Leiter Forschung & Entwicklung

Die zunehmende Globalisierung und das steigende Verkehrsaufkommen in den Großstädten und Ballungsräumen beeinträchtigen die Mobilität und Lebensqualität der Bewohner in vielfältiger Weise. Neben der höheren Umweltbelastung kommt es zu immer länger werdenden Staus und zu einem enormen Anstieg der Fahrzeiten innerhalb der Städte. Um diesem Trend entgegenzuwirken, entwickeln die Städte neuartige Verkehrskonzepte, die die Menschen zum Umstieg auf die öffentlichen Verkehrsmittel bewegen sollen.

Zu den erfolgreichen Alternativen gegenüber dem Auto und Bussen haben sich schienengeführte Verkehrsmittel, wie Straßenbahn, Metro oder Stadtbahn, erwiesen. Grundsätzlich entscheidet aber die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit über den Erfolg oder Misserfolg eines Systems. Einen entscheidenden Beitrag hierzu leistet der Fahrweg.

Anforderungen

Trotz der geringeren Achslasten und Geschwindigkeiten gegenüber Vollbahnen (siehe

Bild 1) ist der Fahrweg für den Nahverkehr häufig sehr viel aufwendiger und muss gleichzeitig unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Zu den grundlegenden Anforderungen gehören hier:

Integrierbarkeit in die städtische Infrastruktur

• Sichere Führung der Fahrzeuge
• Einfacher Systemaufbau
• Langlebigkeit und dauerhafte Gleislagestabilität
• Minimaler Instandhaltungsaufwand

 

Darüber hinaus stellt die Vielfalt des Fahrwegs in den Städten eine zusätzlich Herausforderung. Je nach geschichtlicher Entwicklung oder Festlegung der Verkehrsbetriebe werden verschiedene Schienenprofile, Schienenneigungen, Spurweiten, Achslasten, Drehgestelle etc. verwendet. Zusätzlich muss der Fahrweg neben den rein technischen Anforderungen auch den Umweltaspekten, wie der Reduzierung des Luft- und Körperschalls oder der Verwendung von recyclebaren Komponenten, Rechnung tragen. Auch die Baustelle stellt mit limitierten Baufenstern – aus räumlicher und zeitlicher Sicht – und dem nur begrenzt möglichen Einsatz von Großbaumaschinen eine Reihe von weiteren Anforderungen.

Feste Fahrbahn für den Nahverkehr

Für den Einsatz im Nahverkehrsbereich eignen sich hervorragend die Festen Fahrbahn-Systeme RHEDA CITY, RHEDA RX und RHEDA 2000^® aus der Fahrbahn-Familie RHEDA (siehe Bild 2). Charakteristisch für beide Systeme ist die Ortbetonplatte mit integrierten Zweiblockschwellen. Seit der ersten Anwendung im gleichnamigen Bahnhof Rheda wurde diese Lösung konsequent weiter entwickelt und später auch auf die Lösungen für den Nahverkehr erweitert.

Hierbei werden aus den Lasten der vorgesehenen Fahrzeuge und der erforderlichen Zuschläge für Radkraftdynamik und Bogenfahrt die in der Tragplatte auftretenden Spannungen ermittelt. Die Tragplatte wird dann so dimensioniert, dass die vorhandenen Spannungen unterhalb der zulässigen Dauerfestigkeit liegen. Dabei wird ein Unterbau mit entsprechend abgestufter Steifigkeiten, bestehend aus einer Frostschutzschicht und dem Erdplanum, zugrunde gelegt.

RHEDA CITY

Das System RHEDA CITY ist für Straßen- uns Stadtbahnen mit Geschwindigkeiten von bis zu 70-80 km/h entworfen. Die Besonderheit des Systems liegt in der vollständigen Integration in alle in der Stadt möglichen Oberflächen. Dabei reicht die Palette an Lösungen von einem in der Straße integrierten und mit Asphalt, Beton oder Pflaster eingedeckten Gleis, das auch von Pkws befahren werden kann, bis hin zu einem gesonderten, begrüntem Gleis.

