EP1558815B1 - Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr und Verfahren zu ihrer Herstellung Download PDF

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EP1558815B1
EP1558815B1 EP03798899A EP03798899A EP1558815B1 EP 1558815 B1 EP1558815 B1 EP 1558815B1 EP 03798899 A EP03798899 A EP 03798899A EP 03798899 A EP03798899 A EP 03798899A EP 1558815 B1 EP1558815 B1 EP 1558815B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
rail
rail traffic
sleeper
fixed road
concrete
Prior art date
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EP03798899A
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English (en)
French (fr)
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Inventor
Wolfgang Markus
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Ls Beratungsbuero Lublow GmbH
Hain Silke
Hain Uwe
Original Assignee
Ls Beratungsbuero Lublow GmbH
Hain Silke
Hain Uwe
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Publication date
Application filed by Ls Beratungsbuero Lublow GmbH, Hain Silke, Hain Uwe filed Critical Ls Beratungsbuero Lublow GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B3/00—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails
    • E01B3/28—Transverse or longitudinal sleepers; Other means resting directly on the ballastway for supporting rails made from concrete or from natural or artificial stone
    • E01B3/38—Longitudinal sleepers; Longitudinal sleepers integral or combined with tie-rods; Combined longitudinal and transverse sleepers; Layers of concrete supporting both rails
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E01B1/002—Ballastless track, e.g. concrete slab trackway, or with asphalt layers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E01B1/008—Drainage of track
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B19/00—Protection of permanent way against development of dust or against the effect of wind, sun, frost, or corrosion; Means to reduce development of noise
    • E01B19/003—Means for reducing the development or propagation of noise
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B2204/00—Characteristics of the track and its foundations
    • E01B2204/07—Drainage

Definitions

  • the present invention relates to a solid track for rail traffic and a method for its production.
  • ballast track as a long-standing proven and reliable system reaches its physical limits in the high-speed traffic of Deutsche Bahn and other European railways and is no longer able to cope with the requirements such as low susceptibility, low maintenance costs with dense train sequence and high performance of the railway in the long term, no stock.
  • the slab track "Rheda” developed, which are approved together with the type "Züblin” at Deutsche Bahn since 1992 as a standard superstructure for high-speed lines.
  • the level course and the ballast bedding of the classic ballast track are replaced by a hydraulically bound base course and asphalt or concrete wearing course thereon.
  • the overall construction is seen and treated as a static system - earthwork / concrete wearing course.
  • the gravel superstructure it is very stiff and calculable.
  • the basic idea behind the development of the slab track is to ensure that the track has a uniformly elastic bedding, which is achieved almost exclusively by means of elastic intermediate layers in the rail fastening area or with elastic sleeper support systems.
  • first concrete sleepers also bi-block sleepers
  • support blocks were embedded in concrete and connected in a monolithic construction, whereby the track grid millimeter exactly fitted and shaken or must be poured. Later, they moved to superimposing and anchoring the track grates directly on an asphalt or concrete slab, which in turn had to be inserted with millimeter precision.
  • This has the advantage of interchangeability of individual thresholds, which is not the case with a monolithic design.
  • the individual providers of fixed-track systems vary here in conceptions and detailed solutions. At the moment, seven selected systems are being tested on an operational test track between Mannheim and Düsseldorf, including systems without sleepers, where the rail was fastened directly to interpolation points of the concrete wearing course.
  • the here described as a costly revaluation of the upcoming soil basically required preliminary work, means in detail an exchange of the soil to z. T. over 3.0 m depth and subsequent layer-wise installation and compaction of precisely matched functional soil layers in order to achieve the required properties such as elasticity, strength, load distribution, frost resistance, drainage, etc.
  • the object of the invention is, deviating from the previous systems of the fixed track of different manufacturers and suppliers, the cost-effectiveness and ease
  • the frame-like construction (2) has two rail-parallel reinforced concrete precast elements (3) with minimal manufacturing tolerance and finite, non-fixed length, the prefabricated reinforced concrete elements (3) in the frame-like mounted and adjusted state form a trough with an assembly-side attached foil as the lower end, the prefabricated reinforced concrete elements (3) are produced in a precambered manner for the loads in the final state of the load (superelevation), that the sleeper bodies as reinforced concrete prefabricated parts (3) are secured in position by steel structures (4, 10), that the final fixation of the longitudinal sleeper unit (2) is achieved by filling the threshold space up to a predetermined height with grout concrete (7) of sufficient final strength, that an early high-strength grouting concrete (7) of sufficient final strength is used for filling, that the grouting concrete (7) is provided with a sufficiently dimensioned concrete steel reinforcement (9), that for the transmission of the dynamic loads by the longitudinal concreting with grouting concrete (7) of sufficient strength and sufficiently dimensioned concrete steel insert (9) a statically seen infinitely long plate, that the
  • FIG. 8 shows a cross section through the support area of the longitudinal sleeper units (2).
  • the longitudinal sleeper unit (s) are connected to the steel support (13) via the inner fastening profiles (16) in a force-locking and precise position.
  • An additional column reinforcement (19) is installed in the support area.
