Titel: Verfahren zum Herstellen einer Gleisfahrbahn für Schienenfahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Gleisfahrbahn für Schienenfahrzeuge, wie sie insbesondere für moderne Hochgeschwindigkeitstrassen als sogenannte feste Fahrbahn zum Einsatz kommt.
Unter fester Fahrbahn wird im allgemeinen ein Eisenbahnoberbau verstanden, bei dem der Schotter durch ein anderes Material, beispielsweise Beton oder Asphalt ersetzt ist, welches im Gegensatz zum Schotter nur wenig verformbar ist. Für die feste Fahrbahn sind verschiedenen Bautypen bekannt, beispielsweise eingelagerte Systeme wie die Bauart Rheda mit ihren beiden Modifizierungen Rheda-Sengeberg und Rheda-Berlin oder die Systeme Heitkamp und Züblin, bei denen der klassische Gleisrost in einem Betontrog ausgerichtet und dann durch Einbringen von Füllbeton in die zwischen Betontrog und Schwellen verbleibenden Zwischenräume dauerhaft stabilisiert wird. Neben diesen eingelagerten Systemen gibt es auch aufgelagerte Systeme, beispielsweise das System Sato, bei dem der Gleisrost entweder mit Y-Stahlschwellen oder konventionellen SB-Schwellen auf einer höhengenau hergestellten Asphalttragschicht verlegt wird, die bei Bedarf auch abgefräst wird. Die Verzahnung mit der Asphalttragschicht erfolgt mittels Flacheisen, die in ausgefrästen Nuten vergossen werden. Es gibt auch die Bauart Ge- trac, bei der das Gleis ebenfalls auf einer Asphalttragschicht aufgelagert wird, wobei die Fixierung über Dübelsteine er-
folgt, die in Ausnehmungen in der Tragschicht eingelagert sind und in der Unterseite der Schwellen in Neoprenschuhe eingreifen. In diese Vertiefungen, die in dem noch heißen Asphalt hergestellt werden, werden die Dübelsteine eingegossen.
Allen bekannten, so genannten „top down"-Verf hren zum Herstellen einer festen Fahrbahn ist gemeinsam, daß der Arbeitsaufwand, die Menge des einzusetzenden Materials und die Zeit, die in die Herstellung einer solchen Fahrbahn investiert werden muß, allesamt sehr groß sind, was die Herstellung einer festen Fahrbahn für Schienenfahrzeuge sehr teuer macht . Mit den günstigeren „bottom-up" Verfahren können feste Fahrbahnen nur mit nicht zufrieden stellenden Ungenauigkeiten hergestellt werden können, welche ein systematisches Ausgleichen mittels Zwischenlagen erforderlich machen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen einer Gleisfahrbahn für Schienenfahrzeuge zu schaffen, mit der eine feste Fahrbahn einfacher, schneller, preiswerter und mit klarer definierten Schnittstellen der Gewerke untereinander hergestellt werden kann als nach den bekannten Bauweisen.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren folgende Verfahrensschritte auf:
- Herstellen einer sich in Fahrbahnrichtung erstreckenden Betontragplatte ;
- Herstellen von Ausnehmungen in der Betontragplatte im Bereich der späteren Gleisbefestigungspunkte;
- Ablegen von Schienenbefestigungsplatten auf der Betontragplatte, wobei die Schienenbefestigungsplatten mit Befestigungselementen versehen bzw. versehbar sind, deren Quer-
schnitt kleiner ist als der der Ausnehmungen und die mit Spiel in die Ausnehmungen hineinragen;
- Befestigen von Schienen an den Schienenbefestigungsplatten und anschließendes Ausrichten der an den Befestigungsplatten angeschlossenen Schienen in ihre gewünschte Höhen- und Seitenlage mittels zwischen jeweils zwei Befestigungsplatten angreifenden Gleisrichtelementen;
- Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den Befestigungsplatten und der Betontragplatte und der die Befestigungselemente mit Spiel aufnehmenden Ausnehmungen mit einem aushärtenden, schwindarmen und gut fließenden Vergußmörtel; und
- ggf . Demontage der Gleisrichtelemente nach Aushärtung des Vergußmörtels .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind weniger Arbeitsgänge als bei den bekannten Verfahren erforderlich, wodurch es besonders wirtschaftlich ist, zudem können die Arbeiten zeitlich entkoppelt durchgeführt werden. Es ist nicht erforderlich, die Schienen nach ihrem Ausrichten auf Stützkörpern aufzulagern, die dann nach einem anschließenden Vergießen in der Vergußmasse verbleiben, denn der Verguß erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur unterhalb der Befestigungsplatten zwischen diesen und der Betontragplatte, während die Schienen zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Befestigungsplatten völlig frei bleiben.