Wie bereits beschrieben, besteht RHEDA CITY aus einer Betontragplatte mit integrierten Zweiblockschwellen (siehe Bild 3). Die Tragplatte wird in einem Arbeitsgang in Ortbetonbauweise in der Regel mit einer Dicke von 25 cm und einer Breite von 240 cm hergestellt. Aus statischer Sicht kann auf eine kontinuierliche Längsbewehrung verzichtet werden. Bei der Betonage wird üblicherweise ein Beton der Festigkeitsklasse C30/37 verwendet. Weitere Anforderungen an den Tragplattenbeton werden projektspezifisch festgelegt.

Das Kernelement des Fahrbahnsystems RHEDA CITY ist eine Fertigteil-Betonschwelle des Typs TB/ZB. Durch die Ausführung als Gitterträger-Zweiblockschwelle ergibt sich ein sehr niedriges Gewicht von ca. 80 kg. Dadurch wird das Handling beim Einbau bei gleichzeitiger Sicherstellung der Gleisgeometrie (Spur, Schienenneigung, gegenseitige Schienenhöhe) im Montagezustand erleichtert. Die Schwellen weisen eine in sich formstabile Bewehrungsanordnung auf, die im Wesentlichen aus je zwei vorgefertigten Gitterträgern besteht. Diese werden zur Hälfte in die Schwellenblöcke einbetoniert. Neben der Gewährleistung der gegenseitigen Lage der beiden Betonblöcke zueinander wird auch eine hervorragende Verbundwirkung zwischen Schwelle und Tragplatte aus Ortbeton sichergestellt. Hinsichtlich Spurweite, Schienentyp, Schienenbefestigung, Schienenneigung, Lagerung usw. werden die Schwellen projektspezifisch modifiziert.

Bei Systemen mit Deckenschluss kommen in der Regel Rillenschienen zur Anwendung, deren Typ vom Verkehrsbetrieb festgelegt wird. Im Bereich der grünen Gleise werden üblicherweise Vignolschienen verwendet. In Abhängigkeit von den Anforderungen und Festlegungen des Kunden kann die Schiene sowohl kontinuierlich als auch diskret (Stützpunkt) gelagert werden. Je nach Lagerung ergeben sich hinsichtlich der Ausführung unterschiedliche Anforderungen.

Bei RHEDA CITY -C (= kontinuierliche Lagerung) wird der Schienenfuß sowohl auf der Schwelle als auch im Schwellenfach in der elastischen Schienenfußummantelung (ESU) kontinuierlich und elastisch gelagert (siehe Bild 3). In das Gleis eingeleitete Seitenkräfte werden durch die Schienenfußseiten in den Ortbeton und durch die druckstabilen Kammerelemente in den angrenzenden Deckenschluss abgetragen.

Bei RHEDA CITY -D (= diskrete Lagerung) wird die Schiene ausschließlich durch die elastische Schienenbefestigung gehalten (siehe Bild 4). Im Schwellenfach werden unter den Schienen elastische Zwischenlagen befestigt, damit die vertikale Bewegung der Schienen nicht behindert wird.

 

Der Schwellenabstand bei RHEDA CITY -D liegt in der Regel zwischen 650-750 mm und bei RHEDA CITY -C bei 1500 mm.

Die Elastizität und die dadurch erreichte Schieneneinfederung kann durch die entsprechende Auswahl der elastischen Elemente gesteuert und gemäß den Kundenvorgaben ausgelegt werden. Darüber hinaus führt die Einhausung der Schiene zu einem weiteren positiven Effekt: Die Schiene ist elektrisch vom Oberbau isoliert.

Der Deckenschluss kann im mehrschichtigen Aufbau in Asphalt, Beton oder Pflaster erfolgen und wird üblicherweise vom Kunden vorgegeben. Zwischen Schienenkopf und der angrenzenden Fahrbahndecke werden Fugen ausgebildet, die mit dauerelastischem und abdichtendem Material verschlossen werden.

In Bereichen, bei denen die Platzverhältnisse eine Trennung der Fahrbahn für Autos und Straßenbahn erlauben, stellt das System RHEDA CITY -G (= Grün) eine besonders attraktive Variante dar (siehe Bild 5). Aus konstruktiver Sicht entsprechen Grüne Gleise der Bauart mit diskreter Lagerung. Die Modifikationen stehen im Zusammenhang mit speziellen Anforderungen an die vegetative Eindeckung des Gleises. Um die für die Vegetation notwendige Mindestdicke der Humus- oder Substratschicht zu erreichen, wird die Höhe der Schwellenblöcke entsprechend vergrößert. Die Rasenfüllelemente dienen einerseits der Isolierung der Schienen gegenüber der Erde, andererseits schützen sie den Schienen- und Befestigungsbereich vor Verschmutzung durch die Deckschicht.

