DE102006013851A1

DE102006013851A1 - Schottertragschicht auf tiefliegender Elastomerschicht

Info

Publication number: DE102006013851A1
Application number: DE200610013851
Authority: DE
Inventors: Burchard Dr. Ripke; Matthias Krüger; Denis Kocan
Original assignee: DB Netz AG
Current assignee: DB Netz AG
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-09-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen für schienengebundene Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnen. Derartige Gleisanlagen verfügen üblicherweise über einen Oberbau, der auf Schwellen gelagerte Schienen aufweist, sowie einen den Oberbau tragenden Unterbau. Erfindungsgemäß werden auf einer hochelastischen Elastomerschicht mehrere Materialschichten eingebracht. Die Elastomerschicht wird dabei insbesondere direkt auf das Erdplanum gelegt. Auf der obersten Materialschicht befindet sich der Schotteroberbau. Durch die hohe Masse der verschiedenen Schichten aus Materialschichten und Schotteroberbau, verbunden mit der hohen Elastizität der Elastomerschicht, wird eine erschütterungsmindernde Wirkung erreicht. Die erschütterungsmindernde Wirkung beruht insbesondere auf einer Schwingungsdämmung, bei der die Elastomerschicht auf sie auftreffenden Erschütterungen aufgrund einer Diskontinuität der Dichte und/oder Steifigkeit der Elastomerschicht und der Dichte und/oder Steifigkeit des Unterbaus bzw. der verschiedenen Materialschichten reflektiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen für schienengebundene Fahrzeuge, insbesondere Eisenbahnen. Derartige Gleisanlagen verfügen üblicherweise über einen Oberbau, der auf Schwellen gelagerte Schienen aufweist sowie einen den Oberbau tragenden Unterbau.

Bei konventionellen Gleisanlagen wird der Oberbau üblicherweise von einem Bett aus losem Schotter gebildet, in dem die Schwellen mit den Schienen liegen. Dieser Oberbau wird von einem Unterbau getragen, der bei oberirdischen Strecken i.d.R. aus Erdreich gebildet wird. Hierbei kann es sich um geländegleiche Lagen, Einschnitte oder Dämme handeln. Die Lagerung des Gleisrostes in einem Bett aus losem Schotter lässt sich in etwa als „schwimmend" charakterisieren. Gleisrost und Schotterbett wirken bei Überrollung wie eine große Feder. Auch ein Unterbau aus Erdreich hat eine federnde Wirkung, die von seiner Steifigkeit abhängig ist.

Aus DE 40 07 710 sind Gleisanlagen bekannt, bei denen der Oberbau als sog. Feste Fahrbahn ausgestaltet ist. Feste Fahrbahnen können grundsätzlich entweder auf einem Erdplanum oder in einem Tunnel auf der Tunnelsohle gelagert sein. Das Gleis wird bei einer Festen Fahrbahn nicht durch einen Schotteroberbau getragen, sondern in oder auf einer festen Betonsohle angebracht. Diese Ausgestaltung hat eine stabile Positionierung des Gleises relativ zu der Betonsohle zur Folge und die auftretenden Querkräfte werden aufgenommen. Probleme ergeben sich jedoch bei der Herstellung der Gleisanlage, die eine große Genauigkeit erfordert. Auch lassen sich später Korrekturen nur noch in begrenztem Umfang und mit erheblichem Kostenaufwand durchführen.

Aus DE 41 00 881 ist eine Gleisanlage für schienengebundene Fahrzeuge, insbesondere für Eisenbahnen bekannt, die die Vorteile der Festen Fahrbahn mit denjenigen eines Schotteroberbaus kombiniert. Der Oberbau bei einer derartigen Gleisanlage wird von einem Betontrog gebildet. Der Trog nimmt ein Schotterbett stützend auf, in dem wiederum der Gleisrost bestehend aus Schienen und Schwellen federnd gelagert ist. Als Unterbau dient üblicherweise ein Erdplanum.

