DE19719757A1 - Verfahren zur Verminderung von Gleisbettwellen - Google Patents

Description

Unter wiederholter Zugüberfahrt entstehen im Gleisbett bleibende Wellen von zunehmender Amplitude, die den Fahrkomfort, die Lebensdauer von Fahrweg und Fahrzeugen, das Emis­ sionsniveau und evt. auch die Fahrsicherheit beeinträchtigen. Bevorzugte Wellenlängen von einigen Metern entstehen im Schotterkörper durch dessen allmähliches Zusammendrücken, Ausweichen und Zermahlen. Bei weichem Untergrund bilden sich unabhängig vom Ober­ bau Wellen von einigen Dekametern Länge infolge natürlicher Fluktuationen durch un­ gleichmäßige Zusammendrückung und Porendruckentwicklung aus. In beiden Fällen nimmt die dynamische Vertikalkraft im Wellental mit dessen Tiefe zu und im Wellenberg ab, so daß die Wellenamplitude durch anelastische Kumulation allmählich verstärkt wird (positive Rückkopplung). Zweck der Erfindung ist die Verminderung solcher Wellen durch geotech­ nische Maßnahmen.

Beim Gleisbett mit Schwellen und Schotter werden üblicherweise die Wellen durch Anhe­ ben und Stopfen ausgeglichen. Dieses Verfahren ist aufwendig und zieht neue anwachsende Wellen nach sich. Bei weichem Untergrund wird der Aufwand durch die erforderlichen Schottermassen zur Einhaltung der gewünschten Gradiente noch größer. Bei fester Fahr­ bahn auf vergüteter Austauschschicht ist ein Ausgleich der Gleislage durch Nachstellen unter der Schiene nur in sehr engen Grenzen möglich. Ein Anheben und Unterpressen oder -füttern der Platte bei größeren Ausgleichbeträgen ist prinzipiell möglich, aber extrem aufwendig und bahnbetriebsstörend.

Das erfindungsgemäße Verfahren stützt bzw. hebt dagegen den oberen Bereich des Gleis­ betts von den Seiten bzw. von unten (Fig. 1). Der Schwellenrost oder die durchgehende Fahrbahnplatte (1) liegt auf einem Skelett aus Schotter- bzw. Bodenkörnern (2). Das Skelett wird seitlich durch Plattenstreifen (3) gestützt. Oben (4) liegen diese nahe an den Schwellen bzw. der Fahrbahnplatten und werden durch Zugglieder (5) zur gegenüberliegen­ den Seite angespannt. Unten (6) liegt der Plattenstreifen in einer Nut der festen Unterlage oder ist durch Anker (7) gegen den Untergrund verspannt. Zum Anheben wird in den Untergrund unter dem Skelett eine granulare Masse eingepreßt (8), die abbindet und die Anker in der Regel umschließt.

Bei einem Schotterdamm auf gutem Boden wirkt das Verfahren wie folgt. Durch Anspannen mit steifen Spanngliedern erhöhen sich Seitendruck und -steifigkeit des Schotters unter den Gleisen gegenüber der herkömmlichen Bauweise. Bei gleicher Schotterqualität und -einbaudichte verringern sich dadurch die wellenbildenden Sackungen erheblich, denn ein seitliches Ausweichen wird verhindert.

Trotzdem unvermeidliche Sackungen infolge Verdichtung und Kornabrieb erfordern ein ge­ ringfügiges und seltenes Anheben. Bei nachträglicher Stabilisierung müssen größere Gleis­ bettwellen zunächst ausgeglichen werden. Durch Einpressen granularer Massen in den Untergrund wird das auf ihm liegende Kornskelett von der Unterseite her mit geringer Krümmung aufgewölbt. Bei dieser relativ gleichmäßigen Aufwölbung wird der Zustand des seitlich vorgespannt gehaltenen Skeletts kaum verändert. (Im Gegensatz dazu führt das herkömmliche Stopfen zu einer ungleichmäßigen Verspannung, so daß beim ansch­ ließenden Überfahren Skelettumlagerungen leichter stattfinden und zu beträchtlichen Set­ zungen führen.) Bei wasserunempfindlichem Untergrund ist die granulare Masse pastös und hochviskos, so daß sie nicht nach oben durchbricht. Bei wasserempfindlichem Untergrund ist sie feinkörnig und trocken und nimmt dadurch überschüssiges Wasser vom verdrängten und verdichteten umgebenden Boden auf.