Im Gegensatz zu RHEDA CITY -C und -D wird das anfallende Regenwasser nicht auf der Oberfläche, sondern auf der Tragplatte abgeführt. Aus diesem Grund erhält die Tragplatte von RHEDA CITY -G eine zusätzliche, rissbegrenzende Bewehrung.

Neben den betrieblichen Vorteilen, die sich durch die Entflechtung der Verkehre ergeben, bringt RHEDA CITY -G auch erhebliche Vorteile für die Umwelt mit sich. Aus Sicht der Lärmemission weist die grüne Variante erheblich niedrigere Luftschallpegel als die „hart“ eingedeckten Varianten auf. Zudem erlaubt das System aus städtebaulicher Sicht eine sehr unauffällige Streckenführung ohne optische Einbußen bei den Grünflächen. Als Eindeckung eignen sich sowohl Rasen als auch andere flächige Gewächse.

 

 

RHEDA 2000^® für MRT-Anforderungen

MRT (= Mass Rapid Transit) verfolgt ein anderes Verkehrskonzept als die Straßenbahn. Die Züge benutzen hierbei grundsätzlich einen gesonderten Gleiskörper, um das Durchsatzvermögen einer Strecke zu erhöhen. Der Bau solcher Linien erfordert neben der ebenerdigen, oft auch über- oder unterirdische Streckenführungen.

Das System RHEDA 2000^® (siehe Bild 6) wurde ursprünglich für den Hochgeschwindigkeitsverkehr entworfen und wird für Stadtbahnen mit Geschwindigkeiten bis zu 100-120 km/h und Achslasten bis zu 12-15 Tonnen entsprechend den vorliegenden Anforderungen angepasst. Darüber hinaus eignet sich das System für alle geforderten Anwendungsbereiche: Erdbau, Tunnel und Brücke. Darüber hinaus bietet das System Lösungen für Sonderbereiche wie Weichen, Schienenauszüge oder Übergänge zu anderen Systemen, wie z. B. Schotteroberbau.

Ähnlich dem System RHEDA CITY besteht auch die Bauart RHEDA 2000^® aus einer Betontragplatte mit integrierten Zweiblockschwellen. In den meisten Fällen (Erdbau und Tunnel) weist die Tragplatte eine Dicke von 22 – 24 cm und eine Breite von 280 cm auf und wird aus dem für den Einsatzbereich geeigneten Beton mit der Güte C30/37 oder C35/45 hergestellt. Zusätzlich wird sie mit einer rissbegrenzenden Längsbewehrung ausgestattet. Trotz der höheren Belastung kann durch ein anforderungsspezifisches Lastabtragungskonzept die Plattendicke dünner als bei RHEDA CITY ausgeführt werden. Bei Erdbau ist dies auf die unter der Tragplatte angeordnete hydraulisch gebundene Tragschicht (HGT) zurückzuführen, die gemeinsam mit der Tragplatte die Lasten sicher in den Untergrund abträgt. Durch die sehr gute Tragfähigkeit der Sohle in den Tunneln kann die Tragplatte direkt mit 22 – 24 cm ausgeführt werden. Bei Brücken muss die Aufbauhöhe immer projektspezifisch und unter Berücksichtigung der Brückeneigenschaften definiert werden.

Im Bereich MRT werden üblicherweise Vignolschienen eingesetzt. Dabei werden die Schienen stützpunktartig auf die mit einem Abstand zwischen 600 und 750 mm verlegten Betonschwellen gelagert.

Beim System RHEDA 2000^® kommen ebenfalls Fertigteil-Zweiblockschwellen zur Anwendung. In Abhängigkeit von Spurweite, Schienentyp, Schienenneigung und der eingesetzten Befestigung sind verschiedene Varianten der Schwellen B 355 oder ZB 07 möglich. Die Schwellen können für die Aufnahme von allen gängigen elastischen Befestigungssystemen von Pandrol, Vossloh oder anderen Herstellern ausgelegt werden. Zusätzlich kann die Schwelle für die Montage der Stromschiene vorbereitet werden. Dies ermöglicht später eine sehr einfache und genaue Montage der Stromschiene ohne aufwendiges Einmessen und Ausrichten.

