17

Vedlikehold av jernbanespor

Kort videoforklaring Se video

En valgfri KI-generert oversikt. Det skriftlige kapitlet er den autoritative kilden.

0:00/–:––

CC 0.75× 1× 1.25× 1.5× 2×

Innhold i kapitlet

17.1 Innledning og grunnlag for vedlikehold

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 og fornyelse krever betydelige løpende utgifter. Bane NORs årsrapport for 2024 [221] oppgir 8,8 milliarder kroner brukt på vedlikehold og fornyelse det året. Infrastrukturens alder, trafikken og miljøbelastningene påvirker behovet for tiltak. Alder alene beskriver ikke tilstanden. Planleggingen omfatter derfor skinner, sviller og ballast sammen med de øvrige anleggsgruppene 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.

Begrepsnøkkel: drainage = drenering; converters = omformere; catenary = kontaktledning; cuttings = skjæringer; line ditch = sidegrøft; bridges/tunnels/level crossings = bruer/tunneler/planoverganger; rails = skinner; embankment = fylling; culverts = stikkrenner; sleepers = sviller.

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.

Den historiske infrastrukturoversikten i Figur 17.2(a) viser hvorfor gamle konstruksjoner fortsatt inngår i vedlikeholdsbehovet. Kurvefordelingen i 17.2(b) bidrar til å forklare hvorfor skinneslitasje og føringskrefter varierer mellom baner. Dette er forelesningens daterte anleggsoversikt, ikke en ny kartlegging av nettet. En gammel bru eller underbygning kan fortsatt være tjenlig, mens en langt yngre skinne eller befestigelse kan kreve tiltak.

(a) Aldersfordeling

(b) Fordeling av kurveradier

Figur 17.2 Alders- og kurvefordeling i forelesningens oversikt.

17.1.1 Vedlikeholdsdefinisjon og inndeling

Vedlikehold omfatter det tekniske arbeidet, administrasjonen og ledelsen som trengs for å bevare eller gjenopprette anleggets nødvendige funksjon. Det omfatter kontroll, feilsøking, planlegging, materialer, sportilgang, gjennomføring og sluttkontroll. Inndelingen i Figur 17.3 skiller mellom forbedringsvedlikehold, forebyggende vedlikehold og korrektivt vedlikehold. Avsnittene nedenfor følger forelesningens rekkefølge: forbedring, korrektivt arbeid og forebyggende arbeid.

Figur 17.3 Taksonomi for vedlikeholdsstrategier.

17.1.2 Forbedringsvedlikehold

Forbedringsvedlikehold øker pålitelighet, presisjon, vedlikeholdbarhet eller sikkerhet, samtidig som den nødvendige funksjonen beholdes. Utskifting til en kompatibel og mer pålitelig komponentversjon er ett eksempel. Endringen krever tilgjengelig og utprøvd teknologi, kontroll av kompatibilitet og nye feilmåter, samt tilstrekkelig kompetanse hos dem som skal drifte og vedlikeholde løsningen. Fornyelse erstatter utslitte anlegg. Forbedring og fornyelse kan gjennomføres samtidig, men begrepene betyr ikke det samme.

17.1.3 Korrektivt vedlikehold

Korrektivt vedlikehold (reaktivt vedlikehold) gjennomføres etter at en feil er påvist eller en komponent har sviktet. Det gjenoppretter funksjonen. For å hindre gjentakelse må også årsaken identifiseres og utbedres. 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.

Akutt korrektivt vedlikehold gjenoppretter funksjonen uten unødvendig opphold. Utsatt korrektivt vedlikehold gir rom for feilsøking, prioritering og planlagte ressurser når risikovurderingen tillater utsettelse. Kostnaden ved driftsstans, pålitelighetskrav og tilgjengelig redundans påvirker valget. Feilsøkingen identifiserer den defekte delen og årsaken før erstatning bestilles og den reparerte funksjonen prøves.

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].

17.1.3.1 Eksempel: 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.

17.1.4 Forebyggende vedlikehold

Forebyggende vedlikehold gjennomføres med forhåndsbestemte intervaller eller når tilstandsindikatorer når definerte grenseverdier, før svikt oppstår. Målet er å bremse nedbrytningen og bevare en akseptabel tilstand. Pakking forbedrer geometrien, men gjør ikke alle komponentene nye igjen. 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.