  • the longitudinal sleeper units (2) consisting of the reinforced concrete beams (3), the steel structure (4) and transport and concreting as a steel structure (10)
  • a high cost and time savings is achieved and so can rail lines partly in the current Traffic during the night or with minimal restrictions (up to 400 m in one shift are theoretically possible) can be converted or refurbished.
  • the reinforced concrete beams (3) are prefabricated industrially with maximum dimensional accuracy and minimal quality deviations. Furthermore, the two associated parallel beams (3) by means of connecting and stiffening steel structures (4, 10) to the required length measure, which is also still transportable, mounted together and provided with a to be attached to the underside of the film (5).
  • This film (5) forms in the installed state together with a Entdröhnungsmatte (6) for a sound-technical separation of the track body and substructure, the lower termination against the antifreeze layer (1) and prevents the escape of grouting concrete (7).
  • the upper and lower longitudinal and transverse reinforcement (9) is already inserted in the pre-assembly and by the o.g. Steel structure (4) fixed in position.
  • the actual static attachment is carried out by using high-pressure injection method paired concrete piles (11) with imported steel beams (12) (or conventional large reinforced concrete piles of reinforced concrete) on which a steel support (13) is installed transversely to the later rail layer (14). After precise adjustment of this support (13) in height, longitudinal and transverse direction, the preassembled longitudinal sleeper unit (2) is placed, aligned and fixed. The static and dynamic forces are dissipated via the composite piles (11, 12) and the steel support (13).
  • This foundation only needs to be installed approximately every 10 m in progress, which largely eliminates the high level of calibration and leveling required by old systems.
  • these injection piles (11, 12) can be designed with relatively low accuracy requirements for an existing line, e.g. be introduced during the night break, so that the hardening of the concrete can be done under operation.
  • the exact alignment is carried out as described above with the steel support (13).
  • the cavity (concreting trough) created between the pre-assembled reinforced concrete beam construction (2) is first laid with additional reinforcement (19) in the support area and then filled with grouting concrete (7), carefully compacted, withdrawn and provided with a sufficient slope for surface water to the drainage tubes (8) out.
  • additional reinforcement (19) in the support area
  • grouting concrete (7) carefully compacted, withdrawn and provided with a sufficient slope for surface water to the drainage tubes (8) out.
  • early high-strength concrete should be used.
  • an infinitely long plate is produced, which possesses outstanding properties with regard to the derivation of dynamic forces from acceleration, deceleration and other driving dynamics forces from rail traffic. Filling in the threshold space further ensures optimal contact with the ground (antifreeze layer) (1).
  • the rails (14) are not as previously on a right angle arranged track grid of single sleepers or two-block sleepers, but on the two parallel, statically sufficient sized and z.
  • the rail inclination is also made here as usual via a standardized ribbed plate (15). All of these rail attachment points (15) are accessible later at all times.
  • a gravel layer (17) can be installed on the side of the finished tracks and between the tracks of a multi-track track.
  • the direct advantages of the present invention result in particular in the lower design costs, the high installation speed, the relative independence from the ground and the later variability of the track pattern.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine feste Fahrbahn für den Schienenverkehr und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
  • Immer höhere Geschwindigkeiten im Schienenverkehr führten zu immer mehr Problemen mit der konventionellen Schienenweg-Bauweise mit Schotteroberbau. Der klassische Schotteroberbau als ein langjähriges bewährtes und zuverlässiges System stößt im Hochgeschwindigkeitsverkehr der Deutschen Bahn und anderer europäischer Bahnen an seine physikalischen Grenzen und ist den Anforderungen wie möglichst geringe Störanfälligkeit, niedrige Instandhaltungskosten bei dichter Zugfolge und einer hohen Leistungsfähigkeit des Schienenwegs nicht mehr gewachsen und hat deshalb auf längere Sicht keinen Bestand.
  • Als eine Alternative wurde von der DB AG, wissenschaftlichen Instituten und der Bauindustrie 1972 die sogenannte Feste Fahrbahn Bauart "Rheda" entwickelt, welche zusammen mit der Bauart "Züblin" bei der Deutschen Bahn seit 1992 als Regeloberbau für Hochgeschwindigkeitsstrecken zugelassen sind. Bei den Systemen der Festen Fahrbahn wird die Planumsschicht und die Schotterbettung des klassischen Schotteroberbaus durch eine hydraulisch gebundene Tragschicht und darauf aufgelagerter Asphalt- oder Betontragschicht ersetzt. Die Gesamtkonstruktion wird als ein statisch zu bemessendes System - Erdbau/Betontragschicht - gesehen und so behandelt. Im Gegensatz zum Schotteroberbau ist es sehr steif und rechnerisch bestimmbar. Der Grundgedanke bei der Entwicklung der Festen Fahrbahn ist es, dem Gleis eine gleichmäßig elastische Bettung zu gewährleisten, was fast ausschließlich durch elastische Zwischenlagen im Bereich der Schienenbefestigung oder mit elastischen Schwellentragsystemen erreicht wird. Dadurch wird das Gleis auch im Geschwindigkeitsbereich über 200 km/h gleichmäßig und dauerhaft lagestabil gehalten, was bedeutet, dass z. B. größere Kurvenüberhöhungen und damit größere Kurvengeschwindigkeiten ermöglicht werden, aber auch ein im Verhältnis zum herkömmlichen Schotterbett vernachlässigbarer Instandhaltungsaufwand realisiert wird.
