ułożenie na dnie kanału szynowego podkładki sprężystej lub przyklejenie jej do dolnej powierzchni stopki szyny (możliwe jest niestosowanie podkładki sprężystej). W dalszej kolejności zostają osadzone szyny w kanałach za pomocą dźwigów lub koparek (wcześniej szyny się spawa w kilkudziesięciometrowe odcinki i opcjonalnie wypełnia się w nich komory szynowe wkładkami betonowymi lub z tworzywa sztucznego). Operacja regulacji wysokościowej szyn w kanale polega na montowaniu podkładek sprężystych pod szyną. W razie potrzeby czynność tę powtarza się ponownie aż do osiągnięcia pożądanej niwelety. Po wyregulowaniu położenia szyn w kanałach w pionie oraz w poziomie za pomocą klinów wbijanych między szyny krawędzie kanałów szynowych szyny zalewane są masą mocującą chemoutwardzalną, która już po kilku godzinach ma postać stałą, a po kilkunastu, kilkudziesięciu godzinach jest gotowa do obciążenia użytkowego. Ciągłe sprężyste mocowanie szyn stosowane jest zasadniczo na odcinkach szlakowych, co upraszcza bardzo przygotowanie kanałów szynowych w podbudowie i zabudowie torowiska. Zastosowanie takiego rozwiązania w węzłach rozjazdowych byłoby utrudnione, zwłaszcza w konstrukcji prefabrykowanej, gdyż większość rozjazdów tramwajowych posiada unikalny układ geometryczny w planie, a prefabrykacja płyt podbudowy jest nieopłacalna dla jednostkowych rozwiązań.
Fot. 5 Betonowanie szyn w profilach gumowych oraz dybli w węzłach kotwiących (widoczne białe elementy)
Przytwierdzenie nawierzchni torowej w trakcie betonownia za pomocą okładzin. Jest to konstrukcja wykonywana tylko w wersji monolitycznej płyty podbudowy, a przytwierdzenie nawierzchni torowej odbywa się przez otulenie okładzin szynowych mieszanką betonową podczas wykonywania jednej warstwy (podbudowy i zabudowy torowiska) lub w dwóch warstwach wykonywanych oddzielnie dla podbudowy i zabudowy torowiska (wg potrzeb wykonawcy). Na przygotowanej warstwie pomocniczej z kruszywa ustawiane są szyny i łączone poprzez spawanie w odcinki kilkudziesięciometrowe, oczyszczane oraz oklejane okładzinami (profilami) elastomerowymi lub konglomeratami z użyciem materiałów z recyklingu. Szyny mogą zostać ułożone na montażowych bloczkach betonowych i połączone poprzeczkami oraz ustabilizowane bramkami montażowymi w celu osiągnięcia docelowego położenia nawierzchni torowej. Mogą też zostać zamontowane jedynie na bramkach montażowych. Bramki montażowe stosowane są dla każdego toru oddzielnie, co zapewnia łatwość i niezależność regulacji położenia każdego toru i zmniejsza zajętość terenu. Za pomocą śrub regulacyjnych w bramkach toki szynowe ustawiane są w planie i wysokościowo w pożądanym położeniu. Po ostatecznym sprawdzeniu parametrów geometrycznych przygotowywanego odcinka następuje układanie mieszanki betonowej w deskowaniu stałym lub traconym. Zaletą tego rozwiązania jest łatwa technologia wymiany nawierzchni torowej przez nacięcie krawędzi zabudowy mocującej okładziny szynowe i wyciągnięcie ich razem z szynami. Ponowne przytwierdzenie szyn może się odbywać za pomocą okładzin i masy mocującej lub tylko masy mocującej.
Przytwierdzenie nawierzchni torowej w trakcie betonowania za pomocą przytwierdzeń punktowych.
Elementami mocującymi szyny do podbudowy są węzły kotwiące (o różnej konstrukcji i właściwościach) z ciągłym lub punktowym podparciem szyny, jednak zamontowane do szyn przed betonowaniem podbudowy, czyli jak w przypadku przytwierdzeń za pomocą okładzin. Po związaniu betonu w podbudowie nawierzchnia stalowa jest zamocowana w prawie identyczny sposób jak za pomocą kotew wklejanych, jednak czas wykonania przytwierdzenia jest o wiele szybszy, bo nie ma pracochłonnego etapu wykonywania węzłów kotwiących z kotwami wklejanymi. Boczne okładziny lub profile elastomerowe, którymi oklejane są szyny, w tej konstrukcji nie muszą spełniać zadania przytwierdzenia, można więc stosować tę konstrukcję z zabudową trawiastą lub tłuczniową, a także zabudową drogową.
Fot. 6 Rozjazd tramwajowy podczas montażu prowadnic, przytwierdzeń oraz okładzin profili stalowych z granulatu gumowego na stopkach szyn – przygotowanie do układania mieszanki betonowej
Przytwierdzenie nawierzchni torowej w trakcie betonowania za pomocą szyn mocujących (prowadnic) i przytwierdzeń punktowych. W pierwszej kolejności jest ustawiana nawierzchnia torowa, a następnie wykonywana podbudowa betonowa lub żelbetowa. Używane są kształtowniki o przekroju „C” (prowadnice) i śruby młotkowe klinujące się w kształtownikach po ich zamontowaniu. Szyny mocujące montowane są pod nawierzchnią torową, w której oklejone są stopki szyn, tworząc elastyczne podłoże jak w przypadku ciągłego przytwierdzenia (np. konstrukcja z okładzinami lub masą zalewową). Możliwe jest również wykonanie okładzin bocznych kształtowników nawierzchni torowej, jeśli planowana jest zabudowa drogowa lub ze względu na ograniczenie hałasu i drgań jest to konieczne. Montaż szyn, rozjazdów i skrzyżowań torowych odbywa się na przygotowanej podbudowie pomocniczej z kruszywa oraz na bloczkach betonowych montażowych (traconych podczas betonowania podbudowy). Po dokonaniu kontroli położenia fragmentu układu torowego, ustabilizowanego między poszczególnymi tokami poprzeczkami torowymi, następuje betonowanie podbudowy do górnego poziomu kształtowników mocujących. Kształtowniki mocujące posiadają marki stalowe do prawidłowego zakotwienia w podbudowie betonowej. Śruby mocujące kształtowniki do nawierzchni stalowej podczas montażu zmieniają funkcję po związaniu betonu w podbudowie i stanowią kotwy mocujące nawierzchnię torową do podbudowy. Bardzo istotnym elementem wykonania tej konstrukcji jest zabezpieczenie szczelin szyn mocujących przed trwałym zabrudzeniem, aby się nie stały bezużyteczne przy demontażu oraz montażu nawierzchni stalowej podczas kolejnego remontu. Podbudowa, jeśli nie jest planowane wykonanie szczelnej zabudowy toru, powinna posiadać odwodnienie powierzchniowe.
mgr inż. Grzegorz Dąbrowski
Civil Transport Designers s.c.
członek Mazowieckiej OIIB
Zdjęcia autora