Forutbestemt vedlikehold følger et tids- eller bruksintervall. Det forutsigbare tidspunktet gjør det lettere å samordne arbeid på samme sted eller med samme utstyr og sportilgang. Tilstandsbasert vedlikehold følger målt nedbrytning og et definert tiltakskriterium. Det kan utnytte mer av komponentens brukbare levetid, men krever pålitelige observasjoner og oppfølging. Prediktive modeller anslår når en grense vil nås. Ikke-prediktive tilstandskontroller vurderer om tiltak allerede er nødvendig. Begge kan bruke kontroll ute i anlegget, og en tilfredsstillende kontroll kan føre til at det ikke utføres noe tiltak.

17.1.5 Fordeler og begrensninger

Tabell 17.1 sammenligner strategiene. Enkel kortsiktig planlegging av korrektivt vedlikehold kan gi uforutsigbare feil, høye langtidskostnader og lite effektiv bruk av utstyr og personell ved akutte tiltak. Forebygging bedrer pålitelighet, planlegging og sikkerhet, men unødvendig arbeid sløser med materialer og arbeidstid og fjerner ikke alle uventede feil. Forbedring kan øke ytelsen og effektiviteten, samtidig som ny teknologi stiller nye kompetansekrav.

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	Bedrer pålitelighet, sikkerhet eller vedlikeholdbarhet og bevarer den nødvendige funksjonen.	Krever kontroll av kompatibilitet, investeringer og kompetanse på det endrede utstyret.

Tabell 17.1 Fordeler og begrensninger ved vanlige vedlikeholdsstrategier for jernbanen.

17.1.6 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) med intervaller fastsatt i det aktuelle forebyggende vedlikeholdsprogrammet.

• 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.

17.1.7 Badekarkurven og nedbrytning av anlegg

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 17.4 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 kurven i figur 17.4 illustrerer den samlede virkningen av disse tre mekanismene. Den forklarer hvorfor nylig forstyrret spor, modent spor og utslitte komponenter krever forskjellige kontroll- og vedlikeholdstiltak.

Figur 17.4 Badekarkurve med tidlige feil, konstante tilfeldige feil og utslitingsfeil over driftstiden.

Den samme tankegangen kan brukes på to tidsskalaer. Reparasjon eller utskifting av én komponent starter dens lokale forløp på nytt, mens systemet rundt fortsetter å eldes. Komponentrettet vedlikehold, levetidsforlengelse og tiltak mot akselerert nedbrytning inngår derfor i en lengre fornyelsessyklus. En lokal forbedring nullstiller ikke alderen eller tilstanden til hele sporsystemet.

17.1.8 Nedbrytningsforløpet

Figur 17.5 følger nedbrytningen gjennom (1) skinnen, (2) befestigelsen, (3) svillen, (4) ballasten og (5) underbygningen. Ubehandlede ujevnheter på skinneoverflaten øker de dynamiske lastene. Tilleggskreftene føres gjennom befestigelsen og svillen til ballasten og bidrar til knusing og setninger. Gjentatt bevegelse og vann kan deretter pumpe finstoff opp i ballasten og svekke underbygningen. Tidlig utbedring er viktig fordi feilen kan spre seg utover komponenten der den først oppsto.

Figur 17.5 Spredning av nedbrytning gjennom sporkonstruksjonen.

17.2 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 17.6 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 17.6 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].

I Figur 17.7 markerer 1 kjøreretningen, 2 kjøreflaten og 3 sporets koordinatsystem. x-aksen følger sporet, y går på tvers og z står normalt på kjøreflaten. Ujevnheter i høyde og side er relative avvik i disse aksene. Referanselinjen glattes over en lengde tilpasset bølgelengdeområdet og velges ikke som en vilkårlig rett linje. Forelesningen skiller mellom D1 (3–25 m), D2 (25–70 m) og et lengre D3-område for vurdering ved høy hastighet.

Figur 17.7 Sporets koordinatsystem.

17.2.1 Kvalitetsklasser og grensenivåer

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.

Tabellene gjengir de ordinære radene for kvalitetsklassene. Gjeldende Bane NOR-regelverk [50] har også strekningsspesifikke bestemmelser: Flere kontroller bruker Q3 for overbygningsklassen Ofotbanen, og en egen sporviddetabell gjelder ved de angitte tungtransportbetingelsene på Ofotbanen og Gullsmedvik–Ørtfjell. Sporviddetoleranser for nytt spor gjelder målevognsmåling i trafikkklart spor, ikke manuell måling før justering. Regelverket skiller også mellom oppfølging av for stor og for liten sporvidde.