Nachteil der genannten Gleisanlagen des Standes der Technik ist, dass Erschütterungen, die durch Schienenverkehr bei der Überfahrt über den Oberbau erzeugt werden, in die angrenzende Umgebung weitergeleitet werden. So treten insbesondere in benachbarten Gebäuden Schwingungen und Erschütterungen auf, die zu einer unzulässigen Belästigung der Bewohner führen können.

Zur Lösung dieses Problems sind aus Josef Eisenmann, Florian Deischl "Nachträglicher Immissionsschutz bei der Unterfahrung des Museums für Kunst und Gewerbe (MfKG) in Hamburg", in Eisenbahningenieur 39, 1988, tiefliegende Unterschottermatten in einem Tunnel unter dem MfKG bekannt. Eine derartige tiefliegende Unterschottermatte liegt auf einer 25 cm dicken biegesteifen Tragschicht in Form einer Betonplatte. Auf der tiefliegende Unterschottermatte wiederum ist ein Masse-Feder-System bestehend aus einer Kiestragschicht mit aufgelagertem Schotteroberbau aufgebracht.

Nachteil der tiefliegenden Unterschottermatte auf einer Betonplatte ist jedoch, dass die die Erschütterungsabstrahlende Fläche aufgrund der Biegesteifigkeit der Platte vergrößert wird und die Betonplatte zu zusätzlichen Baukosten führt.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der die Nachteile des Standes der Technik behoben werden und ein kostengünstiger Erschütterungsschutz mit tiefen Abstimmfrequenzen gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß werden auf einer hochelastischen Elastomerschicht mehrere Materialschichten eingebracht. Die Elastomerschicht wird dabei insbesondere direkt auf das Erdplanum gelegt. Auf der obersten Materialschicht befindet sich der Schotteroberbau. Durch die hohe Masse der verschiedenen Schichten aus Materialschichten und Schotteroberbau, verbunden mit der hohen Elastizität der Elastomerschicht, wird eine erschütterungsmindernde Wirkung erreicht.

Die erschütterungsmindernde Wirkung beruht insbesondere auf einer Schwingungsdämmung, bei der die Elastomerschicht auf sie auftreffenden Erschütterungen aufgrund einer Diskontinuität der Dichte und/oder Steifigkeit der Elastomerschicht und der Dichte und/oder Steifigkeit des Unterbaus bzw. der verschiedenen Materialschichten reflektiert. Damit verbunden beruht die erschütterungsmindernde Wirkung auf einer Differenz zwischen der mechanischen Eingangsimpedanz der Elastomerschicht und der mechanischen Eingangsimpedanz des Unterbaus bzw. der verschiedenen Materialschichten. Mechanische Eingangsimpedanzen sind äquivalent zu elektrischen Impedanzen.

Sowohl bei mechanischen wie auch elektrischen Impedanzen verursacht das Aufeinandertreffen von zwei Medien bzw. Bauteilen mit unterschiedlichen Impedanzen, ein sog. Impedanzsprung, eine Reflexion der auf die entsprechende Verbindungsstelle auftreffenden Wellen. Hierbei gilt insbesondere, dass je größer der Unterschied der Impedanzen ist, ein desto größerer Anteil der auf die Verbindungsstelle auftreffenden Wellen reflektiert wird und ein desto geringerer Anteil transmittiert wird. Demzufolge wird ein Anteil der auf die Verbindungsstelle zwischen Elastomerschicht und dem Unterbau bzw. den verschiedenen Materialschichten auftreffenden Wellen, die durch eine Überfahrt eines Zuges erzeugt werden, an dieser Verbindungsstelle reflektiert.

Weiterhin werden die dynamischen Kräfte im System insgesamt verringert. Dies wird erreicht durch eine bessere Lastverteilung auf den Untergrund (Verlängerung der Biegelinie).

Ansprüche 2 bis 12 beinhalten vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung aus Anspruch 1.