Aufgrund der gesonderten Nutzung des Gleises bei MRT-Linien durch die Züge kann in der Regel auf eine Eindeckung des Gleises verzichtet werden. In speziellen Fällen (z. B. Forderungen aus dem Rettungskonzept) ist allerdings auch eine Eindeckung möglich.

RHEDA RX

Die steigenden Geschwindigkeiten und Achslasten der Züge in Verbindung mit steigender Auslastung der Strecken führen zu immer höheren Belastungen für die Umgebung der Strecken. Im MRT-Bereich betrifft dies besonders die Vibrationen und Erschütterungen, die durch die U-Bahnen in bereits stark belasteten Stadtzentren verursacht werden können.

In Abhängigkeit der Anforderungen erweisen sich die Maßnahmen im Oberbau (weiche Befestigungen oder elastisch gelagerte Betonblöcke) oft als unzureichend, so dass der Einsatz von sogenannten Masse-Feder-Systemen erforderlich ist (siehe Bild 7). RHEDA RX stellt unter Beibehaltung aller Systemeigenschaften eine erschütterungsoptimierte Variante der Systemfamilie RHEDA dar, wobei die Systemauslegung (Plattenabmessungen, Auswahl der Matten, Befestigungen,etc.) immer projektbezogen erfolgt.

Die signifikante Erhöhung der Masse über dem elastischen Element steigert die erschütterungsreduzierende Wirksamkeit des Systems, besonders in den für innenstädtische Bereiche wichtigen Frequenzen von 50-125 Hz, außerordentlich (siehe Bild 8).

Bei dem neuen System RHEDA RX werden Steinwollmatten vom Typ RockXolid unterhalb und seitlich der RHEDA-Tragplatte angeordnet. Diese Matten zeichnen sich durch extreme Langlebigkeit, einfache Montage und ausgezeichnete Körperschalldämmung aus. Darüber hinaus wird durch die Wahl des Mattentyps eine klar definierte Gleiselastizität erreicht. So können einfache wie kostengünstige Befestigungselemente verwendet und gleichzeitig das Auftreten von problematischen Resonanzen ausgeschlossen werden. Auch beim Einbau bietet RHEDA RX klare Vorteile. Das System ermöglicht beispielsweise einen schnellen und kosteneffizienten Baufortschritt in Tunnels. Zudem ist RHEDA RX besonders umweltverträglich, da alle Komponenten recycelt werden können [1].

 Einheitliches Einbauprinzip

Bei RHEDA CITY, RHEDA RX und RHEDA 2000^® erfolgt der Einbau nach dem „top-down“ Prinzip. Dabei dient die Fahrschiene als Referenz für die Einrichtung des Gleises. Zusammen mit den Vorteilen der Zweiblockschwelle, bei der die wichtigen gleisgeometrischen Größen, wie Spurweite und Schienenneigung, bereits sehr exakt definiert sind, führt das Einbauverfahren zu einer sehr genauen Gleislage nach dem Einbau. Das gewählte Einbauprinzip erlaubt moderate Anforderungen an die Genauigkeit des Unterbaus. Hier können die für den Straßenbau üblichen Werte verwendet werden.

Der Einbau beginnt mit der Vorbereitung des Gleisrostes, bestehend aus den Schwellen, der Schienen, der Befestigungen und – falls erforderlich – der Bewehrung. Hier ist sowohl die Montage direkt auf der Baustelle als auch die Vorbereitung von Jochen auf einem Montageplatz möglich. Im Fall von RHEDA RX werden die Matten im Vorfeld des Tunnels platziert. Die Matten sind begeh- und befahrbar, so dass der übliche Baustellenbetrieb kaum beeinträchtigt wird.

Nach dem Grobrichten des Gleises werden die erforderlichen Gleiskomponenten, wie Entwässerung oder Erdung, montiert. Bei RHEDA CITY erfolgt die Feinjustierung in der Vertikalen mittels Spindelvorrichtungen, die bereits in den Schwellen integriert sind. In der Horizontalen erfolgt diese mittels variabler Abstützungen, die gegen geeignete Widerlager gestützt werden. Bei RHEDA 2000^® und RHEDA RX werden Spindelvorrichtungen, die an dem Schienenfuß montiert werden, verwendet. Diese erlauben eine gleichzeitige Regulierung des Gleises in der vertikalen und horizontalen Richtung. Beide Regulierungsverfahren erlauben Gleislagegenauigkeiten im kleinsten Millimeterbereich. Direkt im Anschluss erfolgt das Betonieren der Fahrbahnplatte, wodurch die Schwellen durch den Gitterträger dauerhaft und lagestabil in die Betontragplatte integriert werden. Nach dem anfänglichen Erhärten des Betons werden die Spindeln entfernt und die verbliebenen Löcher verschlossen.