En strek i D2-tabellene nedenfor betyr at tabellen ikke oppgir en verdi for den aktuelle kvalitetsklassen. Verdier i en sammenslått eller forenklet forelesningstabell skal ikke utvides til andre klasser uten kontroll mot gjeldende regelverk.

17.2.2 Sporvidde

Sporvidden er avstanden mellom skinnenes innside. I standarddefinisjonen for vedlikehold måles den ved sporviddepunktet under kjøreflaten, ikke over toppen av skinnehodet. I figur 17.8 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.

Figur 17.8 Sporvidde G målt ved l_p = 14 mm under skinneoverkant.

Figur 17.9 viser hvorfor målepunktene ikke nødvendigvis ligger like dypt på slitte skinnehoder. Forelesningens EN-definisjon vurderer minste normalavstand i høydeintervallet 0–14 mm på skinnehodet. For den norske vedlikeholdskontrollen angir Bane NOR måling 14 mm under sporplan. Nominell sporvidde er 1435 mm. Designsporvidden på 1437 mm ved produksjon av nye sviller er en annen referanse og skal ikke erstatte grunnverdien i avvikstabellene.

Figur 17.9 Sporviddemåling ved slitte skinnehoder.

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.

Profilene i Figur 17.10 viser avskalling, rullekontaktutmattingssprekker, plastisk flyt og kjørekantslitasje. De stiplede opprinnelige konturene viser at slitasjen endrer både kjørekanten og skinnehodets form. Skinnevridning, svake befestigelser og dårlig svilleopplagring kan øke det målte sporviddeavviket. Manuelle kontaktmålinger i ubelastet spor og optiske målinger under en målevogn må derfor ha et oppgitt målegrunnlag.

Figur 17.10 Slitasje og deformasjon av skinnehodet.

Figur 17.11(a) og 17.11(b) viser maskinmontert og håndført sliping. Sliping kan rette en egnet feil i skinneprofilet, men kan verken gjenopprette sporvidden ved svikt i sviller eller befestigelser eller erstatte metall som er slitt bort. Slike forhold krever justering eller komponentutskifting. For stor og for liten sporvidde, og variasjoner i sporvidden, påvirker kjøretøyføringen ulikt og kan gi ustabil gange og i alvorlige tilfeller avsporing.

(a) Slipenhet på skinnegående maskin

(b) Håndført skinneslipemaskin

Figur 17.11 Slipemetoder for å gjenopprette skinnehodets form.

17.2.3 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 17.12 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 17.12 Ujevnheter i høyde, kalt langhøyde i EN 13848, som vertikalt avvik fra en referanselinje.

Figur 17.13(a) viser målekurvene for venstre og høyre skinne hver for seg. L og R angir skinnestrengen, og L3–25 angir det viste bølgelengdeområdet. Opplagringsfeilen i 17.13(b) viser den fysiske motsvarigheten til en målekurve. Skissen av inertialreferansen i 17.13(c) skiller bevegelsen til målekroppen fra referansesystemet som brukes til å beregne geometrien. Målevogner kan bruke inertialmåling, pilhøydemåling eller en kombinasjon. En asymmetrisk korde gir bedre respons i det aktuelle bølgelengdeområdet.

(a) Målekurver for venstre og høyre skinne

(b) Ujevn høydebeliggenhet

(c) Inertialreferanse

Figur 17.13 Høydefeilkurver og målereferanse.

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.

Den ensidige høydefeilen i Figur 17.14(a) endrer overhøyden langs sporet og kan dermed gi vindskjevhet. En felles høydeendring på begge skinner påvirker hjulavlastningen annerledes, men kan fortsatt gi store dynamiske laster. Maskinen i 17.14(b) løfter og retter sporet og pakker svilleopplagringen. Gjentatte feil krever undersøkelse av opplagring og drenering, ikke bare en ny justeringsrunde.

(a) Feil over en lengde på 10 m

(b) Sporjusteringsmaskin

Figur 17.14 Ensidig høydefeil og maskinell utbedring.