Je nach Gleisunterlage und Untergrund ergeben sich Varianten der seitlichen Stützung (Fig. 2). Bei harter Unterlage (a) aus Fels, zementiertem Schüttgut, Beton oder Stahl ent­ fallen die unteren Spannglieder. Der steile Plattenstreifen steht in einer Nut (1) und bildet mit ihr ein Scharnier. Die Spannglieder (2) liegen zwischen den Schwellen oder in Hüllrohren unter der Fahrbahnplatte. Die geringfügige Sackung eines dicht eingebauten hartkörnigen Schotters wird durch Nachspannen und die damit erzeugte dilatante Korngerüstumlagerung ausgeglichen. Ein höherer Bahndamm wird durch in mehreren Lagen verankerte Platten seitlich gehalten (b). Die oberste Spanngliedlage ist dieselbe wie im vorigen Fall, die Plat­ tenstreifen weisen jedoch am Anschluß Keile auf (1). Mittlere Spanngliedlagen (2) sind bei größerer Dammhöhe erforderlich und können wie die erste Lage beide Seiten mitein­ ander verbinden. Der Plattenstreifen kann Fenster aufweisen oder durch einen Balkenrost ersetzt werden, wobei die Lücken Stützgitter oder -matten aufweisen können. In gleicher Höhe und möglichst auch mit denselben Bohrungen wird die Paste bzw. bei wasseremp­ findlichem Dammaterial das Pulver eingepreßt. Es bindet ggfs. um den Anker herum ab, bewirkt eine Verdichtung des Dammkörpers und eine Hebung des Kornskeletts unter dem Gleisoberbau. Eine weitere Spanngliedlage am Dammfuß (3) reicht in den Untergrund hinein.

Liegt das Gleisbett mit verbesserter Tragschicht auf weichem Untergrund, reichen Spann­ glieder und Verpreßbereiche zweckmäßig in diesen hinein (Fig. 3). Das Schotterbett unter den Schwellen bzw. die verdichtete körnige Schicht unter der Platte wird durch einen Platten- oder Gitterstreifen (2) auf der Seitenböschung gehalten. Zu dessen Vorspannung dient eine Reihe tief in den Untergrund reichender Spannglieder (3). Diese sind von trocken eingebrachtem Granulat umhüllt, das den umgebenden Boden verspannt, verdichtet und nach oben verdrängen kann. Hinzukommen können oder müssen steilere Stopfsäulen, wel­ che die Spannglieder umschließen können (4). Die Säulen werden vor Herstellung der Trag­ schicht oder nachträglich zwischen den Schienen eingebracht. Die Spannglieder sind ggfs. an den Schwellen bzw. der Fahrbahnplatte befestigt. Durch die zusätzliche vertikale Vorspan­ nung werden eigengewichtsbedingte Setzungen vorweggenommen und überfahrtbedingte Setzungen verkleinert. Durch das Einstopfen von Trockengranulat wird die Weichschicht verdichtet, teilweise durch besseres bodenartiges Material ersetzt und auch horizontal vor­ gespannt, was die Steifigkeit erhöht.