  • Die Systeme der festen Fahrbahn gliedern sich hauptsächlich in zwei Bauarten/Konstruktionsprinzipien: Als erstes wurden Betonschwellen (auch Zweiblockschwellen) oder Stützblöcke einbetoniert und so zu einer monolithischen Konstruktion verbunden, wobei der Gleisrost millimetergenau eingepasst und eingerüttelt bzw. eingegossen werden muss. Später ging man dazu über, die Gleisroste direkt auf eine Asphalt- oder Betontragplatte, die wiederum kontinuierlich millimetergenau eingebracht werden muss, aufzulagern und zu verankern. Das hat den Vorteil der Auswechselbarkeit einzelner Schwellen, was bei einer monolithischen Bauweise nicht gegeben ist. Die einzelnen Anbieter von Systemen der festen Fahrbahn variieren hier in Konzeptionen und Detaillösungen. Zur Zeit sind sieben ausgewählte Systeme auf einer Betriebserprobungsstrecke zwischen Mannheim und Karlsruhe in der Erprobung, darunter auch Systeme ohne Schwellen, hier wurde die Schiene direkt auf Stützpunkte der Betontragschicht befestigt.
  • Den vielen unstrittigen Vorteilen der festen Fahrbahn stehen natürlich auch Nachteile, einige davon systembedingt, gegenüber. Die Hauptkritikpunkte werden hier aufgeführt und erläutert.
  • Der Bundesrechnungshof hat die Höhe der Kosten bei einem Einsatz der festen Fahrbahn kritisiert und darauf hingewiesen, dass für eine wirtschaftliche Gleichwertigkeit mit dem klassischen Schotteroberbau eine Lebensdauer von mindestens 60 Jahren erreicht werden müsste. Dem wird wieder entgegengehalten, dass die aufwendigen und den Zugverkehr störenden Säuberungs-, Nachstopfungs- und Sanierungsmaßnahmen an alten Schotterstrecken entfallen können und die Schienenwege daher höhergradig ausgelastet werden. Die Kosten für die Erstellung der bestehenden herkömmlichen Systeme der festen Fahrbahn lassen sich trotz Automatisierung und Vorfertigung nicht auf oder unter das Niveau von Schotterbettung drücken, allerdings sind Ansätze zur Optimierung immer gegeben. Die hohen Investitionskosten bei der Erstellung der Systeme der festen Fahrbahn entstehen durch die aufwendigere Herstellung, welche sich auch in einer deutlich längeren Bauzeit widerspiegelt. Das resultiert aus der erforderlichen sehr hohen Genauigkeit bei der Gleisrostverlegung bzw. Tragplatteneinbau, der notwendigen aufwendigen Aufwertung des anstehenden Bodens (außer im Tunnelbau) und den mit Bauzeitunterbrechungen aufeinander- und ineinandergelagerten hydraulisch gebundenen Schichten und Trögen. Die hier als aufwendige Aufwertung des anstehenden Bodens bezeichnete, grundsätzlich erforderliche Vorarbeit, bedeutet im einzelnen einen Austausch des Bodens bis z. T. über 3,0 m Tiefe und anschließenden lagenweisen Einbau und Verdichtung genau aufeinander abgestimmter funktionaler Bodenschichten, um die erforderlichen Eigenschaften wie Elastizität, Festigkeit, Lastverteilung, Frostsicherheit, Entwässerung, etc. zu erreichen. Das bedeutet unter anderem auch, dass die Sanierung und der Umbau einer vorhandenen zweigleisigen Schotterstrecke in das System Feste Fahrbahn im Normalfall nur durch Vollsperrung beider Gleise durchzuführen ist, bedingt durch die Ausmaße und Geometrie der Baugrube.
  • Als nächstes spezielles Problem wird die durch die steife Konstruktion und die fehlende Schallabsorption des Schotters erhöhte Emission von Luftschall in vielen Quellen angeführt. Messungen und Berechnungen haben einen um maximal 3 dB(A) erhöhten Luftschallpegel ergeben, was zum Einsatz von kostenintensiven Schallabsorbern und anderen schallabsorbierenden Maßnahmen auf der Oberfläche und im Randbereich der festen Fahrbahn geführt hat.
  • Als letzter und nicht unwesentlicher Nachteil aller bisherigen Systeme der festen Fahrbahn wird die durch die monolithische Konstruktion bedingte beschränkte Anpassungsfähigkeit der Schienenbefestigung und -lage genannt. Durch die nicht veränderbare Fixierung der Schienenbefestigungspunkte und die damit auf einen minimalen Wert begrenzte Verschiebbarkeit der Schienen und damit einhergehende relative Unmöglichkeit von Änderungen und Anpassungen des Betriebsbildes werden an die Planung sowie Vermessung und Ausführung der Trasse und der Schienenstrecke sehr hohe Anforderungen gestellt. Im Gegensatz zur Schotterbauart sind also sowohl nachträgliche Änderungen der Schienenlage als auch geringfügige Änderung der Gleisführung oder Vergrößerung der Überhöhung sowie Einbau von Weichen, etc. nur mit extrem hohem Aufwand, wenn überhaupt, möglich.
