Vedlikehold av jernbanespor

17.1 Innledning

Jernbanesporet er ikke en permanent konstruksjon i tradisjonell byggteknisk forstand: Det brytes kontinuerlig ned under gjentatt trafikkbelastning, miljøpåvirkning og den samlede virkningen av utallige samspill mellom hjul og skinne. Uten systematisk vedlikehold forringes sporgeometrien så mye at sikker og komfortabel togdrift blir umulig [130, 68].

Vedlikehold utgjør den største regelmessige kostnadsposten i forvaltningen av jernbaneinfrastruktur. På det norske jernbanenettet (Bane NOR) er det årlige vedlikeholdsbudsjettet vanligvis like stort som eller større enn det årlige investeringsbudsjettet for fornyelse. Bane NORs infrastrukturregnskap for 2023–2024 viser at nettet omfatter omtrent 4200 km spor, og at betydelige deler er mer enn 20 eller til og med 40 år gamle. Eldre spor krever gradvis mer intensivt vedlikehold for å opprettholde samme ytelse. Vedlikeholdsplanleggingen må derfor omfatte skinner, sviller og ballast samt de øvrige anleggskategoriene som er vist i figur 17.1.

Kapittel 5 introduserte maskinene som utfører de viktigste tiltakene i sporet. Dette kapitlet bygger videre på dette maskinfaglige grunnlaget og flytter oppmerksomheten fra hvordan maskinene virker, til hvorfor, når og hvor hvert vedlikeholdstiltak bør velges.

Figur 17.1 Komponenter og anleggskategorier i jernbaneinfrastrukturen som er relevante for vedlikeholdsplanlegging.

Hovedmålet med sporvedlikehold er å holde sporgeometrien innenfor toleransegrensene i Bane NORs tekniske regelverk [10]. Andre mål er å forlenge komponentenes levetid, forebygge plutselige svikt og sikre kostnadseffektiv bruk av vedlikeholdsbudsjettet. For å nå disse målene med minst mulig forstyrrelse av trafikken er det avgjørende med en strukturert tilnærming som kombinerer planlagte forebyggende aktiviteter, tilstandsovervåking og korrigerende tiltak.

17.2 Vedlikeholdstyper og strategier

Vedlikeholdsstrategien bestemmer om arbeid utløses av svikt, faste intervaller eller målt tilstand. Skillet er viktig fordi hver strategi gir en annen avveining mellom kostnad, trafikkforstyrrelse og risiko.

17.2.1 Klassifisering av vedlikeholdstyper

Jernbanevedlikehold deles inn i tre hovedtyper etter når tiltaket gjennomføres i forhold til svikt [130]:

Korrektivt vedlikehold (reaktivt vedlikehold) gjennomføres etter at en feil er påvist eller en komponent har sviktet. Det gjenoppretter funksjonen, men forebygger ikke at feilen kommer tilbake. Eksempler er akutt skinneutskifting etter et brudd, korrigering av sporvidden etter forskyvning i en befestigelse og akutt høydejustering etter svikt i underbygningen. Korrektivt vedlikehold er vanligvis den dyreste typen per arbeidsenhet fordi det ofte krever ikke-planlagt disponering av spor, dyrere arbeidskraft og rask anskaffelse av materialer.

Forebyggende vedlikehold gjennomføres med forhåndsbestemte intervaller eller når tilstandsindikatorer når definerte grenseverdier, før svikt oppstår. Målet er å føre sporet tilbake til en tilstand «som nytt» og starte nedbrytningsforløpet på nytt. Det viktigste forebyggende vedlikeholdstiltaket for ballastert spor er pakking, som korrigerer oppsamlede geometrifeil ved å løfte svillene og komprimere ballasten under dem. Forebyggende skinnesliping fjerner overflatesprekker fra rullende kontaktutmattelse (RCF) før de trenger ned til den farlige sonen under overflaten.

Forbedringsvedlikehold (fornyelse eller oppgradering) går lenger enn å gjenopprette den opprinnelige tilstanden: Slitte komponenter erstattes med nye eller bedre komponenter, eller sporet oppgraderes til en høyere standard. Eksempler er å skifte tresviller med betongsviller, oppgradere fra UIC 54- til 60E1-skinner og installere helsveist spor (CWR) på strekninger med skjøtespor.

Taksonomien i figur 17.2 skiller vedlikehold etter hva som utløser arbeidet: en påvist svikt, et fast intervall eller en målt tilstand.

Figur 17.2 Taksonomi for vedlikeholdsstrategier.

Vedlikeholdsstrategiene skiller seg etter om de forebygger nedbrytning, gjenoppretter tilstanden etter forringelse eller fornyer komponenter ved slutten av levetiden.

Strategi	Fordeler	Begrensninger
Korrektiv	Lite behov for planlegging før feilen oppstår.	Store driftsforstyrrelser og høy risiko. Arbeid på kort varsel er ofte kostbart.
Forebyggende	Forutsigbar sportilgang og ressursbruk.	Kan forstyrre eller skifte anlegg før den fulle tekniske levetiden er nådd.
Tilstandsbasert	Bruker målt tilstand og utvikling over tid.	Krever pålitelige måledata, klare grenseverdier og god trendtolkning.
Forbedring	Gir varig bedre ytelse eller kapasitet for høyere last og fart.	Krever store investeringer og lang sportilgang.

Tabell 17.1 Fordeler og begrensninger ved vanlige vedlikeholdsstrategier for jernbanen.

I norsk planlegging av korrektivt vedlikehold klassifiseres tiltaket også etter hvor mye det haster. Akutt korrektivt vedlikehold (AKV) gjennomføres uten opphold for å unngå uakseptable konsekvenser. Utsatt korrektivt vedlikehold (UKV) planlegges innenfor en definert tiltakskategori: UKV1 ved høy sannsynlighet for sikkerhetskritisk svikt eller funksjonsstans innen 30 dager, UKV2 ved høy sannsynlighet for funksjonsstans innen 365 dager og UKV3 når slik svikt ikke vurderes som sannsynlig innenfor disse periodene. Kategorien skal bestemmes ut fra konsekvens og risiko for videre nedbrytning. Hvor synlig feilen er, gir ikke alene et tilstrekkelig beslutningsgrunnlag [46].

17.2.2 Regneeksempel: klassifisering av vedlikeholdstiltak

Oppgave. Klassifiser tiltaket for fire observasjoner fra en ukentlig vedlikeholdsgjennomgang. Anta at hver observasjon er bekreftet, og at den angitte konsekvensvurderingen er gyldig.

Tilfelle	Observasjon	Klassifisering og begrunnelse
A	Et signal blir stående på rødt og hindrer normal togveidrift.	AKV: Gjenopprett den nødvendige funksjonen uten opphold, og håndter trafikken frem til den er gjenopprettet.
B	En stikkrenne er delvis blokkert like før en periode med varslet kraftig nedbør.	UKV1: Sannsynligheten og konsekvensen av en rask vannstandsøkning på kort sikt begrunner tiltak innen 30 dager, vanligvis tidligere.
C	Sporfeltverdiene nærmer seg driftsgrensen fordi ballasten er forurenset, men driften er fortsatt stabil.	UKV2: Planlegg korrigerende arbeid med ballast og drenering innenfor årshorisonten før det utvikles en funksjonsstans.
D	Én enkelt sville er defekt, mens sporvidden, befestigelsens fastholdelse og nabosvillene fortsatt er tilfredsstillende.	UKV3: Registrer og planlegg utskiftingen. Den isolerte tilstanden tyder foreløpig ikke på en sannsynlig funksjonsstans.

Beslutningsforløp. Identifiser først funksjonen som er tapt eller truet. Anslå deretter tidshorisonten frem til en sikkerhetskritisk konsekvens eller funksjonsstans. Velg til slutt tiltakskategori, og dokumenter eventuelle midlertidige kontroller, kontrollintervall, disponering av spor, materialer og ferdigstillelsesfrist. Den samme fysiske feilen kan flyttes fra UKV3 til UKV1 dersom omfanget, trafikkbelastningen, været eller nedbrytningshastigheten endres. En faglig forsvarlig beslutning kombinerer denne hastelogikken med målte geometri- og tilstandstrender i stedet for å klassifisere ut fra utseendet alene.