17.2.4 Ujevnheter i side og pilhøydefeil

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 17.15. Ved vedlikehold vurderes avviket innenfor det aktuelle bølgelengdeområdet, slik at grensen er mye strengere enn et visuelt anslag av spormidtlinjen kan tyde på.

Figur 17.15 Horisontalgeometri som sideavvik fra en referanselinje; EN 13848 bruker betegnelsen sidebeliggenhet.

Sporene i Figur 17.16(a) og 17.16(b) illustrerer sideforskyvning, men et fotografi bestemmer ikke feilens tallverdi. Den manuelle kontrollen i 17.16(c) bruker kordegeometrien i 17.16(d). En 10 m korde spennes langs skinnen, og avstanden ved midten er pilhøyden. I en prosjektert kurve må tilsiktet pilhøyde skilles fra pilhøydefeilen. Filtreringen i en målevogn og en manuell korde har ikke automatisk samme bølgelengderespons.

(a) Tydelig sideujevnhet

(b) Sideforskyvning av sporet

(c) Manuell måling

(d) 10 m korde og pilhøyde

Figur 17.16 Sidefeil og manuell pilhøydemåling.

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.

17.2.5 Overhøyde og ujevnheter i overhøyden

Overhøyde er høydeforskjellen mellom de to skinnene i et tverrsnitt. I vedlikeholdsdata er ujevnheter i overhøyde lokale avvik fra tiltenkt eller gjennomsnittlig overhøyde. Figur 17.17 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 17.17 Definisjon av overhøyde som høydeforskjellen mellom de to kjøreskinnene; EN 13848 bruker også betegnelsen tverrhøyde.

Originalregistreringen i Figur 17.18(a) bruker «Cant» for overhøyde. Variasjonen må sammenlignes med riktig referanse og må ikke forveksles med en konstant prosjektert overhøyde. Figur 17.18(b) illustrerer ujevn opplagring i sporet. Utførelsesfeil, ulike setninger og svak opprinnelig opplagring kan endre overhøyden. Vater eller sporviddemål med overhøydemåling brukes til lokal oppfølging av målekurven.

(a) Registrert overhøyde

(b) Ujevn skinneopplagring

Figur 17.18 Overhøydekurve og eksempel fra sporet.

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.

17.2.5.1 Absolutt overhøyde og konsekvenser

Den absolutte overhøyden er den samme fysiske høydeforskjellen mellom skinnene, men lest som den planlagte helningen i en kurve. Figur 17.17 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.

17.2.6 Vindskjevhet

Vindskjevhet er endringen i overhøyde over en angitt målebasis. Figur 17.19 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 17.19 Vindskjevhet som endring i overhøyden over en målebasis.

Figur 17.20(a) knytter overhøydemålingene til avstanden mellom dem. I 17.20(b) gir avstandene 2 + 2 + 2 + 2 + 1 m en samlet målebasis på 9 m. De fire første 2 m-parene og endepunktene på 9 m kan vurderes på sine respektive basiser. Den siste forskjellen over 1 m skal ikke sammenlignes direkte med en 2 m-grense. Skissen i 17.20(c) viser hjulavlastningen. N = 0 angir at hjullasten er borte, og R angir kurveradien.

Skriv overhøydeforskjellen som \(\Delta h=h(x)-h(x-b)\) i millimeter. Når \(b\) settes inn i meter, får vindskjevhetsgradienten \(g=\Delta h/b\) enheten mm/m. Bane NORs 2 m- og 9 m-tabeller nedenfor angir overhøydeforskjeller i millimeter. En gradient må derfor omregnes til riktig målebasis før sammenligning.

(a) Endring i overhøyde over målebasis

(b) Måleoppsettet 2–2–2–2–1 m

(c) Hjulavlastning i en overgangskurve

Figur 17.20 Vindskjevhet, målebasis og hjulavlastning.

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].

For ubelastet spor krever Bane NOR at vindskjevheten ikke overskrider tiltaksgrensen [50]. Denne grensen regnes dermed som umiddelbargrense. I en overhøyderampe omfatter kontrollen mot tiltaksgrensen både tilsiktet rampestigning og utilsiktede avvik. Grensen for nyjustert spor gjelder utilsiktede avvik fra den planlagte rampen.

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.