  • Zusammenfassend ist also festzuhalten, dass bei den heute verfügbaren Systemen der festen Fahrbahn hohe Investitionskosten durch folgende Parameter entstehen:
    • sehr hohen Planungsaufwand auch bezüglich langfristiger Betriebsplanung,
    • sehr hohen Aufwand beim Bodenaustausch entsprechend den Anforderungen,
    • sehr hohen vermessungstechnischen Aufwand gleichzeitig mit der Bauausführung,
    • sehr hohen Ausführungsaufwand, bedingt durch die außergewöhnliche einzuhaltende Genauigkeit.
  • Außerdem ist ein Umbau einer vorhandenen, stark belasteten Strecke wegen der erforderlichen Vollsperrung beider Gleise und der langen Bauzeit heute nicht möglich.
  • In der DE 89 11 400 U , von der die Erfindung ausgeht, wird ein schotterloser Oberbau aus Fertigteilen beschrieben, der hauptsächlich für U- und Stadtbahnen vorgesehen ist. U- und Stadtbahnen haben üblicherweise eine Frostschutzschicht und einen verdichteten, darunter angeordneten Unterbau. Da in diesem Dokument nichts über den Unterbau und die Frostschutzschicht ausgesagt ist, muss davon ausgegangen sein, dass die Schichten wie üblich ausgeführt sind. Mit anderen Worten, der Oberbau liegt hier ebenfalls flächig auf dem Unterbau auf. Eine Verankerung des Oberbaus auf Pfählen ist hier weder offenbart noch nahegelegt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, abweichend von den bisherigen Systemen der festen Fahrbahn der unterschiedlichsten Hersteller und Anbieter, die Kostengünstigkeit und einfache
  • Konstruktion sowie Variabilität bezüglich der Veränderungen des Gleis- und Betriebsbildes der Schotterbauweise auf die feste Fahrbahn zu übertragen, ohne die bisherigen Nachteile beizubehalten.
  • Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten festen Fahrbahn erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 22 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
  • Vorgeschlagen wird insbesondere,
    dass die rahmenartige Konstruktion (2) zwei schienenparallele Stahlbeton-Fertigteile (3) mit minimaler Fertigungstoleranz und endlicher, nicht festgelegter Länge aufweist,
    dass die Stahlbeton-Fertigteile (3) im rahmenartig montierten und justierten Zustand einen Trog mit einer montageseitig angebrachten Folie als unterem Abschluss bilden,
    dass die Stahlbeton-Fertigteile (3) für die Belastungen im Endzustand der Belastung entgegen vorgekrümmt gefertigt werden (Überhöhung),
    dass die Schwellenkörper als Stahlbeton-Fertigteile (3) im Einbauzustand durch Stahlkonstruktionen (4, 10) in der Lage gesichert werden,
    dass die endgültige Fixierung der Längsschwelleneinheit (2) durch Ausfüllen des Schwellenzwischenraums bis zu einer festgelegten Höhe mit Vergussbeton (7) von ausreichender Endfestigkeit erreicht wird,
    dass zum Verfüllen ein frühhochfester Vergussbeton (7) von ausreichender Endfestigkeit verwandt wird,
    dass der Vergussbeton (7) mit einer ausreichend dimensionierten Betonstahleinlage (9) versehen wird,
    dass zur Übertragung der dynamischen Belastungen durch die Längsausbetonierung mit Vergussbeton (7) von ausreichender Festigkeit und ausreichend dimensionierter Betonstahleinlage (9) eine statisch gesehen unendlich lange Platte entsteht,
    dass durch die Ausführung als unendlich lange Platte ein aufwendiger Bodenaustausch bei problematischen Untergründen entfällt,
    dass bedingt durch den höhenmäßigen Abstand zwischen Unterkante Schienenkörper (14) und Oberkante Vergussbeton (7) zwischen den Schwellenkörpern (3) genügend Raum für den nachträglichen Einbau von Weichenanlagen entsteht,
    dass durch werksseitig in das Fertigteil des Schwellenkörpers (3) eingearbeitete Befestigungs-Profile (16) unkompliziert zusätzliche Teile wie zum Beispiel Lärmschutzanlagen im Radbereich oder zusätzliche Anlagen wie Weichen befestigt werden können,
    dass alle Befestigungspunkte (15) jederzeit zugänglich und damit unkompliziert wartungsfähig sind,
    dass die Oberfläche des mit Vergussbeton (7) verfüllten Zwischenraumes mit einem ausreichenden Gefälle zum Ableiten des anfallenden Oberflächenwassers ausgeführt wird,
    dass als eine mögliche obere Schicht eine schallabsorbierende Betonschicht auf den Vergussbetonkörper (7) aufgebracht wird,
    dass der Vergussbetonkörper (7) nach unten mittels einer PE-Folie (5) mit ausreichender Stärke gegen die Frostschutzschicht (1) abgedichtet wird,
    dass die gegen aufsteigende Feuchtigkeit abdichtende PE-Folie (5) undurchlässig mit den Schwellenkörpern (3) verbunden ist,