17.2.3 Badekarkurven og modellering av nedbrytning

Levetiden til en sporkomponent kan beskrives med badekarkurven, som viser den øyeblikkelige sviktraten som funksjon av tid [130]:

Tidlige feil eller «barnesykdommer»: Den venstre delen av figur 17.3 viser en fallende sviktrate. Feil er først mer sannsynlige fordi nye eller nylig forstyrrede komponenter fortsatt setter seg, monteringsfeil kan bli avdekket, og ballast som er forstyrret av pakking eller fornyelse, konsolideres under trafikken.
Konstante eller tilfeldige feil: Den midtre delen av kurven viser en tilnærmet konstant sviktrate. For sporanlegg er dette den ønskede driftsfasen, der feil hovedsakelig skyldes tilfeldige hendelser, lokale feil, uvanlige laster, dreneringsproblemer eller enkelte svake komponenter, ikke alder.
Utslitingsfeil: Den høyre delen av kurven viser en stigende sviktrate etter hvert som utmattingsskade, slitasje, korrosjon, ballastforurensning og materialnedbrytning samler seg opp. I denne fasen blir korrektivt vedlikehold mindre effektivt, og fornyelse eller større tiltak blir økonomisk nødvendig.

Den blå, observerte sviktraten i figur 17.3 er den samlede virkningen av disse tre mekanismene. Den forklarer hvorfor nylig forstyrret spor, modent spor og utslitte komponenter krever forskjellige kontroll- og vedlikeholdstiltak.

Figur 17.3 Badekarkurve med tidlige feil, konstante tilfeldige feil og utslitingsfeil over driftstiden.

17.2.4 Norsk vedlikeholdsstrategi

Bane NORs vedlikeholdsstrategi bygger på prinsippet om tilstandsbasert forebyggende vedlikehold: Kontroller og målinger gjennomføres med jevne mellomrom, og vedlikeholdsarbeid utløses når tilstandsindikatorene passerer definerte grenseverdier, ikke ved faste kalenderintervaller [10, 152].

Viktige deler av den norske strategien er:

Sporgeometrimåling med målevogn (spormålevogn) vanligvis 2–4 ganger per år på hovedbaner.
Automatisert analyse av geometridata for å beregne kvalitetsindekser (TQI) og identifisere strekninger som krever tiltak.
Risikobasert prioritering: Strekninger med stor trafikk, høy hastighet eller sikkerhetskritiske geometrifeil får prioritert tiltak.
Livsløpsplanlegging: Fornyelse vurderes ut fra kostnadene gjennom hele levetiden, med sammenligning av videre vedlikehold og utskifting av komponenter.

17.3 Kvalitet på sporgeometrien

Kvaliteten på sporgeometrien er den delen av vedlikeholdet som er mest direkte knyttet til målingene i sporet. Formålet er å navngi geometriparametrene, se hvordan de fremstår, forstå hvordan de måles og deretter lese toleransegrensene som avgjør om feilen kan vente på planlagt vedlikehold eller krever umiddelbar oppfølging. Fremstillingen nedenfor følger samme rekkefølge for hver parameter: definisjon, figur, toleransetabell og vedlikeholdstolkning.

Målevogner måler geometrien kontinuerlig ved linjehastighet, mens lokal oppfølging kan bruke manuelle målere, kordemålinger og nivellement. Figur 17.4 gir en samlet oversikt: Sporvidden måles på tvers av skinnene, ujevnheter i høyde beskriver vertikale avvik langs hver skinne, horisontalgeometrien beskriver sideavvik i plan, overhøyden er høydeforskjellen mellom skinnene, og vindskjevhet er endringen i overhøyde over en målebasis. EN 13848 bruker også termene langhøyde, sidebeliggenhet og tverrhøyde; i Bane NORs regelverk tilsvarer disse henholdsvis ujevnheter i høyde, pilhøydefeil eller ujevnheter i side og ujevnheter i overhøyde.

Figur 17.4 Sporgeometriske størrelser i vedlikeholdsvurderingen: sporvidde, ujevnheter i høyde, pilhøydefeil eller ujevnheter i side, overhøyde og vindskjevhet. Figuren følger EN 13848-terminologien; teksten bruker Bane NORs betegnelser [92, 50].

17.3.1 Kvalitetsklasser, toleranser og utløsende krav

Bane NORs tekniske regelverk klassifiserer geometrigrenser etter kvalitetsklasse, målebasis og bølgelengdeområde [46, 50]. Kvalitetsklassen følger høyeste tillatte linjehastighet, som vist i tabell 17.2.

Kvalitetsklasse	Linjehastighet
Q0	\(230 < V \leq 300\) km/h
Q1	\(160 < V \leq 230\) km/h
Q2	\(120 < V \leq 160\) km/h
Q3	\(80 < V \leq 120\) km/h
Q4	\(40 < V \leq 80\) km/h
Q5	\(V \leq 40\) km/h

Tabell 17.2 Bane NORs kvalitetsklasser for vedlikeholdsgrenser i sporgeometrien [46].

Regneeksempler kan bruke én enkelt kvalitetsklasse, for eksempel Q2. Regelverket omfatter imidlertid alle kvalitetsklassene, og de fullstendige radene fra Bane NOR gjengis derfor nedenfor for hver parameter. De utløsende grensene skal forstås slik: En overskridelse av vedlikeholdsgrensen betyr at feilen skal inn i programmet for planlagt vedlikehold. En overskridelse av tiltaksgrensen betyr at feilen må rettes og følges opp før den overskrider umiddelbar grense. En overskridelse av umiddelbar grense betyr rask reparasjon og, der det kreves, hastighetsreduksjon frem til feilen er fjernet. Verdiene i tabellene nedenfor er i millimeter med mindre noe annet er angitt.

17.3.2 Sporvidde

Sporvidden er avstanden mellom skinnenes innside. I standarddefinisjonen for vedlikehold måles den ved sporviddepunktet under kjøreflaten, ikke over toppen av skinnehodet. I figur 17.5 angir \(l_p\) den vertikale dybden til sporviddepunktet. Standardsporvidden \(G\) måles mellom de innvendige kjørekantene \(14\) mm under skinneoverkant [50]. På det norske jernbanenettet er nominell sporvidde 1435 mm, slik at en sporviddefeil leses som avvik fra 1435 mm.

Sporvidde G målt ved lp = 14 mm under skinneoverkant. — Figur 17.5 Sporvidde G målt ved l_p = 14 mm under skinneoverkant.

Klasse	Hastighet	Nytt spor	Vedlikehold	Tiltak	Umiddelbar
Q0	\(230 < V \leq 300\) km/h	+3/-0	+10/-3	+15/-4	+28/-5
Q1	\(160 < V \leq 230\) km/h	+4/-0	+12/-4	+20/-5	+28/-7
Q2	\(120 < V \leq 160\) km/h	+4/-0	+15/-5	+25/-6	+35/-8
Q3	\(80 < V \leq 120\) km/h	+4/-3	+15/-7	+30/-8	+35/-9
Q4	\(40 < V \leq 80\) km/h	+4/-4	+20/-7	+30/-8	+35/-9
Q5	\(V \leq 40\) km/h	+5/-5	+20/-7	+30/-8	+35/-9

Tabell 17.3 Bane NORs grenser for avvik i sporvidden fra nominell sporvidde på 1435 mm [50].

Klasse	Linjehastighet	Vedlikehold	Tiltak
Q0	\(230 < V \leq 300\) km/h	7	10
Q1	\(160 < V \leq 230\) km/h	8	10
Q2	\(120 < V \leq 160\) km/h	9	10
Q3	\(80 < V \leq 120\) km/h	10	15
Q4	\(40 < V \leq 80\) km/h	12	18
Q5	\(V \leq 40\) km/h	15	25

Tabell 17.4 Bane NORs grenser for endring i sporvidden over 10 m sporlengde [50].

Den første tabellen angir hvor stort avvik sporvidden kan ha fra nominell verdi. Den andre angir hvor raskt den kan endre seg langs sporet, fordi en brå endring kan være mer kritisk for kjøretøyføringen enn et langsomt varierende avvik. Sporviddeutvidelse er ofte knyttet til skinneslitasje, deformasjon av skinnehodet, skinnevridning, løse befestigelser, svillenedbrytning eller mangelfull byggekontroll. Vanlige vedlikeholdstiltak er å korrigere skinneposisjonen, skifte befestigelser eller sviller og skifte slitte skinner der sporvidden ikke lenger kan holdes.