Figur 17.21 illustrerer hvor alvorlig en avsporing kan bli. At bildet brukes i avsnittet om vindskjevhet, dokumenterer ikke årsaken til akkurat denne ulykken. Den tekniske sammenhengen er hjulavlastningen i skissen ovenfor, som kan øke faren for flenseklatring. Utbedringen må fjerne både geometrifeilen og årsaken i opplagringen, og sporet må kontrolleres før det tas i bruk igjen.

Figur 17.21 Avsporingsfoto brukt for å drøfte konsekvenser av vindskjevhet.

17.3 Tilstandskontroll av sporet

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 17.22 knytter en feltmåling til sporkomponenten og den digitale registreringen. Observasjonen må beholde posisjon og komponentidentitet dersom den skal brukes til oppfølgende inspeksjon eller en vedlikeholdsordre.

Figur 17.22 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 17.2: 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.

17.3.1 Kontrollens formål og målevogn

Kontrollen fastslår tilstanden, viser hvor og når utbedring trengs, og verifiserer det ferdige arbeidet. Figur 17.23(a) viser ROGER 1000, som brukes som eksempel i forelesningen. 17.23(b) viser lokal måling. Målevognen kombinerer optiske geometrimålinger med inertialsensorer som akselerometre, gyroskoper og inklinometre. Forelesningen beskriver selvkjørende drift i 160 km/h og registrering av geometri med 0,5 m mellomrom. Dette gir tettliggende observasjoner, men garanterer ikke at alle feil blir oppdaget. Feltkontroll og kontroll av skinnefeil gir supplerende informasjon.

(a) ROGER 1000

(b) Lokal kontroll og måling

Figur 17.23 Kontinuerlig registrering og lokal kontroll.

17.3.2 Måledokumentasjon og oppfølging

Originaldiagrammet i Figur 17.24 samler flere målinger langs en felles avstandsakse. En mulig feil må leses sammen med nabokurvene, og sted, type, størrelse og lengde skal følge feilen inn i arbeidslisten. Målevognresultatene omfatter parameterdiagrammer, lister over alvorlige feil og kvalitetsoversikter. Forelesningen beskriver også kontaktledningskontroll, måling av kortbølgede ujevnheter på skinnehodet og fotografisk dokumentasjon med 20 m mellomrom. Resultatene svarer på ulike spørsmål og må knyttes til samme sted. Sammenligning av målekjøringer og kontroll av det reparerte stedet fullfører oppfølgingen.

Figur 17.24 Originalt målediagram med flere parametere.

17.3.3 Kontrollhyppighet

Kontrollhyppigheten fastsettes gjennom det aktuelle forebyggende vedlikeholdsprogrammet og de generiske arbeidsrutinene. Strekningshastighet, trafikkbelastning, systemene som kontrolleres, og konsekvensen av svikt må inngå. Oppfølgingen må skjerpes når nedbrytning, vær eller nylig arbeid reduserer marginen til en tiltaksgrense. Den gamle hastighetsbaserte K0–K5-tabellen som er merket «Outdated» i forelesningen, er ikke en gjeldende kontrollplan. Kvalitetsklassene Q0–Q5 må holdes atskilt fra kvalitetstallet K.

17.3.4 Kvalitetsindeks og beregning av K-tall

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 utvalgsstandardavviket (for \(n>1\))

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

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].

Figur 17.25 viser to geometrisignaler med omtrent samme middelverdi, men ulik ujevnhet. Den mørke kurven har størst standardavvik. Sammenlign signaler med samme vurderingslengde og bølgelengdeområde: Et gjennomsnitt for strekningen kan skjule betydelige lokale variasjoner.

Figur 17.25 Variasjon i sporgeometri rundt middelverdien.

Bane NORs kvalitetstabell bruker følgende kontroller av standardavvik:

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

Bane NOR beskriver samvirkning som en vektorkombinasjon av horisontalgeometri og overhøyde [50], bestemt ved målevognskjøring. Standardavviket må hentes fra den godkjente behandlingen av måledata. De to separate standardavvikene definerer ikke alene det sammensatte signalet. Hvis man for eksempel definerer en lineær kombinasjon som \(S=c_RR+c_PP\), blir variansen

\[ \sigma_S^2=c_R^2\sigma_R^2+c_P^2\sigma_P^2+2c_Rc_P\operatorname{Cov}(R,P). \]

Bare ved enhetskoeffisienter og null kovarians reduseres dette til kvadratroten av summen av kvadratene. Nedenfor brukes \(\sigma_{RP}^{*}=\sqrt{\sigma_R^2+\sigma_P^2}\) som en illustrativ sammenligningsindikator, ikke som den foreskrevne beregningen av Bane NORs samvirke. Generelle TQI-metoder kombinerer også standardavvik som en vektet sum eller et samlet mål,

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

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 \(N\) ikke-overlappende intervaller for lengdeberegningen, lar vi \(\ell_{\mathrm{OK},r}\) være lengden i intervall \(r\) 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].