    dass die Oberfläche des zwischen den Stahlbeton-Schwellenkörpern (3) liegenden Vergussbetonkörpers (7) mittels eines werksseitig in das Fertigteil integrierten Entwässerungssystems (8) entwässert wird,
    dass die Längsschwelleneinheit (2) als vertikale und horizontale Fixierung auf per Hochdruck-Injektion erdvernagelten Stahlbetonpfählen (11, 12) und Stahlauflagern (13) verankert werden,
    dass die Längsschwelleneinheit (2) als vertikale und horizontale Fixierung auf per Hochdruck-Injektion erdvernagelten Stahlpfählen (11, 12) und Stahlauflagern (13) verankert werden,
    dass die Anker (11, 12, 13) in ihrer Verankerungsrichtung an den Hauptbeanspruchungsrichtungen ausgerichtet sind,
    dass durch die Verankerung auf Pfählen (11, 12) und Stahlauflagern (13) die Justierung des Schwellenkörpers (3) als Gleisträger in der Höhe unproblematisch durchführbar ist,
    dass die Justierung des Schwellenkörpers (3) nur noch an den Auflagerungspunkten in grösseren Abständen auf der Fundamentation (11, 12, 13) zu erfolgen braucht,
    dass mittels diesen Verfahrens auch schwierige Untergründe ohne größeren Aufwand überbrückbar werden,
    dass die Schiene (14) mittels der üblichen standardisierten Verbindungsmittel (15) auf den neuartigen Schwellenkörpern (3) aufgebracht und seitlich verschiebbar in den quer zur Schienenlage im Schienenbefestigungsabstand einbetonierten Befestigungsprofilen (16) verankert wird,
    dass der Schienenkörper (14) auf einer Rippenplatte (15) aufliegt,
    dass die Schienenneigung über die Rippenplatte (15) frei einstellbar ist,
    dass der Schienenkörper (14) auf der Rippenplatte (15) bei gelösten Befestigungsmitteln (15) seitlich verschiebbar ist,
    dass die Schiene (14) vom Unterbau (1) durch eine zwischengelegte Entdröhnungsmatte (6) akustisch entkoppelt ist,
    dass für eine Anpassung an unterschiedliche Spurweiten nur die entsprechende Veränderung der Stahlkonstruktionen (4, 10) erforderlich ist, jedoch keine Veränderung des Stahlbetonbalkens (3),
    dass in den Schwellenkörpern (3) im oberen Bereich quer zur Schienenlage bereits beim Betonieren ausgesparte, in regelmäßigen Abständen wiederkehrende, horizontale zylindrische Öffnungen vorhanden sind, die auch den nachträglichen Einbau eines Weichenantriebs zulassen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:
    • Figur 1 stellt einen Querschnitt durch den neuartigen Stahlbetonbalken (3) als Fertigteil dar. Es sind die verschiedenen Befestigungsprofile (16) zu erkennen, die überwiegend in Balkenrichtung über die Länge des Balkens einbetoniert sind, das an der Oberkante quer zum Balken einbetonierte Befestigungsprofil dient der Schienenbefestigung und wiederholt sich im Abstand der Schienenbefestigung. Außerdem ist der vorbereitete Durchlass für die Entwässerungsröhren (8) zu erkennen.
    • Figur 2 stellt ein zusammengehörendes Paar der Stahlbetonbalken (3) zu Beginn der Vorfertigung einer Längsschwelleneinheit (2) im Querschnitt dar. Die jeweils unteren Befestigungsprofile (16) in Balkenlängsrichtung wurden bereits zum dichten Anschluss der Folie (5) verwandt.
    • Figur 3 stellt ein mit Hilfe der unteren Stahlkonstruktion (4) bereits auf Spurweite fixiertes Paar Stahlbetonbalken (3) im Querschnitt dar. Die Verbindung Balken (3)/ Stahlkonstruktion (4) erfolgt ebenfalls über die jeweiligen Befestigungsprofile (16).
    • Figur 4 stellt einen Querschnitt durch eine komplett vormontierte Längsschwelleneinheit dar. Es ist über die jeweiligen Befestigungsprofile (16) die Transport- und Betoniersicherung (10) kraftschlüssig mit dem Paar Stahlbetonbalken (3) verbunden sowie die obere und untere Längs- und Querbewehrung (9) an der Stahlkonstruktion (4) fixiert. Ebenfalls vormontiert sind die Entwässerungsröhre (8).
    • Figur 5 stellt einen Querschnitt durch eine an Ort und Stelle montierte Längsschwelleneinheit (2) dar. Zwischen der Folie (5) der Längsschwelleneinheit und der Frostschutzschicht (1) befindet sich zusätzlich die Entdröhnungsmatte (6). Der Trog, gebildet aus dem Paar Stahlbetonbalken (3) und der Frostschutzschicht (1), abgedichtet durch die Folie (5) ist gefüllt mit Vergussbeton (7), der im leichten Gefälle zu den Einläufen der Entwässerungsröhren (8) eingebracht und verdichtet wurde. Nach dem Aushärten dieses Betons kann die Transport- und Betoniersicherung (10) entfernt und wiederverwendet werden.