Abgesehen von kleineren Nacharbeiten ist das Gleis bei RHEDA 2000^® und RHEDA RX damit fertig. Beim System RHEDA CITY erfolgt anschließend noch die Herstellung des Deckenschlusses gemäß den Projektvorgaben. Je nach gewählter Systemvariante werden die dazugehörigen Kammerelemente eingebaut und der Deckenschluss fertig gestellt. Der Einbau beider Systeme kann mit herkömmlichen Maschinen, Werkzeugen und Materialien erfolgen.

Systemanpassung

Die Festen Fahrbahn-Systeme RHEDA CITY, RHEDA RX und RHEDA 2000^® stellen fertige und ausgereifte Lösungen für alle Anwendungen im Bereich des innerstädtischen, schienengebundenen Nahverkehrs dar.

Unter Berücksichtigung aller Faktoren, wie verwendete Fahrzeuge, Belastung, Geschwindigkeit, Schienen, Spurweite, Stromversorgung, Entwässerung etc. können die Systeme weiter modifiziert und kundenspezifisch angepasst werden, um einerseits die technisch optimale und anderseits wirtschaftlich günstigste Lösung für den Kunden zu bieten. Die Erfahrungen aus den realisierten Projekten zeigen eindeutig, dass die Kombination aus einem klaren Systemkonzept und der erforderlichen Flexibilität zu optimalen Resultaten führen.

Langzeitvorteile der Systeme

Wie eingangs erwähnt, zählen zu den Hauptanforderungen an den Fahrweg im innerstädtischen Bereich die Langlebigkeit verbunden mit einer dauerhaft guten Gleislagestabilität und minimalem Instandhaltungsaufwand. Bei zukünftigen Projekten werden vermehrt nicht nur die direkten Kosten der Fahrbahn, wie Herstellung und Instandhaltung, berücksichtigt, sondern auch die indirekten, wie Streckenverfügbarkeit, Wegfall der Einnahmen oder gar die Kundenunzufriedenheit. Diese sind monetär zwar kaum zu erfassen, führen aber zu der Annahme oder Ablehnung eines ÖPNV.

Im Betrieb haben sich beide Fahrbahnsysteme als besonders instandhaltungsarm erwiesen. Abgesehen von Wartungsarbeiten, wie Schienen-, Fugenpflege und Gleisreinigung fallen keine weiteren Instandhaltungsmaßnahmen an.

Die verschiedenen Varianten der Systeme RHEDA CITY, RHEDA RX und RHEDA 2000^® wurden bereits seit 1998 in zahlreichen Projekten in Europa und weltweit ausgeführt. Die Erfahrungen zeigen, dass die Systeme die Anforderungen bestens erfüllen, so dass sich RHEDA CITY vielerorts (z. B. in Berlin, Dresden) als Standardbauart etabliert hat.

Zusammenfassung

RHEDA CITY, RHEDA RX und RHEDA 2000^® stellen mit ihrem modularen Aufbau und der durchgängigen Systemtechnik ausgereifte und kundenorientierte Lösungen für alle Arten des schienengebundenen Nahverkehrs dar. Die Verwendung der Zweiblockschwelle zusammen mit dem „top-down“ Einbauprinzip zeigen, dass auch unter schwierigen Baustellenverhältnissen hohe Bauleistungen und eine sehr gute Gleisqualität erzielt werden können. Dies wurde unter anderem auch bei der Modernisierung der Linie „Aleje Jerozolimskie“ in Warschau erfolgreich unter Beweis gestellt.

Im täglichen Betrieb zeigen sich die Festen Fahrbahnen RHEDA CITY, RHEDA RX und RHEDA 2000^® als besonders instandhaltungsarm. Dies wirkt sich sehr positiv auf die Verfügbarkeit und Gesamtkosten des Systems aus.

Wojciech Nawrat

RAIL.ONE GmbH
wojciech.nawrat@railone.com