17.3.4.1 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 illustrative måledata. 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	\(\boldsymbol{\sigma_H}\)	\(\boldsymbol{\sigma_R}\)	\(\boldsymbol{\sigma_P}\)	\(\boldsymbol{\sigma_S}\)
0–200 m	1,10	0,80	0,50	0,94
200–400 m	1,35	1,05	0,70	1,26
400–600 m	1,70	1,40	0,90	1,66
600–800 m	1,20	1,10	0,72	1,31
800–1000 m	1,30	0,90	0,60	1,08

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

Tabellen oppgir alle fire størrelser, inkludert \(\sigma_S\), som illustrative måleresultater. Den separate sammenligningsindikatoren beregnes som

\[ \sigma_{RP}^{*}=\sqrt{\sigma_R^2+\sigma_P^2}. \]

For vinduet 400–600 m i tabell 17.15 blir dette

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

For de valgte eksempeldataene er indikatoren tilfeldigvis lik den oppgitte \(\sigma_S\) etter avrunding. Denne likheten forutsettes ikke i virkelige målinger. De fem faste vinduene på 200 m forenkler oppgaven; operativ vurdering bruker den foreskrevne behandlingen med glidende vindu.

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.

17.3.5 Kontroll av beliggenhet og samlet tilstand

De fem geometriparameterne beskriver den relative sporgeometrien. Kvalitetstallet gir en oppsummering for en strekning, mens kontroll av absolutt beliggenhet sammenligner sporet med skal-beliggenheten i et ytre referansesystem. Dette må vurderes sammen med komponenttilstanden og driftsytelsen. Et høyt K-tall godkjenner ikke automatisk hver sville, befestigelse, dreneringsinstallasjon eller sporets absolutte beliggenhet. Tabellene nedenfor beholder kapitlets beliggenhetskontroller.

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 Vedlikehold av sporet

Forelesningen går fra vurdering til tiltak: omtrentlige sykluser, sporjustering, sliping, ballastrensing, komponentutskifting og driftsutfordringer. Tiltaket velges ut fra målt feil og årsak, før ressurser, sportilgang og sluttkontroll planlegges.

17.4.1 Omtrentlige vedlikeholdssykluser

Tabell 17.19 gir veiledende vedlikeholds- og fornyelsessykluser fra jernbanens vedlikeholdslitteratur for en intensivt trafikkert hovedbane. De to kolonnene gir uavhengige illustrative intervaller fra ulike driftsforhold. De er ikke omregninger av hverandre ved én felles årlig tonnasje og 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.

17.4.2 Sporjustering og stabilisering

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.

Aggregatet i Figur 17.26(a) arbeider rundt svillene. Prinsippet i 17.26(b) viser den etterfølgende stabiliseringen. Vertikallast og horisontal vibrasjon komprimerer den forstyrrede ballaststrukturen. Forelesningen nevner en mulig reduksjon i motstand på opptil 40 % etter forstyrrelsen. Dette illustrerer følsomheten og er ikke en universell dimensjoneringsfaktor eller automatisk regel for trafikkåpning. Nødvendig stabilitet, ballastprofil, temperaturkontroll og eventuelle trafikkrestriksjoner må kontrolleres for det konkrete arbeidet.

(a) Pakkeaggregat

(b) Dynamisk stabilisering

Figur 17.26 Pakkeaggregat og dynamisk sporstabilisering.

17.4.3 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 17.27 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.

(a) Før sliping

(b) Etter sliping

(c) Sliping i arbeid

Figur 17.27 Målt tilstand før og etter sliping.

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.

Sammenlign de samme kanalene i 17.27(a) og 17.27(b). Målesignalet for skinneoverflaten er langt jevnere etter tiltaket. Fotografiet i 17.27(c) viser materialfjerningen under arbeidet. Originalregistreringene beholder aksene og kanalbetegnelsene, slik at måledokumentasjonen ikke erstattes av en illustrert kurve.