Die Betontragplatte kann vorzugsweise kontinuierlich mit einem Füllbetonfertiger hergestellt werden. Die Ausnehmungen werden zweckmäßig im abgebundenen, frischen Beton hergestellt, was sich wegen der dann noch nicht voll erreichten Härte des Be-
tons auch mit einfachen Werkzeugen durchführen läßt . Zweckmäßig werden die Ausnehmungen als Löcher im Beton gebohrt.
In dem frischen Beton der Tragplatte können Querfugen für eine gesteuerte Rissbildung vorgesehen werden. Der Abstand der Querfugen hängt von den spezifischen Anforderungen des jeweiligen Projekts ab. Um bei der späteren Befestigung der Befestigungsplatten mit den Befestigungselementen eine besonders hohe Festigkeit der Verbindung zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, die Ausnehmungen mit unterhalb der Tragplattenoberseite liegenden Hinterschneidungen od.dgl. herzustellen, wobei die Hinterschneidungen besonders einfach dadurch hergestellt werden können, daß sie in Form von Gewindegängen mittels eines Gewindebohrwerkzeuges gebohrt werden.
Jede Schienenbefestigungsplatte wird vorzugsweise mit mindestens zwei Befestigungselementen versehen. Vor dem Einführen der Befestigungselemente in die Ausnehmungen werden diese zweckmäßig von etwaigen Verunreinigungen od.dgl. gereinigt, so daß sichergestellt ist, daß die Befestigungselemente zwangsfrei in die Ausnehmungen einfassen, vorzugsweise mit einem etwa gleich großen Spiel in alle Richtungen zwischen sich und den sie umgebenden Wandungen der Ausnehmungen. Als Befestigungselemente können bevorzugt Schraubbolzen dienen, die durch die Schienenbefestigungsplatten gesteckt werden und auf die Dübel aufgeschraubt sind. Dabei wird bevorzugt so vorgegangen, daß die Schraubbolzen in ihren Dübeln vorgespannt werden, bevor die Ausnehmungen mit den in diese hineinragenden Befestigungselemente mit dem Vergußmörtel ausgefüllt werden.
Die Befestigungselemente können an ihrem in die Ausnehmungen hineinragenden Bereich an ihrem Umfang mit Hinterschneidungen, insbesondere Rillen, Nuten u.dgl. versehen sein, so daß sie nach dem Ausfüllen der Ausnehmungen und Erhärten der Verguß-
masse formschlüssig arretiert sind. Vor dem Ausfüllen der Zwischenräume und der Ausnehmungen werden die Schienenbefestigungsplatten in besonders bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Schalungsmanschetten od.dgl. umgeben, so daß sichergestellt wird, daß die Vergußmasse auch tatsächlich nur dort eingefüllt wird, wo sie auch tatsächlich benötigt wird, nämlich zwischen der Betontragplatte und den Schienenbefestigungsplatten, ohne seitlich davon fließen zu können. Als Schalungsmanschetten haben sich solche aus elastischem Material bewährt, beispielsweise reifenähnliche Gummimanschetten, die vorzugsweise wenigstens an ihrer Innenseite mit einer Antihaftschicht versehen sein können, um sie nach Aushärten des Vergusses leicht wieder entfernen und gegebenenfalls wiederverwenden zu können. Hierzu ist es natürlich erforderlich, daß die Manschetten an wenigstens einer Stelle offen sind bzw. geöffnet werden können, um sie nach dem Aushärten der Vergußmasse seitlich unter den Schienen wegziehen zu können .
