Ratojen routaongelmat Suomessa
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2013
Major/Subject
Pohjarakennus ja maamekaniikka
Mcode
Rak-50
Degree programme
Language
fi
Pages
93 + 4
Series
Abstract
The objective of this study was to look into the problems caused by frost action on Finnish railways. One aim of this study was also to research the most common methods of railway track maintenance used to reduce the problems caused by frost heaving. Factors affecting the selection of maintenance methods and their costs were also examined. The majority of Finland's rail network was built before the 1950'S. Back then the quality requirements for the substructure materials and frost protection were less strict. Frost action occurs in frost susceptible soils when temperatures drop below zero and ice lenses begin to form. Frost heave may also occur in non-frost-susceptible soil. This phenomenon is referred to as in-situ frost heave and it must also be taken into consideration because no frost heave is allowed on main railways. Differential frost heave causes disturbance to the railway traffic in the form of speed restrictions. The funding available for track maintenance is very limited and therefore it is of great importance to identify the frost prone areas and determine the causes causing frost action. In order to make track maintenance cost-effective and sustainable the frost heave diminishing actions must be planned carefully. Frost depth modelling was carried out with the finite element program TEMP/W. A series of calculations were done in order to determine whether the position of the insulation slab has an influence on the depth of frost penetration. The insulation slab was placed either directly beneath the layer of track ballast or on top of the frost protection layer. Varying insulation slab thicknesses and freezing indexes were used in the modelling. The calculation results showed that when the insulation thicknesses of 40 mm and 80 mm were used, there were no substantial differences in the maximum frost penetration depths. When the insulation thickness of 120 mm was used, differences occurred. The deeper the insulation was placed, the deeper the frost line penetrated. One goal of the numerical modelling was also to determine the depth of frost penetration beneath the insulation slab in case if the substructure materials were frost-susceptible. The frost-susceptible soil must be replaced with non-frost-susceptible substructure materials. Based on the numerical results obtained, it can be concluded that a greater amount of the frost susceptible soil must be replaced in Northern Finland than in Southern Finland.Tämän diplomityön kirjallisuusselvityksen tavoitteena oli perehtyä Suomen rataverkon routaongelmien syihin, ongelmien vaikutuksiin ja käytettyihin routakorjaustoimenpiteisiin sekä niiden valinnan perusteisiin ja kustannuksiin. Valtaosa rataverkostamme on rakennettu aikana, jolloin ratarakenteiden materiaaleille ja routasuojaukselle ei asetettu nykypäivän mukaisia vaatimuksia. Routavaurioista aiheutuvat viivästykset raideliikenteessä ovatkin olleet viime vuosina yleisiä. Radoilla routaongelmia aiheutuu kerrosroudasta, jota syntyy, kun routivaan maalajiin alkaa muodostua jäälinssejä lämpötilan laskiessa alle nollan asteen. Raiteille asetettujen tiukkojen tasaisuusvaatimusten vuoksi radoilla on merkitystä myös in-situ routanousulla, jota esiintyy myös routimattomissa maalajeissa. Routakorjaustoimenpiteiden suorittamiseen käytettävissä oleva rahamäärä on tiukasti rajattu, joten routavaurioiden oikeiden syiden tunnistaminen ja korjaustoimenpiteiden tapauskohtainen kohdistaminen on ensiarvoisen tärkeää. Korjaustoimenpiteiden suunnittelussa ja toteutuksessa tulee pyrkiä elinkaaritaloudellisuuteen sekä kustannustehokkuuteen. Työn laskennallisen osion tavoitteena oli tutkia, miten ratarakenteeseen asennetun routaeristelevyn paksuus ja sijainti vaikuttavat roudan tunkeutumiseen Etelä-Suomessa Kirkkonummella ja Pohjois-Suomessa Oulussa. Laskennat suoritettiin GeoStudio - 2007 ohjelmiston ohjelmalla TEMP/W. Routalevy asennettiin laskentatapauksissa joko välittömästi tukikerroksen alle tai eristyskerroksen yläpintaan. Laskennassa käytettiin routalevypaksuuksia 40 mm, 80 mm sekä 120 mm ja mitoittavana pakkasmääränä pakkasmäärää Fso. Laskentatulokset osoittivat, että kun käytettiin levypaksuuksia 40 mm ja 80 mm, routalevyn sijainti ratarakenteessa ei vaikuttanut roudan maksimisyvyyteen. Suurimmalla laskennassa käytetyllä levypaksuudella 120 mm routa tunkeutui sitä syvemmälle, mitä syvemmälle levy oli asennettu. Lisäksi mallinnusosion tavoitteena oli selvittää, miten syvä massanvaihto routalevyn alle tulee tehdä erilaisissa laskentatapauksissa, mikäli radan alusrakennekerrosmateriaali on routivaa. Laskennassa käytettiin routalevypaksuuksia 40 mm, 60 mm, 80 mm, 100 mm sekä 120 mm ja mitoittavina pakkasmäärinä pakkasmääriä F10, F20 ja F50. Routalevyn alle tarvittavan massanvaihdon syvyydet vaihtelivat suuresti. Ratateknisissä ohjeissa esitetty massanvaihdon minimisyvyys 300 mm oli riittävä vain osassa Kirkkonummen laskentatapauksissa. Oulun kohteessa vaadittavat massanvaihdon syvyydet olivat selkeästi Kirkkonummen kohdetta suurempia.Description
Supervisor
Korkiala-Tanttu, LeenaThesis advisor
Heikkilä, JaakkoMalmivaara, Kari-Matti
Keywords
routa, rautatie, routakorjaustoimenpide, routaeristelevy, alusrakenne, päällysrakenne, lämpömallinnus, elinkaarianalyysi, frost, railway, track maintenance method, frost insulation slab, substructure, superstructure, thermal modelling, life cycle cost analysis