17.3.3 Vertikalgeometri: ujevnheter i høyde

Bane NOR bruker betegnelsen ujevnheter i høyde om vertikale avvik langs hver skinne. EN 13848-termen langhøyde beskriver den samme måleparameteren. Figur 17.6 viser den målte kjøreflaten sammenlignet med en utjevnet referanselinje. Størrelsen er derfor ikke sporets absolutte høyde, men det vertikale avviket fra referanselinjen innenfor et angitt bølgelengdeområde. Bane NOR har separate grensetabeller for D1 (3–25 m) og D2 (25–70 m).

Figur 17.6 Ujevnheter i høyde, kalt langhøyde i EN 13848, som vertikalt avvik fra en referanselinje.

Klasse	Hastighet	Nytt	Nyjustert	Vedlikehold	Tiltak	Umiddelbar
Q0	\(230 < V \leq 300\) km/h	\(\pm 2\)	\(\pm 2\)	\(\pm 6\)	\(\pm 8\)	\(\pm 16\)
Q1	\(160 < V \leq 230\) km/h	\(\pm 2\)	\(\pm 2\)	\(\pm 6\)	\(\pm 9\)	\(\pm 20\)
Q2	\(120 < V \leq 160\) km/h	\(\pm 2\)	\(\pm 2\)	\(\pm 10\)	\(\pm 12\)	\(\pm 23\)
Q3	\(80 < V \leq 120\) km/h	\(\pm 3\)	\(\pm 4\)	\(\pm 13\)	\(\pm 16\)	\(\pm 26\)
Q4	\(40 < V \leq 80\) km/h	\(\pm 3\)	\(\pm 5\)	\(\pm 15\)	\(\pm 19\)	\(\pm 28\)
Q5	\(V \leq 40\) km/h	\(\pm 3\)	\(\pm 6\)	\(\pm 17\)	\(\pm 21\)	\(\pm 28\)

Tabell 17.5 Bane NORs grenser for ujevnheter i høyde i bølgelengdeområde D1 (3–25 m) [50].

Klasse	Hastighet	Nytt	Nyjustert	Vedlikehold	Tiltak	Umiddelbar
Q0	\(230 < V \leq 300\) km/h	\(\pm 7\)	\(\pm 7\)	\(\pm 10\)	\(\pm 14\)	\(\pm 18\)
Q1	\(160 < V \leq 230\) km/h	\(\pm 7\)	\(\pm 7\)	\(\pm 12\)	\(\pm 16\)	\(\pm 24\)
Q2	\(120 < V \leq 160\) km/h	–	–	–	–	–
Q3	\(80 < V \leq 120\) km/h	–	–	–	–	–
Q4	\(40 < V \leq 80\) km/h	–	–	–	–	–
Q5	\(V \leq 40\) km/h	–	–	–	–	–

Tabell 17.6 Bane NORs grenser for ujevnheter i høyde i bølgelengdeområde D2 (25–70 m) [50].

Høydefeil øker de dynamiske hjullastene og avdekker ofte differansesetning, ustabil understøttelse, telehiv, ballastlommer eller feil ved pakking. Hvis den vertikale feilen hovedsakelig ligger i én skinne, kan det samme understøttelsesproblemet også gi vindskjevhet. Vanlig tiltak er pakking. Hvis feilen raskt kommer tilbake, bør drenerings-, ballast- eller underbygningstilstanden korrigeres før det spesifiseres gjentatt pakking.

17.3.4 Horisontalgeometri: pilhøydefeil og ujevnheter i side

Bane NOR beskriver horisontalgeometrien som pilhøydefeil i bølgelengdeområde D1 og ujevnheter i side i D2. EN 13848-termen sidebeliggenhet omfatter den samme typen sideavvik fra en horisontal referanselinje, som vist i figur 17.7. Ved vedlikehold vurderes avviket innenfor det aktuelle bølgelengdeområdet, slik at grensen er mye strengere enn et visuelt anslag av spormidtlinjen kan tyde på.

Figur 17.7 Horisontalgeometri som sideavvik fra en referanselinje; EN 13848 bruker betegnelsen sidebeliggenhet.

Klasse	Hastighet	Nytt	Nyjustert	Vedlikehold	Tiltak	Umiddelbar
Q0	\(230 < V \leq 300\) km/h	\(\pm 2\)	\(\pm 2\)	\(\pm 3\)	\(\pm 4\)	\(\pm 10\)
Q1	\(160 < V \leq 230\) km/h	\(\pm 2\)	\(\pm 2\)	\(\pm 3\)	\(\pm 4\)	\(\pm 12\)
Q2	\(120 < V \leq 160\) km/h	\(\pm 2\)	\(\pm 2\)	\(\pm 4\)	\(\pm 5\)	\(\pm 14\)
Q3	\(80 < V \leq 120\) km/h	\(\pm 2\)	\(\pm 3\)	\(\pm 5\)	\(\pm 7\)	\(\pm 17\)
Q4	\(40 < V \leq 80\) km/h	\(\pm 2\)	\(\pm 3\)	\(\pm 8\)	\(\pm 11\)	\(\pm 22\)
Q5	\(V \leq 40\) km/h	\(\pm 2\)	\(\pm 4\)	\(\pm 10\)	\(\pm 14\)	\(\pm 22\)

Tabell 17.7 Bane NORs grenser for pilhøydefeil i bølgelengdeområde D1 (3–25 m) [50].

Klasse	Hastighet	Nytt	Nyjustert	Vedlikehold	Tiltak	Umiddelbar
Q0	\(230 < V \leq 300\) km/h	\(\pm 5\)	\(\pm 5\)	\(\pm 10\)	\(\pm 12\)	\(\pm 14\)
Q1	\(160 < V \leq 230\) km/h	\(\pm 5\)	\(\pm 5\)	\(\pm 11\)	\(\pm 16\)	\(\pm 18\)
Q2	\(120 < V \leq 160\) km/h	–	–	–	–	–
Q3	\(80 < V \leq 120\) km/h	–	–	–	–	–
Q4	\(40 < V \leq 80\) km/h	–	–	–	–	–
Q5	\(V \leq 40\) km/h	–	–	–	–	–

Tabell 17.8 Bane NORs grenser for ujevnheter i side i bølgelengdeområde D2 (25–70 m) [50].

Sidefeil kan skyldes sidejustering eller pakking med dårlige inndata, brå overhøydeoverganger, utilstrekkelig sidemotstand i ballasten, dårlig tilstand på ballastskulderen eller store indre skinnekrefter. Slike feil reduserer kjørekomforten, øker sidekreftene i befestigelser og ballast og fremskynder ujevn skinneslitasje. Normalt vedlikeholdstiltak er sidejustering kombinert med pakking og ballastkonsolidering.

17.3.5 Overhøyde og ujevnheter i overhøyde

Overhøyde er høydeforskjellen mellom de to skinnene i et tverrsnitt. I vedlikeholdsdata er ujevnheter i overhøyde lokale avvik fra tiltenkt eller gjennomsnittlig overhøyde. Figur 17.8 viser tverrsnittsdefinisjonen; EN 13848 bruker også betegnelsen tverrhøyde [92]. Lokale topper og groper i forhold til det planlagte overhøydeprofilet er ujevnhetene som inngår i toleransekontrollen.

Figur 17.8 Definisjon av overhøyde som høydeforskjellen mellom de to kjøreskinnene; EN 13848 bruker også betegnelsen tverrhøyde.

Klasse	Linjehastighet	Nyjustert	Vedlikehold	Tiltak
Q0	\(230 < V \leq 300\) km/h	\(\pm 3\)	\(\pm 6\)	\(\pm 8\)
Q1	\(160 < V \leq 230\) km/h	\(\pm 3\)	\(\pm 6\)	\(\pm 8\)
Q2	\(120 < V \leq 160\) km/h	\(\pm 4\)	\(\pm 6\)	\(\pm 9\)
Q3	\(80 < V \leq 120\) km/h	\(\pm 4\)	\(\pm 8\)	\(\pm 11\)
Q4	\(40 < V \leq 80\) km/h	\(\pm 5\)	\(\pm 10\)	\(\pm 13\)
Q5	\(V \leq 40\) km/h	\(\pm 5\)	\(\pm 10\)	\(\pm 15\)

Tabell 17.9 Bane NORs grenser for ujevnheter i overhøyde, målt som avvik fra gjennomsnittlig overhøyde over 20 m [50].