Als Gleisrichtelemente haben sich solche bewährt, die unmittelbar auf der Betontragplatte abgestützt werden. Es ist hierdurch möglich, die Befestigungsplatten sehr flach mit erheblich geringerer Dicke als herkömmliche Schienenschwellen auszugestalten, so daß sich der Schienenfuß im fertigen Gleis nur geringfügig oberhalb der Betontragplatte befindet.
Die rechten und linken Schienen des Gleises können untereinander mittels Spurstangen verbunden werden, wobei es dann möglich ist, daß mindestens ein Teil der Gleisrichtelemente nicht an den Schienen selbst, sondern an den Spurstangen angreift. Vorzugsweise werden die Schienen bzw. der Gleisrost in mindestens zwei Stufen ausgerichtet, mit einer ersten Grobeinrich- tungsstufe und einer sich anschließenden Feineinrichtungs- stufe.
Um den Verguß besonders einfach zu gestalten, können die Schienenbefestigungsplatten und/oder die Schalungsmanschetten mit Einfüllöffnungen versehen sein, wobei dann der Vergußmörtel durch die Einfüllöffnungen eingefüllt werden kann. Die Schienenbefestigungsplatten und/oder die Schalungsmanschetten sind vorzugsweise mit Entlüftungslöchern versehen, wobei das Einbringen von Vergußmörtel dann beendet wird, wenn Vergußmörtel aus dem jeweils höchst gelegenen Entlüftungsloch einer Schalungsmanschette oder Befestigungsplatte austritt. Nach dem Aushärten des Vergußmörtels können die Schalungsmanschetten wie bereits erwähnt zweckmäßig entfernt werden. Als Vergußmörtel wird bevorzugt ein schnellhärtender Vergußmörtel verwendet, so daß es möglich ist, bereits nach kurzer Aushärtzeit die Gleisrichtelemente im gerade hergestellten Gleisabschnitt wieder zu entfernen und mit dem Gleiseinbau im nächsten Gleisabschnitt fortzufahren.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, worin eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Beispiels näher erläutert wird.
Es zeigt :
Fig. 1 eine im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens hergestellte Betontragplatte für ein Gleis in fester Fahrbahn in einer perspektivischen Darstellung;
Fig. 2 eine auf der Betontragplatte nach Fig. 1 abgelegte, mit Befestigungsplatten und Befestigungselementen versehene Schiene vor ihrer Ausrichtung und Befestigung an der Betontragplatte in einem Querschnitt; und
Fig. 3 den Gegenstand der Fig. 2 nach Ausrichtung und Befestigung der Schiene, ebenfalls im Schnitt.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst mittels eines Betonfertigers (nicht dargestellt) die in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnete Betontragplatte hergestellt, die sich in Richtung der späteren Fahrbahn erstreckt. Diese zum Teil tachymetergesteuerten Fertiger werden weitreichend verwendet (z.B. Straßenbau, Trog beim Bau der Festen Fahrbahn Typ Rheda) und sollen daher hier nicht näher erläutert werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Betontragplatte 10 für eine eingleisige Strecke konzipiert; es ist selbstverständlich aber auch möglich, die Betontragplatte so breit herzustellen, daß zwei oder mehr Gleise nebeneinander darauf angeordnet werden können.
An der Oberseite der Tragplatte ist diese mit in den noch frischen Beton eingebrachten Querfugen 11 versehen, die dafür sorgen, daß es nicht zu einer unkontrollierten Rissbildung kommen kann, sondern daß Risse, wie sie beispielsweise durch thermische oder mechanische Belastungen unvermeidbar sind, nur an solchen Stellen auftreten, wo sie unbedenklich für die Festigkeit des Gesamtbauwerkes sind. Der Fugenabstand wird für das jeweilige Projekt aus den Anforderungen definiert. Eine Bewehrung 12 im unteren Bereich der Betontragplatte 10 sorgt für deren geforderte Festigkeit.
