Instabilität punktuelle Charakteristik Schürfen, Bohrungen .Bestimmung der Charakteristik von punktuellen

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Instabilität punktuelle Charakteristik Schürfen, Bohrungen .Bestimmung der Charakteristik von...

  • Bestimmung der Charakteristik von punktuellen Instabilitäten anhand

    von Gleismessdaten

    Bachelorarbeit

    Bachelorarbeit von Anastasia Frolenkow

    Betreut von Dr.-Ing. Sebastian Rapp

    Bearbeitungszeitraum 11.2018 - 05.2019

    Bahnstrecken sind linienförmige Bauwerke, die durch Witterungsfaktoren und Verkehrslasten bean-

    sprucht werden. Die damit einhergehenden Einwirkungen können Unstetigkeitsstellen, wie beispiels-

    weise punktuelle Instabilitäten, am Gleis verursachen, die in der Regel aufwendige Instandsetzungs-

    maßnahmen erfordern.

    Folgende Punkte wurden in der Bachelorarbeit bearbeitet:

     Beschreibung des Aufbaus des Bahnkörpers in Schotterbauweise und seine Systemkomponenten

     Analysieren und Kategorisieren von kurz,- mittel– und langwelligen Schienen- und Gleislagefeh- lern am Gleis

     Bestimmung der Ursachen die zu einer punktuellen Instabilität führen Foto: Anastasia Frolenkow

    E-2019/05

     Erläuterung der Fahrwegzustandserfassung mithilfe von Gleismesszügen der DB Netz AG

     Analysieren die vom Gleismesszug RAILAB (Rollendes- Analyse und Inspektions-Labor) erzeugte Gleismessdaten

     Detaillierte Beschreibung der am IEV entwickelten MATLAB-Logiken zur Einzelfehlerauswertung mit der Software Enterprise Architekt

     Anwenden der MATLAB-Logiken auf die vom RAILAB gemessenen Rohdaten und Analyse der Längshöhen im Bereich einer punktuellen Instabilität

     Erstellung von 7 Fehlerkennlinien für vier 4 Fehlerklassen (punktuelle Instabilität, Isolierstoß, Brückenüberfahrt, periodischer Längshö- henfehler) zur Unterscheidung von Längshöhenfehlern im Messschrieb

     Beurteilung der ausgeführten Instandhaltungsmaßnahmen zur Behebung von punktuellen Instabilitäten

    Wesentliche Ergebnisse (siehe Abbildung 1):

     die untersuchten punktuellen Instabilitäten besitzen einen Wellenlängenbereich zwischen 4 m ≤ λ ≤ 25 m

     zu wirksamen Instandhaltungsmaßnahmen zählen: Einbau einer Planumsschutzschicht in Kombination mit einem Geokunststoffflies

     kaum wirksame Instandhaltungsmaßnahmen sind: händisches/ maschinelles Stopfen, Durcharbeiten, Schotteraustausch, Durchführen von Schürfen/ Bohrungen und Reinigen der Entwässerungsanlagen

    class Charakteristik punkutelle Instabilität

    Charakteristik punktuelle Instabilität

    Ursachen für die Entstehung

    einer punktuellen Instabilität

    Vorraussetzung für das Entstehen einer

    punktuellen Instabilität

    visuelles Erscheinungsbild

    Schadensbild am Bahnkörper

    Messschrieb Längshöhe (formtreu)

