SKAL FREMTIDENS TOG KØRE PÅ ASFALT? Roads2Rails Innovativt system til asfaltbaseret jernbanekonstruktion

Transkript

1 SKAL FREMTIDENS TOG KØRE PÅ ASFALT? Roads2Rails Innovativt system til asfaltbaseret jernbanekonstruktion Ole Grann Andersson Faglig leder, Teknologisk Institut

2 Jernbaner??? Jamen hallo! er vi ikke til VEJforum?

3 Jernbaner med asfaltopbygning??? Jo, vel er vi til VEJforum, men her er er et nyt koncept til fælles infrastruktur: Nyt koncept, hvor jernbanekonstruktionen baseres på ASFALT ligesom på veje!

4 Nyt FoU projekt: Roads2Rails Varighed: 4-årigt projekt, opstart marts 2016 Deltagere: Arkil: Asfaltentreprenør og Rail-entreprenør Atkins: Rådgivningsspecialist på baneområdet Banedanmark: DK s største baneforvalter DTU Byg: Forskning og udvikling Teknologisk Institut: FoU, prøvning og projektledelse Økonomi: Støttet af Innovationsfonden

5 Roads2Rails - baggrund Mobilitet er en forudsætning for samfundets vækst Væsentlige argumenter for at flytte dele af trafikken fra veje til jernbaner: Velfungerende infrastruktur essentiel for samfundets funktion Dele af vejnettet overbelastet udbygning tager tid Hvis del af trafikken (personer og gods) flyttes til banerne opnås bedre trafikafvikling Mål for Togfonden (opr. 28 mia. kr.) om kortere rejsetider imellem de større byer

6 Roads2Rails - baggrund Forudsætninger for succes: Effektiv trafikafvikling til tiden Højere hastigheder Høj komfort og sikkerhed

7 Traditionel jernbaneopbygning Samme konstruktionsprincip i mere end 150 år Skinner på sveller udlagt på et lag ballastskærver med grusunderlag Skærverne fordeler trykket og muliggør jævnlig opretning når der opstår sætninger i underlaget

8 Traditionel opbygning med ballastskærver Ballasten slides af trafikken ujævnheder i spor rettes med ballastjustering/-rensning/-udskiftning Konstruktionen er ikke tæt nedsivende vand kan blødgøre underliggende lag og råjord, som opblandes med skærverne Højhastighedstog øger ballast-slitagen næsten eksponentielt

9 Roads2Rails projektets mål: Brug for længere holdbarhed, færre sporopretninger og optimal jævnhed Hvorfor så ikke bare gøre som på vejene? Udvikle nyt koncept for jernbanekonstruktion baseret på ASFALT

10 Roads2Rails Hvordan griber vi det an?

11 Roads2Rails projektet - mål og succeskriterier Vision: Mulighed for omstilling til højhastigheds togdrift uden øgede vedligeholdsomkostninger Princip: Ballast erstattes af langtidsholdbar specialudviklet asfalt. Stor jævnhed Forventer betydeligt færre vedligeholdsarbejder ved højhastighedstogdrift Nyt helhedskoncept med forbedret driftsøkonomi og -sikkerhed. Følgeeffekter: Klima: Tæt belægning forbedret klimasikring bedre beskyttelse ved spild Miljø: Støj og vibrationer forventes reduceret (fleksibel konstruktion)

12 Udviklingsprojekt opdelt i 6 arbejdspakker (AP er) med specifikke fokusområder

13 Roads2Rails AP1: Model Nøglefokus: Udvikle matematisk model til dimensionering/optimering af belægningsopbygning (hidtil anvendt standardopbygning) Muliggøre sammenligning af forskellige konstruktionsopbygninger og materialer. Hensyntagen til belastning, klimaforhold, geologi, materialer etc. Nyt unikt værktøj udvikles på DTU (3-årig PhD-opgave) Der ses også på støj og vibrationer

14 Trad. konstruktion Skinner Betonsveller Ballastskærver, cm standardsveller Stabilt grus, 20 cm Råjord Vand kan sive ned igennem belægning og blødgøre råjord. Risiko for opblanding af jord/grus/skærver med stabilitetstab Risiko for at evt. forurening/spild kan trænge igennem belægning