Nachdem der Beton der Tragplatte 10 abgebunden hat, aber noch nicht ausgehärtet ist, werden im Bereich der späteren Gleisbefestigungspunkte Ausnehmungen 13 von der Oberseite der Tragplatte in diese hineingebohrt. Das Bohren kann jedoch auch (mit erhöhtem Aufwand) auch noch zu einem späteren Zeitpunkt nach weiterer Aushärtung durchgeführt werden. Man erkennt, daß sich die Ausnehmungen jeweils zwischen zwei Querfugen befin-
den, somit also nicht in Bereichen angeordnet werden, wo später Risse zu erwarten sind. Als Bohrwerkzeug für die Ausnehmungen dient ein Gewindebohrwerkzeug mit vergleichsweise grobem Gewinde, so daß die Ausnehmungen keine zylindrische Form aufweisen, sondern Hinterschneidungen 14 in Form der hergestellten Gewindegänge erhalten.
Nach dem Aushärten der Betontragplatte 10 werden zunächst die Ausnehmungen 13 von etwa darin befindlichen Verunreinigungen wie zum Beispiel Bohrstaub od.dgl. gereinigt. Anschließend werden auf der Betontragplatte Schienenbefestigungsplatten 15 abgelegt, die mit je zwei Befestigungselementen 16 in Form von von oben durch die Befestigungsplatte 15 durch Löcher gesteckten Schraubbolzen 17 bestehen, auf deren unten aus der Platte herausragenden Gewindebolzenabschnitten Dübel 18 aufgeschraubt sind. Die Schraubbolzen 17 sind in ihren Dübeln 18 leicht vorgespannt, und zwar alle mit in etwa derselben Vorspannung. Am Außenumfang weisen die Dübel umlaufende Rillen und Nuten 19 auf, wie dies in den Fig. 2 und 3 erkennbar ist.
Die Schienenbefestigungsplatten 15 werden auf der Betontragplatte 10 so abgelegt, daß die Schienenbefestigungselemente 16 in die in der Betontragplatte hergestellten Ausnehmungen 13 mit Spiel s hineinragen. Hierzu ist der Durchmesser bzw. der Querschnitt der Ausnehmungen 13 um die gewünschte Spielfreiheit größer als der Querschnitt der Befestigungselemente bzw. deren in die Ausnehmungen einfassenden Dübel. Die Spielfreiheit wird einerseits so groß gewählt, daß auch unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen bei den Befestigungsplatten und bei der Herstellung der Ausnehmungen an den hierfür vorgesehenen Stellen die Befestigungselemente einer jeden Befestigungsplatte problemlos in die hierfür vorgesehenen Ausnehmungen einfassen und die Platten dann darüber hinaus auch noch ausreichend weit seitlich verschoben werden können, um
das spätere Ausrichten des Gleises zu ermöglichen, andererseits sollte der Querschnitt der Ausnehmungen und damit die Spielfreiheit nicht unnötig groß sein, um die Menge des später zur Befestigung des Gleises benötigten Vergußmörtels nicht unnötig zu erhöhen.
Nachdem die Schienenbefestigungsplatten 15 in der beschriebenen Weise auf der Betontragplatte abgelegt wurden, werden an ihnen die Schienen 20 in an sich bekannter Weise mit Schienenbefestigungsklammern 21 befestigt. In diesem in Fig. 2 dargestellten Verfahrensstadium liegen die Schienenbefestigungsplatten 15 mit den daran befestigten Schienen noch im wesentlichen flächig auf der Betontragplatte 10 auf.