Ujevnheter i overhøyde skyldes ofte dårlig byggekvalitet, differansesetning, hulrom i ballasten, bevegelser i underbygningen eller feil opprinnelig overhøyde. De kan måles manuelt med sporviddemål og vater eller kontinuerlig med målevogn. Vanlig tiltak er pakking med kontrollert høydejustering av den lave eller høye skinnestrengen etter den prosjekterte geometrien.

17.3.6 Absolutt overhøyde

Den absolutte overhøyden er den samme fysiske høydeforskjellen mellom skinnene, men lest som den planlagte helningen i en kurve. Figur 17.8 viser tverrsnittsdefinisjonen: Skinnens kjøreflate sammenlignes med et horisontalt referanseplan, og den vertikale kateten rapporteres som overhøyde. For spor i kurve kontrolleres den absolutte overhøyden i tillegg til de lokale ujevnhetene i overhøyde.

Linjetype	Tiltak	Umidd.
Blandet trafikk	\(>150\)	180
Persontrafikk	\(>180\)	190

Tabell 17.10 Bane NORs toleransegrenser for absolutt overhøyde etter linjetype [50].

For stor overhøyde kan overbelaste den lave skinnestrengen eller gi dårlige kjøreegenskaper for langsomme tog og godstog. For liten overhøyde eller stort overhøydeunderskudd øker sidekreftene mellom hjul og skinne. Vedlikeholdsbeslutningen gjelder derfor om det lokale sporet er ujevnt, og om kurvegeometrien fortsatt passer til planlagt trafikkhastighet og trafikksammensetning.

17.3.7 Vindskjevhet

Vindskjevhet er endringen i overhøyde over en angitt målebasis. Figur 17.9 viser hvorfor dette skiller seg fra absolutt overhøyde: Et spor kan ha akseptabel overhøyde i hvert punkt, men likevel endre seg for raskt mellom punktene. Bane NOR bruker både 2 m og 9 m målebasis i toleransekontrollene.

Figur 17.9 Vindskjevhet som endring i overhøyden over en målebasis.

Klasse	Hastighet	Nytt	Nyjust.	Vedl.	Tiltak	Umidd. \(R \geq 400\)	Umidd. \(R < 400\)
Q0	\(230 < V \leq 300\) km/h	\(\pm 2\)	\(\pm 2\)	\(\pm 6\)	\(\pm 7\)	\(\pm 10\)	–
Q1	\(160 < V \leq 230\) km/h	\(\pm 2\)	\(\pm 2\)	\(\pm 6\)	\(\pm 7\)	\(\pm 10\)	–
Q2	\(120 < V \leq 160\) km/h	\(\pm 2\)	\(\pm 2\)	\(\pm 7\)	\(\pm 10\)	\(\pm 14\)	–
Q3	\(80 < V \leq 120\) km/h	\(\pm 3\)	\(\pm 3\)	\(\pm 7\)	\(\pm 10\)	\(\pm 14\)	\(\pm 12\)
Q4	\(40 < V \leq 80\) km/h	\(\pm 4\)	\(\pm 4\)	\(\pm 7\)	\(\pm 10\)	\(\pm 14\)	\(\pm 12\)
Q5	\(V \leq 40\) km/h	\(\pm 5\)	\(\pm 5\)	\(\pm 7\)	\(\pm 10\)	\(\pm 14\)	\(\pm 12\)

Tabell 17.11 Bane NORs grenser for vindskjevhet med 2 m målebasis [50].

Klasse	Hastighet	Nytt	Nyjust.	Vedl.	Tiltak	Umidd. \(R \geq 400\)	Umidd. \(R < 400\)
Q0	\(230 < V \leq 300\) km/h	\(\pm 6\)	\(\pm 6\)	\(\pm 24\)	\(\pm 31\)	\(\pm 43\)	–
Q1	\(160 < V \leq 230\) km/h	\(\pm 6\)	\(\pm 6\)	\(\pm 24\)	\(\pm 31\)	\(\pm 43\)	–
Q2	\(120 < V \leq 160\) km/h	\(\pm 6\)	\(\pm 6\)	\(\pm 24\)	\(\pm 31\)	\(\pm 43\)	–
Q3	\(80 < V \leq 120\) km/h	\(\pm 6\)	\(\pm 6\)	\(\pm 24\)	\(\pm 31\)	\(\pm 43\)	\(\pm 34\)
Q4	\(40 < V \leq 80\) km/h	\(\pm 9\)	\(\pm 9\)	\(\pm 24\)	\(\pm 31\)	\(\pm 43\)	\(\pm 34\)
Q5	\(V \leq 40\) km/h	\(\pm 15\)	\(\pm 15\)	\(\pm 24\)	\(\pm 31\)	\(\pm 43\)	\(\pm 34\)

Tabell 17.12 Bane NORs grenser for vindskjevhet med 9 m målebasis [50].

Vindskjevhet er sikkerhetskritisk fordi den kan avlaste ett hjul, særlig på kjøretøy med stor torsjonsstivhet. Den kan skyldes lokale setninger, telehiv, enkelte ballastlommer, anleggsarbeid eller en brå overhøyderampe i overgangsgeometrien. Målevogner registrerer vindskjevheten kontinuerlig, mens lokale kontroller kan utføres manuelt over de foreskrevne målebasisene. Vanlig vedlikeholdstiltak er pakking eller manuell understopping for å gjenopprette overhøydeforløpet. Hvis overskuddsballast har skapt et lokalt høyt punkt, kan ballast måtte fjernes før sporet åpnes igjen.

17.3.8 Sporkvalitetsindeks (TQI), K-tall og beliggenhetskontroller

I tillegg til å vurdere enkeltfeil isolert bruker infrastrukturforvaltere også strekningsbaserte kvalitetsindikatorer. I internasjonal litteratur er Track Quality Index (TQI) ikke én universell formel: De fleste variantene kombinerer statistiske egenskaper ved målte sporgeometrisignaler, særlig standardavvik over en definert strekningslengde. Bane NORs operative kvalitetsmål er kvalitetstallet, K-tallet, som uttrykker hvor stor andel av strekningen som har alle standardavviksverdier innenfor kvalitetsgrensene [17, 100, 50].

For én geometriparameter \(x\), målt i \(n\) punkter i et beregningsvindu, er middelverdien og standardavviket

\[ \begin{aligned} \bar{x} &= \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}x_i,\\ \sigma_x &= \sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(x_i-\bar{x})^2}. \end{aligned} \]

Her er \(x_i\) et målt avvik i millimeter, for eksempel en ujevnhet i høyde eller en sidefeil. Etter Bane NORs vurderingsmetode beregnes disse standardavvikene normalt over strekninger på 200 m eller 1000 m. Vurderingsdiagrammer bruker en bevegelig basis på 200 m og rapporterer K- og Q-verdier for hver hele kilometer [17].

Bane NORs kvalitetstabell bruker følgende kontroller av standardavvik:

\[ \begin{aligned} \sigma_H &= \sigma(\text{vertikalgeometri}),\\ \sigma_R &= \sigma(\text{overhøyde}),\\ \sigma_P &= \sigma(\text{horisontalgeometri}),\\ \sigma_S &= \sqrt{\sigma_R^2+\sigma_P^2}. \end{aligned} \]

Samvirkeverdien \(\sigma_S\) er dermed en vektorsum som brukes når kombinasjonen av overhøyde- og sidefeil er mer kritisk enn hver parameter alene. Generelle TQI-metoder kombinerer ofte flere standardavvik som en vektet sum eller et samlet standardavvik,

\[ \begin{aligned} \mathrm{TQI}_{\mathrm{SD}} &= \sum_{j=1}^{m} w_j\sigma_j,\\ \mathrm{CoSD} &= \sqrt{\sum_{j=1}^{m} w_j\sigma_j^2}, \end{aligned} \]

der \(m\) er antall parametere som inngår, og \(w_j\) er vekten som er tilordnet parameter \(j\). Parametersettet og aggregeringslengden er jernbanespesifikke. Disse generelle formene er nyttige for å sammenligne begreper, men vedlikeholdsbeslutningen i dette kapitlet skal bruke Bane NORs K-tall og kvalitetsgrenser i tabell 17.13 og tabell 17.14.