Figur 17.28(a) viser ujevnheten som behandles med maskinen i 17.28(b). Forelesningen skiller mellom mikrobølger (30–80 mm), korte bølger (80–300 mm) og lange bølger (300–3000 mm), med eksempler på største dybde på henholdsvis 0,5, 1,2 og 5,0 mm. Dette er forelesningens feileksempler, ikke foreskrevet slipedybde. Mindre ruhet kan redusere dynamiske laster, støy og vibrasjoner og begrense skade andre steder i sporet. En dyp feil krever fortsatt vurdering av skinnefeil og gjenværende tverrsnitt før utbedringsmetode velges.

(a) Rifler på skinneoverflaten

(b) Skinneslipemaskin

Figur 17.28 Skinne med rifler og skinneslipemaskin.

17.4.4 Ballastrensing og fornyelse

Som beskrevet i kapittel 3 forurenses ballasten gradvis av nedbrytning av partikler, svilleslitasje og pumping fra underbygningen. Forurensningen svekker dreneringen og lastfordelingen. Et tallfestet kriterium må angi sikt og prøvetakingsmetode. Forelesningens eksempel med 22,4 mm sikt er forklart nedenfor.

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.

Figur 17.29(a) viser rensemaskinen. De tre tilfellene i 17.29(b) sammenligner tilstrekkelig ren ballast, for lite ballasttykkelse og forurenset ballast. Rensing hjelper bare når også tykkelse, drenering og underbygning er tilfredsstillende. I 17.29(c) løfter gravekjeden materialet til sikte- og transportanlegget. Forelesningen beskriver utgraving minst 25 cm under svillen og et sikteeksempel der partikler under 35 mm fjernes før grovt materiale føres tilbake. Sikten for å vurdere forurensning i en prøve og maskinens utskillingssikt har ulike formål.

(a) Ballastrensemaskin

(b) Rent, tynt og forurenset ballastlag

(c) Grave- og transportoppsett

Figur 17.29 Utstyr for ballastrensing og lastfordeling.

Transportvognene i Figur 17.30(a) fører masser gjennom arbeidstoget og gir bufferkapasitet mens fulle vogner kjøres til deponi. Vognkapasitet, transporttid og tilgang til deponi kan bestemme framdriften selv om rensemaskinen har ledig kapasitet. Forelesningen oppgir omtrent 1,5 t uren ballast per meter, maskinkapasitet på opptil 1000 m³/h og vognkapasiteter på 65–100 t som utstyrseksempler, ikke garantert produksjon på stedet.

Figur 17.30(b) beholder det originale sikteplottet for 32/50-ballast. Det blå feltet markerer et rensekriterium basert på andelen som passerer en rektangulær sikt på 22,4 mm. Forelesningen angir mer enn 30 % som renseutløsende og mer enn 40 % som tiltaksbehov. Prosentene gjelder denne prøvingen, ikke en uspesifisert «finstoffandel». Registrer sikt, prøvetaking og massegrunnlag før prøven sammenlignes med kriteriet, og kontroller gjeldende prosjektkrav.

(a) Transportvogner med båndtransportør

(b) Korngradering og rensekriterium

Figur 17.30 Ballasttransport og forelesningens sikteeksempel.

17.4.5 Komponentutskifting

Figur 17.31(a) viser manglende befestigelsesdeler. Uten tilstrekkelig fastholdelse kan skinnen bevege seg og sporvidden endres under last. Det forskjøvede mellomlegget og opplagringsproblemet i 17.31(b), og feilen ved isolator eller mellomlegg i 17.31(c), påvirker skinneleiet og løses ikke bare ved å rette den synlige geometrien. Ballastmangelen ved stikkrennen i 17.31(d) krever kontroll av opplagring og drenering før tilbakeføring. Registrer komponent, omfang, nabotilstand og funksjonskonsekvens før lokal utskifting eller større fornyelse velges.

(a) Manglende befestigelsesdeler

(b) Forskjøvet mellomlegg og bevegelig sville

(c) Forskjøvet mellomlegg og manglende isolator

(d) Ballastmangel ved en stikkrenne

Figur 17.31 Feil i befestigelse, mellomlegg og ballast.

