Fundamenty palowe w budowie i przebudowie
Transkrypt
Fundamenty palowe w budowie i przebudowie
Henryk Jakszuk, Przemys³aw Nowak Fundamenty palowe w budowie i przebudowie sieci trakcyjnej Fot. 3. Wyd³u¿one przês³a naprê¿enia budowano stosuj¹c fundamenty palowe na nastêpuj¹cych odcinkach linii kolejowych: l E20 na odcinku Szczaniec – Kunowice oraz Warszawa – Miñsk Mazowiecki, l E30 na odcinku Opole – Wroc³aw – Legnica, l E65 na odcinkach: Psary – Góra W³odowska, stacja Psary oraz Ochodza – Zebrzydowice – granica pañstwa, l E59 na odcinku Wroc³aw Osobowice – Oborniki Œl., l linia nr 1 Warszawa – Katowice na odcinkach: P³yæwia – Koluszki, Piotrków Trybunalski – Radomsko oraz Pruszków – Grodzisk. Opracowano, zbadano i przekazano do eksploatacji wyd³u¿one przês³a naprê¿enia (fot. 3) kolejowej sieci trakcyjnej na du¿e prêdkoœci do 250 km/h z zastosowaniem fundamentów palowych. Eksploatacja tych przêse³ (miêdzy innymi na linii E65, na odcinku Psary – Góra W³odowska) wykaza³a poprawn¹ ich pracê przy du¿ym natê¿eniu ruchu i du¿ej szybkoœci. Upowszechnienie nowej technologii pozwoli szybciej, lepiej i taniej budowaæ i modernizowaæ sieæ trakcyjn¹. Fundamenty palowe mo¿na stosowaæ do budowy i przebudowy sieci trakcyjnej kolejowej oraz tramwajowej. Na odpowiednich fundamentach palowych mo¿na równie¿ ustawiaæ znaki i sygna³y (np. semafory) bez destabilizacji torów. Z biegiem czasu wyniknie koniecznoœæ przebudowy coraz d³u¿szych odcinków sieci trakcyjnej. W tym przypadku wydaje siê celowe, aby opisana technologia stosowana by³a w szerszym zakresie, zapewniaj¹c w³aœciwy poziom jakoœci i wydajnoœci prac fundamentowych. O tym powinny zadecydowaæ plany biznesowe oraz potrzeby wynikaj¹ce z koniecznoœci budowy i przebudowy sieci trakcyjnej, poniewa¿ sieæ trakcyjna, zbudowana na fundamentach palowych i maj¹ca dobrze zabezpieczone przed korozj¹ konstrukcje wsporcze, powinna pracowaæ bezawaryjnie nawet 50 lat przy planowych wymianach przewodów jezdnych, lin noœnych i osprzêtu. q Literatura [1] Wach A.: Ogólne cechy obwodów powrotnych systemu zasilania trakcji elektrycznej 3 kV eksploatowanego przez PKP. II Miêdzynarodowa Konferencja Naukowa – Wspó³czesne systemy zasilania i napêdu pojazdów trakcyjnych (materia³y konferencyjne) Warszawa 1995. [2] Rejmer M., Wincenciuk K.: Zagro¿enia korozyjne metalowych konstrukcji podziemnych w pobli¿u linii kolejowych o profilu górskim. VII Konferencja Naukowa Trakcji Elektrycznej. SEMTRAK ’96 – Zakopane 1996. [3] Roman Z.: Nowoczesne rozwi¹zania systemów trakcji elektrycznej dla warunków du¿ych prêdkoœci. IV Miêdzynarodowa Konferencja Naukowa. Warszawa 1999. [4] Szel¹g A.: Kryteria i standardy techniczne w projektowaniu elektrycznego uk³adu zasilania pr¹du sta³ego zelektryfikowanej linii kolejowej. IV Miêdzynarodowa Konferencja Naukowa. Warszawa 1999. [5] Kaniewski M.: Ocena wspó³pracy odbieraków pr¹du z sieci¹ trakcyjn¹ i ich konstrukcji na podstawie karty UIC i Norm Eropejskich. VII Sympozjum Stowarzyszenia Elektryków Polskich CNTK Warszawa 2000. AARSLEFF Sp. z o.o. 02-830 Warszawa, ul. Lambady 6, tel. (22) 648 88 35, fax (22) 648 88 36, e-mail: [email protected] Elektryfikacja linii kolejowych w Polsce siêga 1936 r. Obecnie jest