    • Figur 6 stellt einen Querschnitt durch das betriebsbereite feste Fahrbahn dar. Nach dem Entfernen der Transport- und Betoniersicherung (10) sind die Schienen (14) mit Schienenbefestigung und -auflager (15) über die oberen Befestigungsprofile (16) mit der Längsschwelleneinheit (2) kraftschlüssig verbunden. Außenseitig der Stahlbetonbalken (3) ist jeweils ein Kiesbett (17) als Schutz- und Filterschicht eingebracht.
    • Figur 7 stellt zur besseren Veranschaulichung einen vergrößerten Ausschnitt von Figur 6 dar.
  • Figur 8 stellt einen Querschnitt durch den Auflagerbereich der Längsschwelleneinheiten (2) dar. Zu erkennen sind die paarweise in den gewachsenen Boden (18) eingebrachten Beton-Hochdruck-Injektionspfähle (11) mit den eingelassenen vertikalen Stahlträgern (12) und dem sich darauf befindlichen, fein justierbaren Stahlauflager (13). Die Längsschwelleneinheit(en) werden vor dem Einbringen des Vergussbetons (7) mit dem Stahlauflager (13) über die inneren Befestigungsprofile (16) kraftschlüssig und lagegenau verbunden. Im Auflagerbereich eingebaut ist eine zusätzliche Stützenbewehrung (19).
  • Erfindungsgemäß werden negative Aspekte der festen Fahrbahn, wie zum Beispiel der äußerst aufwendige Bodenaustausch überflüssig. Anstatt wie bisher zum Teil bis in eine Tiefe von 3,0 m den anstehenden Boden komplett austauschen zu müssen, reicht eine ausreichend (max. 80 cm) dimensionierte Frostschutzschicht (1) als Schutz- und Tragschicht auf dem gewachsenen Boden (18) aus. Dadurch wird das System auch für anstehende Böden mit sehr schlechten und schlechten Tragfähigkeitseigenschaften interessant.
  • Durch eine weitestgehende Vorfertigung der Längsschwelleneinheiten (2), bestehend aus den Stahlbetonbalken (3), der Stahlkonstruktion (4) sowie Transport- und Betoniersicherung als Stahlkonstruktion (10), wird eine hohe Kosten- und Zeiteinsparung erreicht und so können Schienenstrecken zum Teil im laufenden Verkehr während der Nacht oder mit minimalen Einschränkungen (bis zu 400 m in einer Schicht sind theoretisch möglich) umgerüstet oder saniert werden.
  • Die Stahlbetonbalken (3) werden industriell mit maximaler Maßhaltigkeit und minimalen Güteabweichungen vorgefertigt. Weiterhin werden die beiden zusammengehörenden parallelen Balken (3) mittels der verbindenden und aussteifenden Stahlkonstruktionen (4, 10) auf das benötigte Längenmaß, das auch noch transportabel ist, zusammen montiert und mit einer an der Unterseite anzubringenden Folie (5) versehen. Diese Folie (5) bildet im Einbauzustand zusammen mit einer Entdröhnungsmatte (6) für eine schalltechnische Trennung von Gleiskörper und Unterbau den unteren Abschluß gegen die Frostschutzschicht (1) und verhindert das Austreten von Vergussbeton (7).
  • Allein durch die entsprechende Veränderung des Maßes der Stahlkonstruktionen (4, 10) quer zur Schienenlage (14) kann jede beliebige Veränderung der Spurweite des fertigen Gleises ohne Änderung der Stahlbetonbalken (3) erreicht werden.
  • Ebenso in der Vorfertigung erfolgt die Anbringung einer Entwässerung mittels durch den Balken (3) geführter Entwässerungsröhren (8), welche zwischen den Balken befindliches Stauwasser von dort an die Außenseite der Gesamtkonstruktion führen.
  • Außerdem wird bei der Vormontage bereits die obere und untere Längs- und Querbewehrung (9) eingelegt und durch die o.g. Stahlkonstruktion (4) lagemäßig fixiert.
  • Oberhalb der Bewehrung (9) und des später einzubauenden Vergussbetons (7) wird als Transport- und Betoniersicherung (10) eine weitere wiederverwendbare Stahlkonstruktion in ausreichender Dimensionierung eingebaut.
  • Die eigentliche statische Befestigung erfolgt mit per Hochdruck-Injektionsverfahren paarweise eingebrachten Betonpfählen (11) mit eingeführten Stahlträgern (12) (oder mit herkömmlichen Großbohrpfählen aus Stahlbeton), auf die ein Stahlauflager (13) quer zur späteren Schienenlage (14) eingebaut wird. Nach genauer Justierung dieses Auflagers (13) in Höhe, Längs- und Querrichtung wird die vormontierte Längsschwelleneinheit (2) aufgelegt, ausgerichtet und befestigt. Über die Verbundpfähle (11, 12) sowie das Stahlauflager (13) werden die auftretenden statischen und dynamischen Kräfte abgeleitet. Diese Fundamentierung braucht nur ca. alle laufende 10 m eingebaut zu werden, wodurch der bei alten Systemen vorherrschende hohe Einmess- und Nivellieraufwand in großem Maße entfällt. Außerdem können diese Injektionspfähle (11, 12) mit relativ geringen Genauigkeitsanforderungen bei einer vorhandenen Strecke z.B. während der Nachtpause eingebracht werden, so dass die Aushärtung des Betons unter Betrieb erfolgen kann. Die exakte Ausrichtung erfolgt wie oben beschrieben mit dem Stahlauflager (13).