Feilen på skinneoverflaten i Figur 17.32(a) må klassifiseres før sliping eller skinneutskifting velges. Et fotografi bestemmer ikke sprekkdybden. Stikkrenneovergangen i 17.32(b) kan gi ulik stivhet og gjentatt svillebevegelse. Figur 17.32(c) viser en brukket sville og 17.32(d) et skadet drensrør. Svilleutskifting uten gjenopprettet opplagring, eller geometriutbedring uten korrigert vannavrenning, kan la skademekanismen bestå.

(a) Feil på skinneoverflaten

(b) Stivhetsovergang ved en stikkrenne

(c) Brukket sville

(d) Ødelagt drensrør

Figur 17.32 Feil i skinne, opplagring, sville og drenering.

17.4.6 Driftsutfordringer

Stikkrennen og grøften i Figur 17.33(a) og 17.33(b) viser hvordan vegetasjon, avsetninger og utilstrekkelige vannveier kan svekke dreneringen. Vann i sporkonstruksjonen fremmer setninger, ballastforurensning og frostproblemer. Isen i 17.33(c) og 17.33(d) kan innskrenke profilet, hindre utstyr eller endre den lokale opplagringen. Tiltaket må håndtere vannkilden og sikker tilgang, i tillegg til å fjerne den umiddelbare hindringen. Kontroll før kraftig nedbør, frost eller tining kan hindre at et lite dreneringsproblem gir driftsstans.

(a) Blokkert stikkrenne

(b) Gjengrodd eller blokkert grøft

(c) Is ved sporet

(d) Is rundt skinnen

Figur 17.33 Blokkert drenering og is ved sporet.

Figur 17.34 utvider vintervedlikeholdet til mer enn skinnene. Det snødekte stedet til venstre illustrerer begrenset tilgang og sikt. De nedisede konstruksjonene og kommunikasjonsinstallasjonene viser hvorfor vedlikeholdet må samordnes mellom spor, elkraft og tele. Dette er historiske bilder av påvirkningsmekanismer, ikke en rapport om dagens feil på de avbildede stedene.

Figur 17.34 Vinterpåkjenning på jernbaneinfrastruktur.

17.5 Spenningskontroll og nøytralisering av 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].

17.5.1 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.

17.5.2 Prosedyre for nøytralisering

Nøytralisering av skinner gjenoppretter nøytraltemperaturen til prosjektert verdi. Følgende prinsipielle rekkefølge forklarer mekanikken. Arbeidet skal følge Bane NORs godkjente prosedyre, med kontroll av temperatur, lengde, friksjonsavlastning, befestigelse og sveising [11, 68]:

1. 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.

2. 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.

3. Fest på nytt: Når skinnen har riktig lengde (og dermed null spenning ved \(T_n\)), festes skinnen i den rekkefølgen den godkjente nøytraliseringsmetoden krever.

4. 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

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

(17.1)

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.

17.5.3 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).

17.6 Skinnesmøring

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

17.6.1 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.

17.6.2 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.

17.6.3 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.

17.7 Kapittelsammendrag

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 17.2, 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. De illustrative dataene gir standardavvik for vertikalgeometri \(\sigma_H\), overhøyde \(\sigma_R\), horisontalgeometri \(\sigma_P\) og samvirkning \(\sigma_S\). Bruk Q2-grensene i tabell 17.13 og formelen

\[ \sigma_{RP}^{*}=\sqrt{\sigma_R^2+\sigma_P^2} \]

til å danne en separat sammenligningsindikator. Bruk de oppgitte \(\sigma_S\)-verdiene ved vurderingen av K-tallet.

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

Vindu	\(\boldsymbol{\sigma_H}\)	\(\boldsymbol{\sigma_R}\)	\(\boldsymbol{\sigma_P}\)	\(\boldsymbol{\sigma_S}\)
0–200 m	1,10	0,85	0,55	1,01
200–400 m	1,38	1,18	0,73	1,39
400–600 m	1,60	1,30	0,85	1,55
600–800 m	1,42	1,00	0,60	1,17
800–1000 m	1,20	0,90	0,70	1,14

(a) Beregn \(\sigma_{RP}^{*}\) for hvert vindu, og forklar hvorfor den generelt ikke kan erstatte målt \(\sigma_S\). (b) Beregn den normaliserte sammenligningsindeksen \(\mathrm{TQI}_{\mathrm{norm}}\) for vinduet 400–600 m med TQI-uttrykket i avsnitt 17.3.4. (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 17.2 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.