Gemäß Anspruch 2 ist zwischen den Materialschichten mindestens eine weitere Geotextil- oder Elastomerschicht eingebracht. Durch diese Schichtung entsteht eine Hintereinanderschaltung aus mehreren Massen, die insbesondere durch die Materialschichten gebildet werden, und Feder-Dämpfer-Systemen, die insbesondere durch die Elastomerschichten gebildet werden. Eine Hintereinanderschaltung mehrerer Massen und Feder-Dämpfer-Systeme erzeugt bekanntlich eine Dämpfung und/oder Dämmung eines besonders breiten Frequenzbereiches, so dass eine Weiterleitung von Erschütterungen aus einem breiten Frequenzbereich vermindert werden kann.

Gemäß Anspruch 3 liegt die unterste Elastomerschicht direkt auf einem Erdplanum auf. Es sind somit nur noch vergleichsweise geringfügige Maßnahmen zur Verdichtung des Unterbaus notwendig. Insbesondere ist keine biegesteife Tragschicht in Form einer Betonplatte erforderlich.

Gemäß Anspruch 4 sind die Materialschichten als Tragschichten aus Schotter ausgefertigt. Dies hat den Vorteil, dass die Gleisanlage aus gleichartigem Material hergestellt ist und somit nur ein Materialtyp zur Herstellung und Wartung vorrätig gehalten werden muss. Des Weiteren ist Schotter ein im Eisenbahnoberbau übliches Material, das kostengünstig und in großer Menge verfügbar ist.

Gemäß Anspruch 5 ist die Elastomerschicht als Elastomermatte ausgefertigt. Elastomermatten sind in verschiedenen Formen und Dicken sowie mit unter schiedlichen Steifigkeiten bzw. Elastizitätsmoduln herstellbar. Dies ermöglicht vorteilhaft, dass für verschiedene bauliche Gegebenheiten und Anforderungen verschiedene Elastomermatten verwendbar sind.

Gemäß Anspruch 6 wird zwischen die einzelnen Materialschichten und/oder auf die Elastomerschicht ein Geotextil eingelegt. Hierdurch wird vorteilhaft die notwendige Verdichtung der Materialschichten auf der Elastomerschicht sichergestellt.

Gemäß Anspruch 7 ist zwischen die einzelnen Materialschichten und/oder auf die Elastomerschicht ein Drahtgitter eingelegt. Insbesondere in den Maschen des Drahtgitters sammelt sich Schotter oder anderes grobkörniges Material und wird durch das Drahtmaterial gehalten. Dies führt besonders vorteilhaft zu einer Stabilisierung der direkt angrenzenden Materialschichten.

Gemäß Anspruch 8 wird insbesondere bei Dammlagen und großen Materialschichtdicken mindestens ein Elastomerschicht, ein Geotextil und/oder ein Drahtgitter seitlich aus den Materialschichten herausgeführt und zur seitlichen Absicherung der Schottertragschicht verwendet. Die Materialschichten werden somit in käfigartigen Strukturen, sog. Gabionen, gehalten. Dies verhindert vorteilhaft das Fließen der Materialschichten bei hoher Dynamik, d.h. hohen dynamischen Belastungen durch eine hohe Anzahl überfahrender Züge sowie überfahrende Züge mit hohen Achslasten oder auch einem weichen Unterbau, bei dem ansonsten Schotter seitlich weglaufen könnte.

Des Weiteren wird hierdurch vorteilhaft erreicht, dass

– mehrere Materialschichten und insbesondere ein ganzer Hang eines Bahndammes als Dämm- und/oder Dämpfungsmaßnahme verwendet werden kann,
– die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen auch zur Stabilisierung eines Bahndammes verwendet werden kann,
– größere Dicken der Materialschichten und damit größere Massen und tiefere Frequenzen realisiert werden können.

Gemäß Anspruch 9 können je nach Anwendungsfall mehrere Elastomerschichten mit unterschiedlichen Steifigkeiten sowie gemäß Anspruch 10 unterschiedliche Dicken der Materialschichten verwendet werden. Dies ermöglicht vorteilhaft eine Abstimmung des Systems an bauliche Gegebenheiten der Umgebung, insbesondere eine Vermeidung von Deckenresonanzen oder sekundärem Luftschall in benachbarten Gebäuden.