  • Der zwischen der vormontierten Stahlbetonbalken-Konstruktion (2) entstehende Hohlraum (Betoniertrog) wird zuerst mit zusätzlicher Bewehrung (19) im Auflagerbereich ausgelegt und anschließend mit Vergussbeton (7) verfüllt, sorgfältig verdichtet, abgezogen und mit einem ausreichendem Gefälle für Oberflächenwasser zu den Entwässerungsröhren (8) hin versehen. Hierfür sollte frühhochfester Beton Anwendung finden. Durch diese Längsausbetonierung entsteht statisch gesehen eine unendlich lange Platte, welche hervorragende Eigenschaften in Bezug auf die Ableitung dynamischer Kräfte aus Beschleunigung, Abbremsen und anderen fahrdynamischen Kräften aus dem Schienenverkehr besitzt. Das Ausfüllen des Schwellenzwischenraumes gewährt weiterhin einen optimalen Kontakt zum Untergrund (Frostschutzschicht) (1).
  • Nach der Aushärtung des Vergussbetons (7) wird die Transport- und Betoniersicherung (10) wieder demontiert.
  • Anschließend werden die Schienen (14) nicht wie bisher auf einem im rechten Winkel angeordneten Gleisrost aus Einzelschwellen oder Zwei-Block-Schwellen, sondern auf den zwei parallel verlaufenden, statisch ausreichend bemessenen und z. B. vorgespannten Stahlbetonbalken (3) mit variabler Länge mittels der üblichen Verbindungsmittel (15) angebracht. So kann hier die maximale Schienenstücklänge von 360 m voll ausgeschöpft werden. Die Schienenneigung wird auch hier wie üblicherweise über eine standardisierte Rippenplatte (15) hergestellt. Alle diese Schienenbefestigungspunkte (15) sind später zu jeder Zeit zugänglich.
  • Durch bereits in der Phase der Vorfertigung in den Stahlbetonlängsschwellen (3) mit einbetonierte Befestigungs-Profile (16) an der Innen- und Außenseite beider Balken (3) ist eine nachträgliche feste Anbringung von Lärmschutzmaßnahmen oder Weichenkonstruktionen problemlos möglich. Ebenso leicht können diese dann wieder entfernt, in der Lage verändert oder ausgetauscht werden.
  • Seitlich der fertigen Gleiskörper und zwischen den Gleiskörpern einer mehrgleisigen Strecke kann eine Kiesschicht (17) eingebaut werden.
  • So ergeben sich die direkten Vorteile der vorliegenden Erfindung vor allem in den niedrigeren Konstruktionskosten, der hohen Einbaugeschwindigkeit, der relativen Unabhängigkeit vom Untergrund sowie der späteren Variabilität des Gleisbildes.
    • Bezugszeichenliste
    • 1.
    Frostschutzschicht
    2.
    Längsschwelleneinheit
    3.
    Stahlbetonbalken
    4.
    Stahlkonstruktion
    5.
    Folie
    6.
    Entdröhnungsmatte
    7.
    Vergussbeton
    8.
    Entwässerungsröhren
    9.
    Längs- und Querbewehrung
    10.
    Transport- und Betoniersicherung
    11.
    Hochdruck-Injektions-Betonpfähle
    12.
    Stahlträger
    13.
    Stahlauflager
    14.
    Schiene
    15.
    Schienenbefestigung und -auflager
    16.
    Befestigungsprofile
    17.
    Kiesbett
    18.
    gewachsener Boden
    19.
    zusätzliche Stützenbewehrung

Claims (27)

  1. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr, welche eine rahmenartige Konstruktion (2) umfasst,
    wobei die rahmenartige Konstruktion (2) eine Längsschwelleneinheit bildet, die zwei schienenparallele Stahlbeton-Fertigteile (3) aufweist,
    wobei gleisparallel verlaufende vormontierte Spurweg-Schienenträger von statisch begrenzter Länge vorgesehen sind,
    wobei die Spurweg-Schiengnträger auf durch Hochdruckinjektionen erdvernagelten Stahlbetonverbundpfählen (11, 12) gelagert sind,
    wobei die Stahlbeton-Fertigteile (3) im rahmenartig montierten und justierten Zustand einen Trog bilden,
    wobei der Trog mit Vergussbeton ausgefüllt ist und eine längs- und querbewehrte fugenlose unendliche Platte als Schienenoberweg bildet,
    wobei die parallel verlaufenden Stahlbeton-Fertigteile (3) den Schwellenkörper darstellen,
    wobei die Schwellenkörper als Stahlbeton-Fertigteile (3) im Montagezustand durch Stahlkonstruktionen (4, 10) auf Abstand gehalten sind.
  2. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trog eine montageseitig angebrachte Folie als unteren Abschluss aufweist.
  3. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlbeton-Fertigteile (3) für die Belastungen im Endzustand der Belastung entgegen vorgekrümmt gefertigt sind und insbesondere eine Überhöhung aufweisen.