For en strekning med lengde \(L\), inndelt i \(N\) vurderingsvinduer, lar vi \(\ell_{\mathrm{OK},r}\) være lengden i vindu \(r\) der alle relevante \(\sigma\)-verdier tilfredsstiller kvalitetsgrensene. Den samlede lengden som oppfyller kravene, og K-tallet, defineres som

\[ \begin{aligned} L_\mathrm{OK} &= \sum_{r=1}^{N}\ell_{\mathrm{OK},r},\\ K &= 100\,\frac{L_\mathrm{OK}}{L}. \end{aligned} \]

Klasse	Linjehastighet	\(\boldsymbol{\sigma_H}\) vertikal	\(\boldsymbol{\sigma_R}\) overhøyde	\(\boldsymbol{\sigma_P}\) horisontal	\(\boldsymbol{\sigma_S}\) samvirke
Q0	\(230 < V \leq 300\) km/h	0,85	0,90	0,50	1,60
Q1	\(160 < V \leq 230\) km/h	1,15	1,00	0,70	1,70
Q2	\(120 < V \leq 160\) km/h	1,40	1,20	0,75	1,90
Q3	\(80 < V \leq 120\) km/h	1,80	1,40	1,05	2,40
Q4	\(40 < V \leq 80\) km/h	2,75	1,80	1,95	3,10
Q5	\(V \leq 40\) km/h	2,75	2,20	1,95	3,60

Tabell 17.13 Bane NORs kvalitetsgrenser for standardavvik ved beregning av K-tallet. Alle \(\sigma\)-verdier er i millimeter [17, 50].

Klasse	Hastighet	Nyjust.	Vedl.	Tiltak
Q0	\(230 < V \leq 300\) km/h	90	90	80
Q1	\(160 < V \leq 230\) km/h	90	90	75
Q2	\(120 < V \leq 160\) km/h	90	90	50
Q3	\(80 < V \leq 120\) km/h	90	80	30
Q4	\(40 < V \leq 80\) km/h	90	75	20
Q5	\(V \leq 40\) km/h	–	–	–

Tabell 17.14 Bane NORs krav til kvalitetstallet \(K\) [50].

17.3.8.1 Regneeksempel: TQI og K-tall

Se på en 1000 m lang Q2-strekning som er delt inn i fem målevinduer på 200 m: 0–200, 200–400, 400–600, 600–800 og 800–1000 m. Tabell 17.15 gir inngangsverdiene fra målevognen. Den detaljerte beregningen nedenfor gjelder bare vinduet 400–600 m. Det er et vindu på 200 m mellom kilometerposisjonene 400 m og 600 m.

Målevindu	\(\boldsymbol{\sigma_H}\)	\(\boldsymbol{\sigma_R}\)	\(\boldsymbol{\sigma_P}\)
0–200 m	1,10	0,80	0,50
200–400 m	1,35	1,05	0,70
400–600 m	1,70	1,40	0,90
600–800 m	1,20	1,10	0,72
800–1000 m	1,30	0,90	0,60

Tabell 17.15 Inngangsverdier til eksemplet med TQI og K-tall for Q2. Alle \(\sigma\)-verdier er i millimeter.

Samvirkeverdien for hvert vindu beregnes som

\[ \sigma_S=\sqrt{\sigma_R^2+\sigma_P^2}. \]

For vinduet 400–600 m i tabell 17.15 blir dette

\[ \sigma_S=\sqrt{(1{,}40\,\mathrm{mm})^2+(0{,}90\,\mathrm{mm})^2} =1{,}66~\mathrm{mm}. \]

For å vise hvordan en generell TQI kan beregnes ut fra de samme verdiene, brukes Q2-grensene i tabell 17.13 som nevnere i en normalisert sammenligningsindeks med like vekter:

\[ \begin{aligned} \mathrm{TQI}_{\mathrm{norm}} &=\frac{1}{4}\left( \frac{\sigma_H}{1{,}40}+\frac{\sigma_R}{1{,}20}\right.\\ &\qquad\left.+\frac{\sigma_P}{0{,}75}+\frac{\sigma_S}{1{,}90} \right), \end{aligned} \]

For vinduet 400–600 m gir dette

\[ \begin{aligned} \mathrm{TQI}_{\mathrm{norm}} &=\frac{1}{4}\left( \frac{1{,}70}{1{,}40}+\frac{1{,}40}{1{,}20}\right.\\ &\qquad\left.+\frac{0{,}90}{0{,}75}+\frac{1{,}66}{1{,}90} \right)\\ &=1{,}11. \end{aligned} \]

Denne normaliserte TQI-en er nyttig for å rangere ujevnhet, men beslutningen med Bane NORs K-tall er strengere: Et vindu på 200 m regnes som OK bare når alle fire standardavvikskontrollene tilfredsstiller Q2-grensene.

Vindu	\(\boldsymbol{\sigma_H}\)	\(\boldsymbol{\sigma_R}\)	\(\boldsymbol{\sigma_P}\)	\(\boldsymbol{\sigma_S}\)	\(\boldsymbol{\mathrm{TQI}_{\mathrm{norm}}}\)	OK-lengde
0–200 m	1,10	0,80	0,50	0,94	0,65	200 m
200–400 m	1,35	1,05	0,70	1,26	0,86	200 m
400–600 m	1,70	1,40	0,90	1,66	1,11	0 m
600–800 m	1,20	1,10	0,72	1,31	0,86	200 m
800–1000 m	1,30	0,90	0,60	1,08	0,76	200 m

Tabell 17.16 Beregnet Q2-eksempel for TQI-rangering og beregning av K-tall. Alle \(\sigma\)-verdier er i millimeter, og \(\mathrm{TQI}_{\mathrm{norm}}\) er dimensjonsløs.

Vinduet 400–600 m er ikke OK fordi \(\sigma_H=1{,}70>1{,}40\), \(\sigma_R=1{,}40>1{,}20\) og \(\sigma_P=0{,}90>0{,}75\), selv om samvirkeverdien \(\sigma_S=1{,}66\) fortsatt er mindre enn 1,90. OK-lengden blir derfor

\[ \begin{aligned} L_\mathrm{OK} &= \sum_{r=1}^{5}\ell_{\mathrm{OK},r}\\ &=(200+200+0+200+200)\,\mathrm{m}\\ &=800~\mathrm{m}. \end{aligned} \]

K-tallet for strekningen på 1000 m er

\[ K=100\,\frac{800\,\mathrm{m}}{1000\,\mathrm{m}}=80. \]

For en Q2-linje er dette lavere enn vedlikeholdsgrensen på 90, men høyere enn tiltaksgrensen på 50. Strekningen bør derfor inngå i en grunnårsaksanalyse og planlagt pakking eller fornyelsesvurdering før kvaliteten faller til tiltaksområdet. I dette eksemplet har vinduet som ikke tilfredsstiller kravene, også den høyeste normaliserte TQI-en. Det er dermed det 200 m lange delavsnittet som bør kontrolleres først i felt.

Klasse	Linjehastighet	Nyjustert	Vedlikehold
Q0–Q1	\(160 < V \leq 300\) km/h	+10/-20	+20/-30
Q2–Q5	\(V \leq 160\) km/h	+30/-40	+50/-75

Tabell 17.17 Bane NORs grenser for sporets absolutte høyde når faste referansepunkter brukes [50].

Klasse	Linjehastighet	Kurveradius	Nyjustert	Vedlikehold
Q0–Q1	\(160 < V \leq 300\) km/h	–	\(\pm 20\)	\(\pm 30\)
Q2–Q5	\(V \leq 160\) km/h	\(R>1000\) m	\(\pm 40\)	\(\pm 60\)
Q2–Q5	\(V \leq 160\) km/h	\(750<R\leq1000\) m	\(\pm 40\)	\(\pm 40\)
Q2–Q5	\(V \leq 160\) km/h	\(500<R\leq750\) m	\(\pm 30\)	\(\pm 30\)
Q2–Q5	\(V \leq 160\) km/h	\(350<R\leq500\) m	\(\pm 20\)	\(\pm 20\)
Q2–Q5	\(V \leq 160\) km/h	\(R\leq350\) m	\(\pm 15\)	\(\pm 15\)

Tabell 17.18 Bane NORs grenser for sporets absolutte horisontale beliggenhet [50].