Gemäß Anspruch 11 können die Materialschichten unterschiedliche Sieblinien aufweisen. Das hat den Vorteil, dass die Materialschichten aus körnigem Material mit nahezu gleicher Korngröße bestehen und dadurch besser verdichtbar sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von einem Ausführungsbeispiel und einer Zeichnung mit einer Figur näher erläutert. 1 zeigt hierbei schematisch eine Gleisanlage für schienengebundene Fahrzeuge, die aus mehreren Schichten besteht.
In dem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel werden gemäß 1 auf einer hochelastischen Elastomerschicht 4 in Form einer Elastomermatte mehrere Materialschichten 2, insbesondere Tragschichten aus Schotter, eingebracht. Die Elastomerschicht 4 wird dabei direkt auf das den Unterbau/Untergrund 5, insbesondere Erdplanum, gelegt. Auf die oberste Materialschicht wird der Schotteroberbau 1 gebaut. Durch die hohe Masse der verschiedenen Schichten aus Materialschichten 2 und Schotteroberbau 1, verbunden mit der hohen Elastizität der Elastomerschicht 4, wird eine erschütterungsmindernde Wirkung erreicht. Um die notwendige Verdichtung der Materialschichten 2 auf der Elastomerschichten 4 sicherzustellen, kann zwischen die einzelnen Materialschichten 2 und/oder auf die Elastomerschicht 4 ein Geotextil 3 eingelegt werden. Bei Dammlagen und großen Materialschichtdicken wird ein zusätzliches Geotextil seitlich herausgeführt und zur seitlichen Absicherung der Schottertragschicht verwendet, sog. Gabionen. Dies verhindert das Fließen der Materialschichten bei hoher Dynamik. Durch die Verwendung von Elastomerschichten 4 mit unterschiedlicher Steifigkeit sowie unterschiedlichen Dicken der Materialschichten 2 wird eine Abstimmung des Systems insbesondere zur Vermeidung von Deckenresonanzen in benachbarten Gebäuden durchgeführt.

1: Schotteroberbau
2: Materialschicht
3: Geotextil
4: Elastomerschicht
5: Unterbau/Untergrund

Claims

Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen für schienengebundene Fahrzeuge, die einen Schotteroberbau (1) mit auf Schwellen gelagerten Schienen sowie einen den Schotteroberbau (1) tragenden Unterbau (5) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer Elastomerschicht (4), die auf dem Unterbau (5) liegt, mehrere Materialschichten (2) eingebracht sind und auf der obersten Materialschicht der Schotteroberbau (1) aufgebracht ist.
Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Materialschichten (2) mindestens eine weitere Geotextil- oder Elastomerschicht (4) eingebracht ist.
Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterste Elastomerschicht (4) direkt auf einem Erdplanum aufliegt.
Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschichten (2) als Tragschichten aus Schotter ausgefertigt sind.
Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (4) als Elastomermatte ausgefertigt ist.
Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die einzelnen Materialschichten (2) und/oder auf die Elastomerschicht (4) ein Geotextil (3) eingelegt ist.
Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die einzelnen Materialschichten (2) und/oder auf die Elastomerschicht (4) ein Drahtgitter eingelegt ist.
Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elastomerschicht (4) und/oder mindestens ein Geotextil und/oder mindestens ein Drahtgitter seitlich aus den Materialschichten (2) herausgeführt ist und die Materialschichten (2) seitlich einfasst.
Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschichten (4) unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen.
Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschichten (2) unterschiedliche Dicken aufweisen.
Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschichten (2) unterschiedliche Sieblinien aufweisen.
Vorrichtung zur Verminderung von Erschütterungen an Gleisanlagen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Anwendung kommt in – einem Gelände mit höhengleicher Lage und/oder – Dammlagen und/oder – Einschnitten.