zelektryfikowanych ponad 11 tys. km linii kolejowych systemem pr¹du sta³ego 3 kV. Trakcja elektryczna ma pierwszorzêdne znaczenie w realizacji zadañ przewozowych. Obecnie w Polsce zelektryfikowano blisko 50% ca³kowitej d³ugoœci linii normalnotorowych, natomiast udzia³ trakcji elektrycznej w pracy przewozowej wynosi ponad 90%. Zelektryfikowane s¹ niemal wszystkie podstawowe ci¹gi przewozowe i linie o wiêkszym znaczeniu. S¹ jednak na PKP odcinki linii, które nale¿a³oby zelektryfikowaæ, w celu zamkniêcia ci¹gów komunikacyjnych obs³ugiwanych trakcj¹ elektryczn¹. Spowodowa³oby to likwidacjê zmiany trakcji na pocz¹tku i na koñcu ka¿dego z tych odcinków. Podstawowym elementem zelektryfikowanej linii jest sieæ trakcyjna, która jest elementem bezrezerwowym. Dlatego te¿ zak³ócenia w pracy urz¹dzeñ sieci gro¿¹ powa¿nymi zaburzeniami ruchu kolejowego. St¹d bierze siê wymóg wysokiej niezawodnoœci stawiany tym urz¹dzeniom. Przyjêty system zasilania 3 kV pr¹du sta³ego jest w przedsiêbiorstwie PKP stosowany na ca³ej sieci. Projektowanie i budowa sieci trakcyjnej by³y realizowane na bazie doœwiadczeñ i technologii zarz¹dów kolejowych, które mia³y ju¿ du¿e osi¹gniêcia w tym zakresie. Niema³y udzia³ w tych doœwiadczeniach mia³y zarz¹dy kolei brytyjskiej, niemieckiej i szwedzkiej. Podstawowe, pierwsze projekty sieci trakcyjnej w Polsce by³y wykonywane na bazie doœwiadczeñ kolei brytyjskich. Wp³yw takich rozwi¹zañ konstrukcyjnych sieci pozosta³ w Polsce na wiele lat. Aby przyst¹piæ do projektowania i budowy sieci nale¿y dok³adnie znaæ miejsce docelowego po³o¿enia toru kolejowego. Konstrukcje wsporcze sieci trakcyjnej ustawia siê w okreœlonej odleg³oœci od osi toru. Zale¿y to od dopuszczalnej prêdkoœci poci¹gów na danej linii. Odleg³oœæ miêdzy konstrukcjami zale¿y od rodzaju sieci trakcyjnej, a wiêc od jej parametrów, jak równie¿ od prêdkoœci, na jak¹ jest zaprojektowana ta sieæ. Im ta prêdkoœæ jest wiêksza, tym odleg³oœci miêdzy konstrukcjami powinny byæ mniejsze. Fundamenty wykonywane metod¹ tradycyjn¹ Konstrukcje wsporcze sieci trakcyjnej s¹ ustawiane na fundamentach. Aby ustawiæ konstrukcjê wsporcz¹ przy torze nale¿y wykonaæ wykop pod fundament. Przy budowie fundamentów metod¹ tradycyjn¹ wykopy te zazwyczaj wykonywane s¹ za pomoc¹ koparki lub rêcznie. W miejscu ustawienia konstrukcji wsporczej budowano fundamenty wylewane z betonu, czyli tzw. fundamenty wykonywane „na mokro”. Wielkoœæ fundamentu by³a zale¿na od rodzaju konstrukcji wsporczej, naci¹gów w sieci jezdnej, a tak¿e momentów gn¹cych, dzia³aj¹cych na konstrukcjê. Nadmiar ziemi pochodz¹cej z wykopu by³ ³adowany na platformy kolejowe i wywo¿ony lub plantowany na miejscu, co w kon- sekwencji prowadzi³o do zanieczyszczenia t³ucznia. Czas wykonywania fundamentu – ³¹cznie z oczekiwaniem na wi¹zanie betonu – by³ bardzo d³ugi, co znacznie wyd³u¿a³o czas budowy sieci trakcyjnej. Niewiele pomaga³o zastosowanie zmechanizowanego poci¹gu do wylewania fundamentów, gdy¿ nie mo¿na by³o skróciæ okreœlonego czasu wi¹zania betonu. Sytuacja poprawi³a siê nieco w przypadku stosowania gotowych fundamentów prefabrykowanych. Zawsze jednak pozostawa³ problem wywozu nadmiaru ziemi z wykopu oraz czasu, niezbêdnego na wykonanie wykopu za