17.4 Tilstandskontroll av spor

Tilstandskontroll er utgangspunktet for vedlikeholdsplanleggingen. Den omsetter observasjoner og målinger til beslutninger: fortsette overvåkingen, planlegge pakking eller sliping, reparere en komponent, innføre en restriksjon eller forberede fornyelse. Kapittel 5, avsnitt 5.2, introduserte målevognene og sensorsystemene, og kapittel 4 beskrev feiltypene som inngår i kontrollprosessen. Dette avsnittet handler om hvordan vedlikeholdsingeniøren bruker kontrollresultatene.

Linjevisitasjon (visuell kontroll av en jernbanestrekning) brukes til å finne synlige feil og lokale forhold som er vanskelige å vurdere bare ut fra en målekurve: brukne sviller, manglende eller løse befestigelser, tap av ballastskulder, blokkert drenering, vegetasjon, slampumping, skader på skinneoverflaten og dårlige lokale tilkomstforhold.

Figur 17.10 Feltmåling av en sporveksel med sporkomponenten, måleutstyret og den digitale registreringen i samme kontrollsituasjon.

Kontroll av skinnefeil undersøker om skinnen har indre feil eller feil som bryter overflaten, og som krever reparasjon, tettere overvåking eller skinneutskifting. Vedlikeholdsbeslutningen bygger på feiltype, feilstørrelse, spenningstilstand i skinnen, trafikkbelastning og tiden frem til neste forsvarlige mulighet til å disponere sporet.

Diagnostisk sporgeometrimåling gir måleparametrene som brukes i avsnitt 17.3: sporvidde, ujevnheter i høyde, pilhøydefeil eller ujevnheter i side, ujevnheter i overhøyde og vindskjevhet. Resultatene sammenlignes med vedlikeholdsgrensene, tiltaksgrensene og de umiddelbare grensene i det tekniske regelverket. En målevogn som ROGER 1000 ble derfor introdusert i kapittel 5. I dette kapitlet er den viktig som kilden til arbeidslisten for vedlikehold.

Kontrollhyppigheten avhenger av linjeklasse og risiko. Det praktiske prinsippet er at høyhastighetsbaner, baner med stor tonnasje og sikkerhetskritiske strekninger kontrolleres oftere enn lett trafikkerte sidebaner. Vedlikeholdsingeniøren kombinerer deretter de nyeste kontrollresultatene med nedbrytningstrenden, trafikkonsekvensen og tilgjengelig sportilgang før tiltaket velges.

17.5 Pakking

Pakking er det vanlige vedlikeholdstiltaket når ujevnheter i høyde, sidefeil eller ujevnheter i overhøyde fortsatt hovedsakelig skyldes svilleunderstøttelse og ballastpakking, ikke utslitte komponenter. Pakkmaskiner løfter og sidejusterer sporet og pakker ballast under svillene. Maskinene og pakkeforløpet ble beskrevet tidligere i kapittel 5, avsnitt 5.4, særlig figur 5.9. I dette kapitlet er vedlikeholdsspørsmålet når pakking er riktig tiltak.

Pakking er egnet når geometrifeilen er moderat, ballasten fortsatt kan gi stabil understøttelse etter ny pakking, og den korrigerte geometrien vil holde seg innenfor grensene frem til neste kontroll. Metoden er mindre egnet når det samme stedet forringes raskt etter hver pakking. Da kan grunnårsaken være forurenset ballast, dårlig drenering, svakt formasjonsplan, nedbrytning ved skinneleiet, svilleskade eller et uløst problem i en overgangssone.

Etter pakking er den forstyrrede ballasten først mindre stabil enn urørt ballast, og det følger en kort setningsperiode før den er konsolidert på nytt. Trafikkbelastning, dynamisk sporstabilisering og komprimering av skulderen kan bidra til å gjenopprette stabiliteten etter sporarbeid. Der de nødvendige forholdene ennå ikke er dokumentert, kan midlertidig hastighetsreduksjon være nødvendig [6].

Hver pakkepassasje knuser også noen ballastpartikler. Gjentatt pakking har derfor en vedlikeholdskostnad utover selve sportilgangen: Den forkorter ballastens gjenværende levetid. Når geometrikorrigeringen ikke lenger varer, bør pakking erstattes med utbedring av drenering, ballastrensing, ballastfornyelse eller en mer omfattende beslutning om sporfornyelse.

17.6 Skinnesliping

Skinnesliping fjerner materiale fra skinnehodet for å nå to mål [68, 130]:

Forebyggende sliping fjerner det grunne overflatesjiktet (vanligvis 0,1–0,3 mm) der sprekker fra rullende kontaktutmattelse (RCF) initieres, før de trenger ned til en farlig dybde (vanligvis 3–5 mm). Ved å fjerne dette sjiktet med jevne mellomrom kan skinnens levetid forlenges betydelig sammenlignet med en rent korrektiv strategi.

Korrigerende sliping fjerner eksisterende sprekker og gjenoppretter profilet på skinnehodet. Den krever større materialfjerning (0,3–1,0 mm eller mer) og må fullføres før sprekkene når en dybde som krever skinneutskifting.

Figur 17.11 viser det praktiske resultatet av sliping i målte resultater for rifler: Den ujevne kurven før behandling erstattes av en mye jevnere kurve etterpå. Selve slipe- og fresemaskinene ble beskrevet tidligere i kapittel 5, avsnitt 5.3. Her er vedlikeholdsstrategien og tidspunktet for tiltaket det viktige.

Figur 17.11 Målt tilstand med rifler før og etter skinnesliping.

Sliping må planlegges sammen med målinger av skinneprofilet, informasjon om skinnefeil, støyklager eller registrerte rifler, kurveradius og trafikkbelastning. Et forebyggende program fjerner vanligvis lite metall ved hvert tiltak, men gjentar arbeidet før sprekkene blir dype. Et korrektivt program fjerner mer metall, tar lengre tid og bruker mer av skinnehodet. Vedlikeholdsbeslutningen er derfor en avveining mellom å fjerne dagens feil og bevare skinnens fremtidige levetid.

17.7 Ballastrensing og -fornyelse

Som beskrevet i kapittel 3 forurenses ballasten gradvis av nedbrytning av partikler, svilleslitasje og pumping fra underbygningen. Når finstoffinnholdet overstiger omtrent 15–30% av massen, svekkes drenerings- og lastfordelingsfunksjonen.

Forebyggende ballastvedlikehold skal forsinke både knusing og forurensning. Praktiske tiltak er å bruke bestandig pukk, sikre tilstrekkelig ballastdybde under svillen, bruke svillematter der understøttelsen er svært stiv, holde dreneringen åpen, unngå unødvendig gjentatt pakking, hindre lekkasje av malm eller gods til sporet, kontrollere vegetasjon som tilfører organisk materiale til ballasten, og sikre at vedlikeholdsarbeid ikke fører jord eller finstoff inn i ballastlaget.

Ballastrensing (rensing og gjenbruk av ballast) velges når den grove ballasten fortsatt kan brukes, men finstoff har redusert dreneringen og understøttelsen. Vedlikeholdsmålet er å fjerne den forurensede fraksjonen, gjenopprette dreneringen, tilføre ny ballast ved behov, pakke sporet og føre strekningen tilbake til stabil geometri. Ballastrensemaskinene og arbeidsforløpet for utgraving og sikting ble beskrevet tidligere i kapittel 5, avsnitt 5.5.

Full ballastutskifting (ballastsanering) velges når rensing ikke lenger er økonomisk eller teknisk tilstrekkelig. Vanlige utløsende forhold er sterkt avrundet eller knust ballast, gjentatt slampumping, dårlig tilstand i formasjonsplanet, gjentatt tap av geometri etter pakking eller en planlagt disponering for fornyelsesarbeid der sviller og skinner skiftes samtidig. Fornyelsestog og systemer for svilleutskifting ble introdusert som maskiner i kapittel 5, avsnitt 5.6. I dette kapitlet inngår de i vedlikeholdsbeslutningen om når lokal reparasjon bør erstattes av fornyelse.