Als nächstes kann das Gleis bzw. die dieses bildenden Schienenstränge in die korrekte Höhen- und Seitenlage ausgerichtet werden, wobei auch der Spurabstand zwischen den beiden Schienen eingestellt wird. Dabei erfolgt die Einstellung der Spur und der Schienenneigung mit Spurstangen (nicht dargestellt) , mit denen die rechten und linken Schienen des Gleises untereinander verbunden werden. Die korrekte Höhenlage der Schienen oberhalb der Betontragplatte wird mittels Gleisrichtelementen erreicht, die im einfachsten Fall aus Keilen bestehen und die jeweils zwischen zwei Befestigungsplatten 15 unmittelbar an den Schienen angreifen und sich direkt auf der Betontragplatte abstützen. Nach dem Ausrichten befinden sich die Schienenbefestigungsplatten 15, die ja zu diesem Zeitpunkt bereits mit den Schienen verbunden sind, in einem Abstand oberhalb der Betontragplatte und bilden zwischen sich und jener einen Zwischenraum 22.
Nach dem Ausrichtvorgang werden um die Schienenbefestigungsplatten herum Schalungsmanschetten 22 gelegt, die bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einem innen mit einer Anti-
haftschicht versehenen Gummistreifen bestehen, der unter den Schienen hindurch mit einem geringen Abstand um die Schienenbefestigungsplatten gelegt wird. Anschließend werden die Zwischenräume 22 zwischen den Befestigungsplatten 15 und der Betontragplatte 10 mit einem schnellhärtenden, schwindarmen und gut fließenden Vergußmδrtel ausgefüllt, der dabei auch in die die Befestigungselemente aufnehmenden Ausnehmungen fließt und diese ebenfalls ausfüllt. Nach dem Aushärten des Vergußmörtels 24 sind die Dübel 18 in den Ausnehmungen mit der Vergußmasse formschlüssig arretiert und ein entsprechender formschlüssiger Verbund besteht auch zwischen Vergußmasse 24 und den Wänden der Ausnehmungen, denn die Vergußmasse hat die darin und in den Dübeln vorgesehenen Hinterschneidungen ausgefüllt. Die Schienenbefestigungsplatten liegen nach dem Aushärten des Vergußmörtels satt auf diesem auf. Die Schalungsmanschette 23 kann nach dem Aushärten des Vergußmörtels wieder entfernt werden, was wegen der Antihaftbeschichtung problemlos möglich ist. Anschließend können die Schraubbolzen 17 in ihren Dübeln 18 nochmals festgezogen werden, um die Schienenbefestigungsplatten mit Kraft gegen die Betontragplatte bzw. die darauf nun befindliche, ausgehärtete Vergußmasse zu ziehen.
Es versteht sich, daß in Fällen, in denen mit Schwankungen der Umgebungstemperatur während des Aushärtevorgangs des Vergußmörtels zu rechnen ist, in an sich bekannter Weise die Schraubbolzen gelockert werden können, sobald der Vergußmörtel abgebunden hat und eine bestimmte Mindestfestigkeit erreicht hat. Die Schienen können sich dann in ihren Schienenaufnahmen bewegen, um Längenänderungen auszugleichen, so daß während der Aushärtung des Vergußmörtels keine Zwangskräfte auf die Befestigungselemente bzw. den Verguß einwirken.
Man erkennt, daß bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Gleis in fester Fahrbahn mit vergleichsweise weni-
gen und einfachen Arbeitsschritten hergestellt werden kann, wodurch eine hohe Einbauleistung erreichbar ist . Die Menge der einzusetzenden Baumaterialien, insbesondere des Vergußmörtels ist erheblich geringer als bei bekannten Verfahren, da die Vergußmasse nur unmittelbar an den Schienenbefestigungspunkten unterhalb der Schienenbefestigungsplatten eingebracht werden muß. Zudem wird eine sehr saubere und glatte Betonoberfläche bereits maschinell geschaffen. Ein aufwendiges, manuelles Glätten zwischen den Schwellen ist dadurch nicht notwendig. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine besonders wirtschaftliche und schnelle Methode zur Herstellung eines Gleises in fester Fahrbahn geschaffen.