  4. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenkörper als Stahlbeton-Fertigteile (3) im Einbauzustand durch Stahlkonstruktionen (4, 10) in der Lage gesichert sind.
  5. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur endgültigen Fixierung der Längsschwelleneinheit (2) der zwischen den Schwellenkörpern (3) bestehende Schwellenzwischenraum bis zu einer festgelegten Höhe mit Vergussbeton (7) von ausreichender Endfestigkeit ausgefüllt ist.
  6. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergussbeton (7) ein frühhochfester Beton von ausreichender Endfestigkeit ist.
  7. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Vergussbeton (7) mit einer ausreichend dimensionierten Betonstahleinlage (9) versehen ist.
  8. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch werksseitig in das Fertigteil des Schwellenkörpers (3) eingearbeitete Befestigungs-Profile (16) für die Befestigung von zusätzlichen Teilen, zum Beispiel Lärmschutzanlagen im Radbereich oder zusätzliche Anlagen wie Weichen, vorgesehen sind.
  9. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des mit Vergussbeton (7) verfüllten Zwischenraumes mit einem ausreichenden Gefälle zum Ableiten des anfallenden Oberflächenwassers ausgeführt ist.
  10. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als eine mögliche obere Schicht eine schallabsorbierende Betonschicht auf den Vergussbetonkörper (7) aufgebracht ist.
  11. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergussbetonkörper (7) nach unten mittels einer PE-Folie (5) mit ausreichender Stärke gegen die Frostschutzschicht (1) abgedichtet ist.
  12. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die gegen aufsteigende Feuchtigkeit abdichtende PE-Folie (5) undurchlässig mit den Schwellenkörpern (3) verbunden ist.
  13. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entwässerung der Oberfläche des zwischen den Stahlbeton-Schwellenkörpem (3) liegenden Vergussbetonkörpers (7) ein werksseitig in das Fertigteil integriertes Entwässerungssystem (8) vorgesehen ist.
  14. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsschwelleneinheit (2) im Einbauzustand als vertikale und horizontale Fixierung auf per Hochdruck-Injektion erdvernagelten Stahlbetonpfählen (11, 12) und Stahlauflagern (13) verankert ist.
  15. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsschwelleneinheit (2) im Einbauzustand als vertikale und horizontale Fixierung auf per Hochdruck-Injektion erdvernagelten Stahlpfählen (11, 12) und Stahlauflagern (13) verankert ist.
  16. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Justierung des Schwellenkörpers (3) nur noch an den Auflagerungspunkten in größeren Abständen auf der Fundamentation (11, 12, 13) zu erfolgen braucht.
  17. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (14) mittels der üblichen standardisierten Verbindungsmittel (15) auf den neuartigen Schwellenkörpern (3) aufgebracht und seitlich verschiebbar in den quer zur Schienenlage im Schienenbefestigungsabstand einbetonierten Befestigungsprofilen (16) verankert ist.
  18. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schienenkörper (14) auf einer Rippenplatte (15) aufliegt.
  19. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schienenneigung über die Rippenplatte (15) frei einstellbar ist.
  20. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Schienenkörper (14) auf der Rippenplatte (15) bei gelösten Befestigungsmitteln (15) seitlich verschiebbar ist.
  21. Feste Fahrbahn für den Schienenverkehr nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (14) vom Unterbau (1) durch eine zwischengelegte Entdröhnungsmatte (6) akustisch entkoppelt ist.
  22. Verfahren zur Herstellung einer festen Fahrbahn für den Schienenverkehr, wobei man
    a) Längsschwelleneinheiten (2) mit Stahlbetonbalken (3) vorfertigt, wobei die Längsschwelleneinheiten eine rahmenartige Konstruktion (2) bilden und wobei die Stahlbetonbalken als Stahlbeton-Fertigteile (3) im Montagezustand durch Stahlkonstruktionen (4, 10) auf Abstand gehalten werden,
    b) Beton-Hochdruck-Injektionspfähle (11) mit Stahlträgern (12) in den gewachsenen Boden (18) einbringt,
    c) die vormontierten Längsschwelleneinheiten (2) auflegt, ausrichtet und befestigt,
    d) den zwischen den vormontierten Längsschwelleneinheiten (2) entstehenden Hohlraum mit Vergussbeton (7) verfüllt,
    e) nach dem Aushärten des Vergussbetons (7) Schienen auf den Stahlbetonbalken (3) anbringt.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Trog eine montageseitig angebrachte Folie als unteren Abschluss aufweist.
  24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlbeton-Fertigteile (3) für die Belastungen im Endzustand der Belastung entgegen vorgekrümmt gefertigt werden und insbesondere eine Überhöhung aufweisen.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüch 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenkörper als Stahlbeton-Fertigteile (3) im Einbauzustand durch Stahlkonstruktionen (4, 10) in der Lage gesichert werden.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüch 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die endgültige Fixierung der Längsschwelleneinheit (2) durch Ausfüllen des Schwellenzwischenraums bis zu einer festgelegten Höhe mit Vergussbeton (7) von ausreichender Endfestigkeit erreicht wird.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüch 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verfüllen ein frühhochfester Vergussbeton (7) von ausreichender Endfestigkeit verwandt wird.
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