17.8 Vedlikeholdssykluser

Tabell 17.19 gir veiledende vedlikeholds- og fornyelsessykluser fra jernbanens vedlikeholdslitteratur for en intensivt trafikkert hovedbane. Verdiene er nyttige som planleggingstall for størrelsesorden på en norsk hovedbane med blandet trafikk og omtrent 20–25 MBT/år, men skal ikke leses som grenseverdier fra Bane NOR. Sliping er det hyppigste tiltaket (hvert 1.–3. år), mens rehabilitering av grunnen er det sjeldneste (vanligvis mer enn 40 år).

Vedlikeholdstype	Trafikkbelastning [MBT]	Vanlig varighet [år]
Pakking	40–70	4–5
Sliping	20–30	1–3
Ballastrensing	150–300	12–15
Skinneutskifting	300–1000	10–15
Utskifting av tresviller	250–600	20–30
Utskifting av betongsviller	350–700	30–40
Skinnebefestigelser	100–500	10–30
Ballastutskifting	200–500	20–30
Rehabilitering av grunnen	\(>500\)	\(>40\)

Tabell 17.19 Vanlige vedlikeholdssykluser for hovedkomponenter i sporet på en intensivt trafikkert hovedbane, tilpasset fra Tzanakakis [161].

Livsløpskostnadsanalyse (LCC, Life Cycle Cost) gir rammeverket for å sammenligne vedlikeholdsstrategier. For en gitt sporstrekning beregner LCC-modellen nåverdien av alle fremtidige vedlikeholds- og fornyelseskostnader under forskjellige tiltaksstrategier. Strategien med lavest LCC velges innenfor sikkerhets- og driftskravene.

17.9 Spenningskontroll og nøytralisering i helsveist spor

Helsveist spor (CWR) beskrives detaljert i kapittel 11. Fra et vedlikeholdsperspektiv er hovedutfordringen å sikre at nøytraltemperaturen \(T_n\) (temperaturen der skinnen ikke har noen lengdespenning) holder seg nær den foreskrevne leggetemperaturen gjennom skinnens levetid. Bane NORs tekniske regelverk angir \(T_n=(21\pm3)\,^\circ\mathrm{C}\) for norske hovedbaner [11].

17.9.1 Årsaker til endring i nøytraltemperaturen

Nøytraltemperaturen på en strekning med helsveist spor kan forskyves fra den opprinnelige leggetemperaturen av følgende årsaker:

Pakking: Hver pakkepassasje forstyrrer ballasten og svilleunderstøttelsen og kan flytte svillene sideveis. Hvis skinnen har lengdespenninger når pakkingen utføres, forankrer ballastkonsolideringen sporet på nytt i en litt annen posisjon. Dette forskyver i praksis nøytraltemperaturen. Gjentatt pakking uten ny spenningsregulering kan føre til at nøytraltemperaturen driver oppover (økt risiko for at skinnen trekkes fra hverandre om vinteren) eller nedover (økt risiko for solslyng om sommeren).

Skinnefornyelse og sveising: Hver aluminiotermisk sveis eller elektrisk motstandssveis danner en varmepåvirket sone. Etter avkjøling kan den lokale spenningstilstanden i sveiseområdet avvike fra skinnen rundt dersom prosedyren for spenningskontroll ikke er fulgt riktig.

Kryping: Under stor trafikkbelastning får skinnene en gradvis lengdeforskyvning (kryping) på grunn av de asymmetriske friksjonskreftene fra akselerasjon og bremsing. Skinnekryping forskyver nøytraltemperaturen langs den berørte strekningen.

17.9.2 Prosedyre for nøytralisering

Nøytralisering av skinner gjenoppretter nøytraltemperaturen til prosjektert verdi. Prosedyren er [11, 68]:

Kapp skinnen: Det helsveiste sporet kappes på et sted som gir fri bevegelse. Alle befestigelser på strekningen som skal nøytraliseres (vanligvis 400–600 m), løsnes for å eliminere friksjonen mellom skinne og sville.
Tilpass skinnelengden til nøytraltemperaturen: Enten (a) vent til skinnetemperaturen er lik \(T_n\), eller (b) bruk et skinnestrekkeapparat til å forlenge skinnen mekanisk med \(\Delta L=\alpha L(T_n-T_{\mathrm{aktuell}})\), der \(\alpha=11{,}5\times10^{-6}\,\mathrm{K^{-1}}\) er varmeutvidelseskoeffisienten, og \(L\) er strekningslengden.
Fest på nytt: Når skinnen har riktig lengde (og dermed null spenning ved \(T_n\)), strammes alle befestigelser i rekkefølge fra midten og utover.
Sveis: Kappestedet lukkes med aluminiotermisk sveis eller elektrisk motstandssveis.

Mekanisk strekking gjør det mulig å nøytralisere når skinnetemperaturen er lavere enn den ønskede nøytraltemperaturen, innenfor grensene i godkjent prosedyre og tilgjengelig utstyr. Dette er viktig i Norge fordi nøytraltemperaturområdet for sluttsveising er smalt, \(18\text{--}24\,^\circ\mathrm{C}\). Med strekkraft og forlengelse definert som positive er nødvendig strekkraft

\[ F = EA\alpha(T_n - T_{\mathrm{aktuell}}) \]

der \(E=210\,\mathrm{GPa}\) er elastisitetsmodulen for skinnestål. Skinnens tverrsnittsareal er \(A\) (60E1: \(A=76{,}70\,\mathrm{cm^2}\)). Nødvendig forlengelse er \(\Delta L=\alpha L(T_n-T_{\mathrm{aktuell}})\). Uttrykket for strekkraft gjelder når \(T_{\mathrm{aktuell}}<T_n\). Ved eller over ønsket nøytraltemperatur gir det null eller negativ kraft. Et skinnestrekkeapparat kan ikke påføre denne tilstanden, og arbeidet må derfor vente på egnet temperatur eller følge en annen godkjent prosedyre for lengdetilpasning.

17.9.3 Kontroll av helsveist spor etter pakking

Etter pakking eller annet arbeid på en strekning med helsveist spor kontrollerer vedlikeholdslaget både geometrien og forholdene for spenningskontroll før linjen åpnes igjen. Vanlige kontroller er [6, 50]:

Kontroller at det ikke har oppstått skinnekryping (relativ bevegelse mellom skinner og sviller). Krypemerker som ble malt på skinnen og svillen før pakking, kontrolleres etterpå.
Vurder om arbeidet har endret skinnens spenningsfrie lengde eller flyttet sporet så mye sideveis at nøytralisering er nødvendig.
Ballastens sidemotstand kontrolleres ut fra ballastskulderens profil, målt etter pakking og før en eventuell passering med dynamisk sporstabilisator (DTS).

17.10 Skinnesmøring

Skinnesmøring reduserer friksjonen mellom hjul og skinne på bestemte steder der høy friksjon forårsaker stor slitasje, støy eller styrekrefter [68].

17.10.1 Smøring av kjørekanten

Smøring av kjørekanten påfører en tynn hinne av fett eller oljebasert smøremiddel på kjørekanten på ytterstrengen i kurver. Dette reduserer friksjonskoeffisienten i kontakten mellom hjulflensen og kjørekanten fra tørr verdi (\(\mu \approx 0{,}45\)–\(0{,}55\)) til smurt verdi (\(\mu \approx 0{,}10\)–\(0{,}25\)). Fordelene er:

Redusert styrekraft \(Y\) på ytterstrengen, som reduserer risikoen for slitasje på kjørekanten og for overskridelse av Prud'homme-grensen.
Redusert slitasje på kjørekanten på ytterstrengen og hjulflensen. På baner med mange kurver forlenger smøring av kjørekanten skinnens levetid med en faktor på 2–4.
Redusert rullemotstand i krappe kurver, som reduserer energiforbruket til trekkraft.

Smøremiddelet påføres av stasjonære smøreapparater, automatiske fettdispensere som utløses av passerende tog, eller av flenssmøreapparater om bord på det rullende materiellet. Hjulflensen tar opp smøremiddelet fra skinnens kjørekant og fører det videre langs skinnen over en avstand på 0,5–2 km.

17.10.2 Friksjonsstyring på skinnetoppen

Friksjonskoeffisienten på skinnetoppen (kontakten mellom hjulbanen og skinnekronen) påvirker trekkraft, bremseevne og risikoen for rullende kontaktutmattelse (RCF). Det optimale området er \(\mu_\text{optimal} \approx 0{,}30\)–\(0{,}35\):

For høy (\(> 0{,}45\), tørr, forurenset): Store tangentialspenninger fremskynder RCF og dannelse av rifler.
For lav (\(< 0{,}1\), forurensning fra våte blader eller skinnebåren smøring): Tap av trekkraft og bremseadhesjon, en stor sikkerhetsutfordring om høsten i Norge.