pomoc¹ sprzêtu zmechanizowanego. Przy tych pracach konieczne by³o zamykanie toru kolejowego dla ruchu poci¹gów na d³ugi czas. Najwiêkszym problemem podczas wykonywania fundamentów by³a destabilizacja toru kolejowego spowodowana robotami ziemnymi w pobli¿u toru, co w konsekwencji prowadzi³o do pogorszenia pracy toru i zwiêkszenia kosztów zwi¹zanych z jego utrzymaniem. Aktualnie w Polsce eksploatowanych jest ponad 25 tys. tkm sieci trakcyjnej, która by³a budowana w ró¿nych okresach. Na wielu liniach wiek sieci przekracza 20, 30, a nawet 40 lat. Fundamenty wykonywane w tamtych latach s¹ technicznie zu¿yte przez dzia³anie takich czynników, jak wody gruntowe, erozja betonu, pr¹dy b³¹dz¹ce, pochodz¹ce od pr¹du sta³ego oraz dzia³ania nadmiernej wilgoci, zw³aszcza w górnych miejscach fundamentów na styku z konstrukcj¹ wsporcz¹. Nowa technologia budowy fundamentów Z uwagi na wskazane niedogodnoœci, wi¹¿¹ce siê z zastosowaniem tradycyjnej technologii wykonywania fundamentów dla sieci trakcyjnej, w zarz¹dach kolei duñskich, niemieckich, w³oskich i szwedzkich w ostatnich 20 latach rozpoczêto wdra¿aæ nowe metody wykonywania fundamentów dla systemów pr¹du przemiennego i sta³ego. Technologie te dla pr¹du przemiennego i sta³ego zasadniczo ró¿ni¹ siê z uwagi chocia¿by na odizolowanie konstrukcji wsporczej od fundamentu w systemie pr¹du sta³ego. Szukaj¹c ³atwiejszych, szybszych i jednoczeœnie lepszych metod budowy fundamentów dla posadowienia konstrukcji wsporczych sieci trakcyjnej, specjaliœci z przedsiêbiorstwa PKP z wielk¹ uwag¹ przeanalizowali nowe technologie uwzglêdniaj¹ce specyfikê systemu pr¹du sta³ego. Wybrano technologiê duñsk¹, która okaza³a siê najbardziej odpowiednia dla pr¹du sta³ego i naszych warunków. Technologiê tê zastosowa³y równie¿ koleje w³oskie, maj¹ce podobny jak w Polsce system pr¹du sta³ego. Nowa technologia przyjêta przez PKP polega na wyprodukowaniu w wytwórni fundamentu palowego o okreœlonej konstrukcji ¿elbetowej. Zbrojenie tego fundamentu jest po³¹czone ze œrubami metod¹ zgrzewania tarciowego, nastêpnie do tych œrub montuje siê s³upy trakcyjne. Œruby wykonane s¹ ze specjalnej stali o du¿ej wytrzyma³oœci mechanicznej, zabezpieczonej antykorozyjnie. Rys. 1a. Fundament palowy ze œrubami Rys. 2. Szczegó³ mocowania s³upa do fundamentu palowego a) mocowanie konstrukcji wsporczej na fundamencie palowym, b) sposób monta¿u przek³adek izolacyjnych miêdzy s³upem stalowym a zbrojeniem fundamentu Rys. 1b. Fundament palowy kotwowy W zale¿noœci od twardoœci gruntu oraz obci¹¿eñ, jakie maj¹ przenosiæ, fundamenty palowe mog¹ mieæ d³ugoœæ od 2,5 m do 5,0 m, ze skokiem co 0,5 m. Przekrój poprzeczny pala w dolnej jego czêœci jest kwadratem, natomiast w górnej prostok¹tem (rys. 1). Wielkoœæ przekroju poprzecznego fundamentu palowego zale¿y od jego zastosowania, czyli od funkcji konstrukcji wsporczej sieci trakcyjnej (pracuj¹cych jako przelotowe, krzy¿owe lub kotwowe). Z uwagi na wielkoœæ przekroju poprzecznego rozró¿niamy trzy typy pali stosowane jako fundamenty pod konstrukcje wsporcze oraz dwa typy pali stosowane jako kotwy (tabl. 1). Tablica 1 Wymiary fundamentów palowych Typ pala Fot. 1. Instalacja fundamentów palowych pod istniej¹c¹ sieci¹ trakcyjn¹ Wymiary górnej czêœci pala [mm] Wymiary dolnej czêœci pala [mm] Rozmiar œruby [mm] B1 320×450 320×320 M30 B2 360×520 360×360 M36 B3 400×580 400×400 M42 Kotwa B1A 320×450 320×320 — Kotwa B3A 400×580 400×400 — Je¿eli projektujemy sieæ, dla której zastosujemy fundamenty palowe, to nale¿y bardzo dok³adnie zbadaæ grunt przez dokonanie badañ geotechnicznych, co pozwoli w³aœciwie dobraæ pale oraz unikn¹æ przykrych niespodzianek przy ich instalacji. Na rysunku 2a i 2b pokazano posadowienie konstrukcji 450 min (7,5 godz.) efektywnego czasu pracy mo¿liwe jest wsporczej na palu oraz przytwierdzenie s³upa stalowego do zainstalowanie 30 fundamentów, co odpowiada oko³o œrub kotwowych. Jak widaæ, bardzo ³atwo jest zabezpieczyæ 1,5 tkm szlaku. Niekiedy na wbicie jednego pala w miêkki styk „konstrukcja – fundament” przed oddzia³ywaniem kogrunt wystarczy tylko 5 min. Naturalnie nie trzeba wywoziæ rozji oraz odizolowaæ elektrycznie fundament od konstrukcji. lub plantowaæ ziemi, bo nie wykonuje siê ju¿ wykopów. Nie Opracowano równie¿ rozwi¹zanie zabezpieczenia przeciwpozanieczyszcza siê t³ucznia ziemi¹, ani nie narusza stabilnora¿eniowego na wypadek uszkodzenia izolacji g³ównej sieci œci toru, jak to bywa w przypadku kopania g³êbokiego wytrakcyjnej. Na fundamencie palowym mo¿na posadowiæ konkopu w pobli¿u toru pod tradycyjne fundamenty. strukcjê wsporcz¹ sieci trakcyjnej wykonan¹ ze stali, jak Fundamenty palowe mo¿na wbijaæ podczas normalnego równie¿ strunobetonow¹ lub ¿elbetow¹. ruchu poci¹gów po s¹siednim torze zarówno pod istniej¹c¹ Pale wykonuje siê w wytwórni, mo¿na je przechowywaæ sieci¹ trakcyjn¹ (fot. 1), jak i po jej zdemontowaniu (fot. 2). w magazynie i w dogodnym czasie (np. noc¹, kiedy ruch poci¹gów jest ograniczony) transportowaæ na szlaki, na któPrzebudowa sieci trakcyjnej na PKP rych buduje lub odbudowuje siê konstrukcje wsporcze sieci przy zastosowaniu fundamentów palowych trakcyjnej. W latach 1995–2001 firma Aarsleff Sp. z o.o. z siedzib¹ Posadowienie pali w wyznaczonych miejscach odbywa w Warszawie zainstalowa³a na liniach PKP oko³o 10 tys. funsiê za pomoc¹ palownicy. Jest to maszyna torowa, która damentów palowych przy przebudowie i renowacji nadmiermo¿e samoczynnie przemieszczaæ siê po torach z prêdkonie wyeksploatowanej sieci trakcyjnej. Sieæ trakcyjn¹ przeœci¹ do 20 km/h miêdzy kolejnymi instalowanymi fundamentami palowymi. Przy wiêkszych odleg³oœciach maszyna holowana jest przez lokomotywê z prêdkoœci¹ do 100 km/h. Palownica ma w³asny silnik, który s³u¿y do jej poruszania oraz napêdza mechanizmy hydrauliczne, s³u¿¹ce do posadowienia pala w gruncie. Wyposa¿ona jest w 3-tonowy m³ot hydrauliczny typu Uddcomb. Czêstotliwoœæ oraz wysokoœæ spadu m³ota sterowana jest elektronicznie, natomiast system hydrauliczny umo¿liwia automatyczne rozk³adanie maszyny. Kompleksowy system bezpieczeñstwa nie dopuszcza do wykonania jakiejkolwiek operacji, która kolidowa³aby z ruchem poci¹gów na s¹siednich torach. Do obs³ugi palownicy (fot. 1 i 2) wystarczy trzech wyszkolonych pracowników. W ci¹gu jednej godziny efektywnej pracy œrednio instaluje siê cztery fundamenty palowe. Oznacza to, ¿e w ci¹gu Fot. 2. Instalacja fundamentów palowych po zdemontowaniu siei trakcyjnej