15 Ny konstruktion Lagtykkelser tilpasset/ optimeret for bæreevne, geologi (råjord) og trafikbelastning Skinner Betonsveller Asfalt bære-/toplag (2-3 lag) Stabilt grus Bundsikringsgrus Optimerede sveller (bredere, fastgørelse) Tæt asfaltbelægning holder underliggende sporkasse tør og hindrer evt. forurening i at nedsive Råjord Evt. kalk-/cementstabilisering af råjord

16 Særlig udfordring: Skinne-træthedsbrud (RCF) Skinnetræthedsbrud er en særlig udfordring (rolling contact fatigue) Formodet sammenhæng med konstruktionens (og skinnens) stivhed Indflydelse fra belægning søges også belyst i projektet

17 Roads2Rails AP2: Ny asfaltkonstruktion Nyt helhedsprincip for banekonstruktion Den traditionelle ballast erstattes af stærk, tæt, fleksibel og stabil asfalt Nye asfalttyper udvikles. Fokus på bæredygtige løsninger, hvor genbrug fra starten er tænkt ind i løsningen (cirkulær ressourceøkonomi: genbrugsasfalt, jernbaneskærver etc.) Modelfoto, Rail One

18 Roads2Rails AP2, asfaltoptimering Flerlags asfaltopbygning, strenge jævnhedskrav ved høj hastighed Belastning overføres fra toghjulene med trykfordeling via skinner og sveller: Lavere kontakttryk end for veje, men høje totallaster og længere tids belastninger. Behov for specialudviklet asfalt

19 Udfordring: High speed passagertog, tunge fragttog eller one-size-fits-all?

20 Roads2Rails AP2, asfaltoptimering Holdbarhed helt essentiel: Ikke nemt at lave omveje på banenettet, hvis der sker sætninger eller skader Statiske/dynamiske belastninger, belastningstid (plastisk def.) => Udvikling af nye, specielle asfalttyper. Omfattende testprogram Bindemiddelhårdhed og typer Hulrumsniveau, ældningsmodstand Temperaturfølsomhed, mulig UVbeskyttelse etc.

21 Roads2Rails AP3: Fuldskala mock-up model Teststrækning på banenettet af sikkerhedsmæssige årsager ikke mulig Fuldskalamodel opbygges og instrumenteres på DTU Data giver værdifuld input for validering af matematisk FEM-model Modelfoto

22 Roads2Rails AP4: Miljø Dokumentation af konceptets egnethed gennem omfattende livscyklusanalyser, LCA (miljø) og LCC (økonomi) gennemføres Konceptet skal være økonomisk fordelagtigt over samlet livscyklus Fokus på mulige miljøgevinster gennem forbedret afvandingssystem Fokus på mulige miljøgevinster fra reduktion af støj og vibrationer LCA og LCC

23 Life Cycle Cost Samfundsøkonomisk gevinst fra vugge til grav Besparelser på drift/vedligehold og længere opnået levetid Samfundsrelaterede besparelser fra højere hastigheder og undgået kø/forsinkelser Samfundsrelaterede gevinster fra mindre støj/vibrationer (både ejendomsværdier/ekspropriationer og sygdomsrelaterede hospitalsbesparelser) Etc.

24 Roads2Rails AP5: Standardisering og vidensformidling Nye konstruktioners sikkerhedsgodkendelser er omfattende og tidskrævende Forberedelser til kommende sikkerhedsgodk. og standardisering indgår derfor i projektet (AP6 omfatter blot projektledelse, ej nærmere omtalt her)

25 Billede: Rail One VEJFORUM 2016 Roads2Rails Fremtidens jernbane? Fremtidssikret asfaltløsning eksakt dimensioneret til strækningen Optimeret for holdbarhed, jævnhed og langtids-/driftsøkonomi Bæredygtig produktion og klimasikret løsning

26 Roads2Rails Innovativ asfaltbaseret jernbanekonstruktion TAK! Spørgsmål? ASFALT Fremtidens valg - også til jernbaner (?)