Friksjonsmodifikatorer på skinnetoppen (ToR, av engelsk top-of-rail) er flytende eller faste forbindelser som påføres skinnekronen for å redusere og stabilisere friksjonen i det optimale området. Samtidig reduserer de initieringen av RCF og rifler. De skiller seg fra smøremidler for kjørekanten: Et slikt smøremiddel skal ikke forurense skinnekronen.

17.10.3 Smøring i sporveksler og sporkryss

I sporveksel- og sporkryssområder reduserer smøring av kontakten mellom tunge og stokkskinne (smøring av glideplaten) betjeningskraften som drivmaskinen trenger, og forlenger tungens levetid. Smøremiddelet på glideplaten skal ikke vandre til tungespissen, fordi sporvekseltungen må ha fast kontakt med stokkskinnen ved tungespissen for å lede toget sikkert.

17.11 Oppsummering av kapitlet

Tilstandskontroll. Sporets tilstand forringes av trafikk, vær og tid, og vedlikeholdet må derfor holde infrastrukturen innenfor sikre og funksjonelle grenser. Korrektivt vedlikehold håndterer feil, mens forebyggende og tilstandsbasert vedlikehold skal gripe inn før feilene blir driftsrestriksjoner. Det strategiske målet er derfor å reparere sporet og håndtere risiko, kostnad og tilgjengelighet gjennom anleggets levetid.

Geometrimåling. Sporvidde, ujevnheter i høyde, pilhøydefeil eller ujevnheter i side, ujevnheter i overhøyde og vindskjevhet måles og sammenlignes med vedlikeholdsgrense, tiltaksgrense og umiddelbar grense. Sporkvalitetsindekser kombinerer målinger til tilstandsindikatorer som støtter planleggingen. Disse grenseverdiene er styrende beslutningsverdier. De avgjør om arbeid kan planlegges på vanlig måte, må gjennomføres før neste kontroll eller krever umiddelbart tiltak eller hastighetsreduksjon.

Pakking. Pakking løfter og sidejusterer sporet og konsoliderer ballast under svillen, men forstyrrer også ballaststrukturen og reduserer sidemotstanden midlertidig. I helsveist spor er dette viktig fordi redusert motstand kan øke risikoen for solslyng. Kontroll etter pakking, dynamisk stabilisering, hastighetsreduksjon og temperaturkontroll inngår derfor i sikkert geometrivedlikehold.

Kontaktstyring. Forebyggende sliping fjerner et tynt, skadet sjikt og gjenoppretter profilet før sprekkene vokser, mens korrigerende sliping fjerner dypere feil til en høyere kostnad. Smøring av kjørekanten og friksjonsstyring på skinnetoppen reduserer slitasje, støy og rullende kontaktutmattelse når de brukes riktig. Tiltakene må koordineres med kurvatur, trafikk, bremsing og miljøforhold slik at de forbedrer kontaktforholdene uten å skape adhesjonsproblemer.

Planleggingsbalanse. Det beste tiltaket er ikke alltid det som korrigerer mest geometri ved ett enkelt besøk. Ingeniøren må ta hensyn til nedbrytningshastighet, varigheten av disponeringen, trafikkforstyrrelse, kontroll av nøytraltemperaturen, feilkonsekvens og fremtidige fornyelsesplaner. En god vedlikeholdsstrategi griper inn tidlig nok til å bevare sikkerheten og anleggets levetid, men unngår unødvendig arbeid som bruker kapasitet og budsjett uten å redusere risiko.

Oppgaver

Oppgave 1: Vedlikeholdsstrategi og kontrollogikk

Forklar for en jernbanestrekning hvordan korrektivt vedlikehold, forebyggende vedlikehold, tilstandsbasert vedlikehold og fornyelse skiller seg fra hverandre. Knytt forklaringen til delene for tidlige feil, tilfeldige feil og utslitingsfeil i badekarkurven. Forklar deretter hvordan linjevisitasjon, kontroll av skinnefeil og diagnostisk geometrimåling bidrar med forskjellig informasjon til arbeidslisten for vedlikehold.

Oppgave 2: Sporgeometriske parametere

Definer hva som måles for hver av de følgende sporgeometriske parametrene, identifiser hvordan parameteren er vist i figurene i avsnitt 17.3, og angi ett typisk vedlikeholdstiltak som kan følge dersom parameteren overskrider grensen: sporvidde, ujevnheter i høyde, pilhøydefeil eller ujevnheter i side, ujevnheter i overhøyde og vindskjevhet. For sporvidden skal du også angi dybden \(l_p\) til sporviddepunktet under skinneoverkant.

Oppgave 3: Beregning av TQI og K-tall

En 1000 m lang Q2-strekning er delt inn i fem målevinduer på 200 m. Målevognen har beregnet standardavvikene for vertikalgeometri \(\sigma_H\), overhøyde \(\sigma_R\) og horisontalgeometri \(\sigma_P\). Bruk Q2-grensene i tabell 17.13 og formelen

\[ \sigma_S=\sqrt{\sigma_R^2+\sigma_P^2} \]

til å vurdere strekningen.

Alle \(\sigma\)-verdier i oppgavetabellen er i millimeter.

Vindu	\(\boldsymbol{\sigma_H}\)	\(\boldsymbol{\sigma_R}\)	\(\boldsymbol{\sigma_P}\)
0–200 m	1,10	0,85	0,55
200–400 m	1,38	1,18	0,73
400–600 m	1,60	1,30	0,85
600–800 m	1,42	1,00	0,60
800–1000 m	1,20	0,90	0,70

(a) Beregn \(\sigma_S\) for hvert vindu. (b) Beregn den normaliserte sammenligningsindeksen \(\mathrm{TQI}_{\mathrm{norm}}\) for vinduet 400–600 m med TQI-uttrykket i avsnitt 17.3. (c) Avgjør hvilke vinduer på 200 m som regnes som OK i beregningen av K-tallet. (d) Beregn \(K\), og tolk resultatet for en Q2-linje med tabell 17.14.

Oppgave 4: Valg av vedlikeholdstiltak

En sporstrekning med blandet trafikk og hastighet 160 km/h har følgende kontrollresultater: Ujevnhetene i høyde og sidefeilene forringes på nytt innen ett år etter pakking, dreneringsgrøftene er delvis blokkert, en ballastprøve inneholder omtrent 28% finstoff, rifler er synlige i en kurve, og strekningen har helsveist spor som nylig er pakket i varmt vær. Foreslå en vedlikeholdsplan. Forklar hvilke funn som tilsier pakking, utbedring av drenering, ballastrensing eller -fornyelse, skinnesliping og kontroll av spenningsforholdene i helsveist spor. Angi også hvilke deler som skal behandles som vedlikeholdsbeslutninger i dette kapitlet, og hvilke maskindetaljer som ble introdusert i kapittel 5.

Oppgave 5: Vurdering av sporgeometriske grenser

En Q2-strekning (\(120 < V \leq 160\) km/h) er målt med en spormålevogn. Anta \(R \geq 400\) m for kontrollene av vindskjevhet og en kurve med blandet trafikk for kontroll av absolutt overhøyde. Bruk grensetabellene for geometri i avsnitt 17.3 til å vurdere måleverdiene nedenfor.

Geometristørrelse	Målebasis	Målt verdi
Sporvidde	avvik fra 1435 mm	+18 mm
Sporviddevariasjon	endring over 10 m	8 mm
Ujevnheter i høyde	D1, hver skinne, 3–25 m	11 mm
Pilhøydefeil	D1, 3–25 m	15 mm
Ujevnheter i overhøyde	avvik fra gjennomsnittlig overhøyde over 20 m	7 mm
Absolutt overhøyde	kurve med blandet trafikk	155 mm
Vindskjevhet	2 m basis	9 mm
Vindskjevhet	9 m basis	32 mm

(a) Avgjør for hver rad om måleverdien er innenfor vedlikeholdsgrensen, overskrider vedlikeholdsgrensen, overskrider tiltaksgrensen eller overskrider den umiddelbare grensen. (b) Identifiser den mest presserende feilen, og forklar hvilket vedlikeholdstiltak som bør planlegges.