    Folgen von nicht - rechtzeitigem Instandsetzen einer

    punktuellen Instabilität

    Instandhaltungs- maßnahmen

    Voraussetzungen für das Entstehen einer punktuellen Instabilität

    aufgrund einer Schotterzertrümmerung

    harter Boden/ Sohle z.B. Tunnel, Brücke

    Betonsohle ohne zusätliche elastische Elemente, z.B

    Unterschottermatte, Schwellensohle

    Wasseransammlung am Bahnkörper

    erhöhte Verkehrsbelastung

    bindiger Boden im Unterbau/ Untergrund

    mit einem Betttungsmodul zwischen 20 - 50 MN/m³

    Voraussetzungen für das Entstehen einer punktuellen Instabilität

    aufgrund eines Aufweichen des anstehenden bindigen Bodens

    Fehlen einer

    PSS/ FSS

    Überbean- spruchung

    Interne Ursachen Externe Ursachen

    konstruktive Ursachen

    ein zu großer Schwellen-

    abstand

    BaumaßnahmenInstandhaltung

    fehlerhafte Dimensionierung

    der System-

    komponenten

    fehlerhafte Bauausführung

    fehlende Schutzschichten

    unzureichende Entwässerung

    Bauwerke

    starke Erschütterungen

    defekte Entwässerung

    veränderter Grundwasser-

    horizont

    defekte Entwässerung

    Aufsteigen der Bettungskanten

    Bildung eines Längshöhenfehlers

    Aufsteigen des feinkörnigen Bodenmaterials

    Scherfestigkeitsverlust des Schotterbetts

    Entstehung von Schottersäcken

    Akkumulation von plastischen Verformungen

    Porenwassserüberdruck auf Planumshöhe

    Konsistenzänderung des bindigen Bodens

    Auflösung des Korngerüsts

    Hohllagenbildung

    vergleichsweise große Einsenkung des Gleises

    unter Belastung

    Spritzstellen

    weiße Stellen

    Hohllagenbildung unter den Schwellen

    Bruch, Absplitterung und Abrieb von Schotter

    Schotterstaub - Wassergemisch

    grauer Schlamm Austreten des feinkörnigen Bodenmaterials an

    der Oberfläche

    Verschmutzung des Schotterbetts

    Zumahme von Distanzkorn und Füllkörn, Abnahme des scharfkantigen Skelettkorns

    dauerhaft wirksame Maßnahmen

    Überbrückungs- maßnahmen

    händisches und/oder maschinelles Stopfen

    PSS Einbau in Kombination mit Geokunststoffflies

    Entwässerung reinigen/

    austauschen

    Geschwindigkeits- begrenzung

    Durcharbeiten

    Schotteraustausch

    Durchführung von Schürfen, Bohrungen

    Erstellung von Bodengutachten

    kaum wirksame Maßnahmen

    Entgleisungen

    Streckensperrungen

    verminderter Fahrkompfort

    aufwendige Instandhaltungsmaßnahmen

    Langsamfahrstellen

    maximale Wellenlänge

    durch den Fehler beeinträchtigte

    Gleisabschnittslänge

    Fehlerentwicklung maximale Amplitude

    Standardabweichung

    Anzahl Ausschläge

    linke Schiene Median bei 2

    rechte Schiene Median bei 2,5

    linke Schiene starke Fehlerentwicklung, Median bei 0,38

    rechte Schiene starke Fehlerentwicklung, Median bei 0,35

    positiver Bereich

    negativer Bereich

    linke Schiene große Ausschläge, Median bei 14

    rechte Schiene große Ausschläge, Median bei 10

    linke Schiene kleine Ausschläge, Median bei 5

    rechte Schiene kleine Ausschläge, Median bei 4

    positiver Bereich

    negativer Bereich

    linke Schiene schwache Fehlerentwicklung, Median bei 0,1

    rechte Schiene schwache Fehlerentwicklung, Median bei 0,12

    5 bis 30 m

    linke Schiene hohe Standardabweichungen, Median bei 3,2

    rechte Schiene hohe Standardabweichungen, Median bei 4,5

    linke Schiene niedrige Standardabweichungen, Median bei 0,8

    rechte Schiene niedrige Standardabweichungen, Median bei 0,5

    positiver Bereich

    negativer Bereich

    linke Schiene Kurzwelligkeit der Längshöhenfehler, Median bei 8

    rechte Schiene Kurzwelligkeit der Längshöhenfehler, Median bei 11

    linke Schiene Kurzwelligkeit der Längshöhenfehler, Median bei 4

    rechte Schiene Kurzwelligkeit der Längshöhenfehler, Median bei 3

    positiver Bereich

    negativer Bereich

    Abbildung 1: Charakterisierung einer punktuellen Instabilität

    Abbildung 2: Durchgeführte Instandhaltungsmaßnahme: Einbau einer Planumsschutzschicht in Kombination mit einem Geokunststoffflies

    Abbildung 3: Finaler Zustand einer punktuellen Instabilität (Quelle: Australien Rail Track Company LTD)