Das Einpressen von Pasten oder Pulvern ist Gegenstand der Offenlegungsschriften P 42 10 196.4 "Verfahren zum Verformungsausgleich im Untergrund durch Einpressen boden­ schonender Pasten", P 41 25 576.3 und P 41 37 003.1 "Vorrichtung zum Einpressen von Pulver in Boden oder Schlamm" sowie "Schonende Stabilisierung weichen Untergrunds mit Schnecke, Rohr und Pulver", P 44 17 887.5. Neu ist die Anwendung für den Eisenbahn­ bau. Kombinationen der in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Verfahrensvarianten eignen sich für verschiedene Übergänge der Gleisbettunterlage (Fig. 4). Beim Übergang von einer Brücke oder einem Felstunnel zu einem Damm auf gutem Boden (a) wird die seitliche Stützplatte zwischen denjenigen nach Fig. 2a und b rampenartig verzogen. (Hinzu kommt die nicht zeichnerisch dargestellte tragende Übergangsrampe mit verzogener Steghöhe.) Über einer nach oben auskeilenden weichen Bodenschicht wird ein Übergang zwischen den Querschnit­ ten von Fig. 1 und 3 dadurch hergestellt, daß die seitliche Stützplatte rampenartig verzogen und die Anker- und Stopfkörper zum weichen Boden hin tiefer geführt werden (b).

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Reihe von Vorteilen. Neben korrosionssicheren Zuggliedern und Seitenplatten oder -gittern erfordert es fast keine reaktionsfähigen Sub­ stanzen, sondern allenfalls chemisch neutrale mineralische Granulate. Durch Vorspannung von den Seiten wird das Korngerüst unter den Schwellen bzw. der Platte in einen die Sackungen minimierenden Zustand gebracht und dort gehalten, so daß es zum besonders schädlichen Ausweichen nicht kommen kann. Das Nachstellen durch Stopfen unterhalb des Skeletts verschlechtert dessen Verhalten nicht (wie beim herkömmlichen Stopfen) und ver­ bessert ggfs. weichen Untergrund. Eine Anpassung an wechselnd nachgiebige Unterlagen vom Fels oder Beton bis hin zu weichem Untergrund ist ohne weiteres möglich, und auch die sonst schwierigen Übergänge zwischen verschieden nachgiebigem Untergrund lassen sich so ausbilden, daß dort keine stärkeren Dellen entstehen. Das Verfahren eignet sich auch zur nachträglichen Lagenkorrektur und Stabilisierung.

Claims (10)

1. Verfahren zur Verminderung von Gleisbettwellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kornskelett unter den Schwellen bzw. der Fahrbahnplatte durch Platten- oder Gitterstreifen seitlich gestützt und vorgespannt und der Untergrund durch Einpressen von Pasten oder Trockengranulat vorgespannt und angehoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Streifen mit unterschiedlicher Neigung durch eine obere Spanngliedlage, die zwischen den Schwellen oder unter der Fahrbahnplatte eingebettet ist, gegenein­ ander vorgespannt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen in einer harten Unterlage durch eine Nut scharnierartig eingebunden sind und eine nachträgliche Hebung durch Nachspannen und Dilatanz des dichten Kornske­ letts erreicht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen im normal tragfähigen Boden etwas einbinden und gegen diesen durch schräge Anker vorgespannt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem höheren Damm aus Bodenmaterial zusätzliche Spannglieder schräg oder waagerecht von einer zur anderen Seite angeordnet sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei weichem Untergrund Spannglieder von den Seitenstreifen und ggfs. auch vom Schwellenrost bzw. der festen Fahrbahn steil in den Untergrund reichen und diesen zusammen mit dem Korngerüst unter den Schienen verdichten und vorspannen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korngerüst unter dem Schwellenrost bzw. der Fahrbahnplatte mit geringer Krümmung durch Einpressen einer hochzähen mineralischen Paste in wasserunempfindlichen Un­ tergrund angehoben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korngerüst unter dem Schwellenrost bzw. der Fahrbahnplatte durch Einpres­ sen von Trockengranulat in wasserempfindliches Bodenmaterial eingepreßt und dieses damit verdichtet und verspannt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Paste bzw. das Trockengranulat durch einen abbindenden Zusatz erhärtet und die Spannglieder zur besseren Kraftübertragung in den umgebenden Boden umschließt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Übergänge zwischen verschieden nachgiebigen Unterlagen des Kornskeletts unter dem Schwellenrost bzw. der Fahrbahnplatte durch Verziehen der seitlichen Stützstreifen und der in den Boden reichenden Verankerungsstrecken hergestellt werden.