Artikelförfattare: Freddie Theland, Sweco Sverige och Ylva Stafström, Sweco Sverige
Sveriges järnvägar är på många håll under utbyggnad, där nya spår anläggs i nära anslutning till befintliga. För många av de befintliga sträckorna innebär de nya spåren en uppgradering av största tillåten hastighet för persontåg. Vid projektering av järnvägssträckor där marken består av löst lagrade jordarter behöver därför risken för höghastighetsfenomen och inverkan av eventuella förstärkningsåtgärder utredas. Denna artikel presenterar en metod baserad på vibrationsmätningar i spår under pågående trafik för att validera numeriska modeller och bedöma förskjutningars hastighetsberoende i befintlig järnväg vid tågpassager. Metoden användes med goda resultat i projektet Fyra spår Uppsala där två nya spår ska anläggas i anslutning till befintligt dubbelspår.
Höghastighetsfenomen
Höghastighetsfenomen för järnväg var något som aktualiserades i praktiken efter de kraftiga vertikala deformationer i järnvägen som observerades i Ledsgård på västkustbanan i början av 1997 när X2000-tåg passerade i hastigheter kring 200 km/h. Problemen uppstod på grund av de exceptionellt lösa jordar som järnvägsbanken är anlagd på. För att komma till rätta med de stora förskjutningarna utfördes omfattande förstärkningsåtgärder i form av installation av kalkcementpelare, vilket avhjälpte problemen.
Höghastighetsfenomen uppstår till följd av ytvågor i järnvägsbanken som skapas då tåg färdas på järnvägen. Beroende på egenskaperna hos det jordmaterial som järnvägsbanken är anlagd på kan en situation uppstå där tåget färdas i samma hastighet som de ytvågor som det skapar. Detta kan ge upphov till något som kan liknas vid ljudboomen som uppstår när flygplan färdas fortare än ljudhastigheten. Risken för höghastighetsfenomen är störst i framför allt lösa jordarter såsom gyttja, torv eller lösa leror. Det innebär en kraftig förstärkning av vertikala förskjutningar i järnvägsbanken. Detta kan både ge skador på anläggningen och komfortproblem.
Risken för höghastighetsfenomen vid anläggning av ny järnväg utvärderas idag med hjälp av olika typer av beräkningsmodeller. Dock saknas ofta validering av beräkningsmodellerna vid höga hastigheter. Detta skapar osäkerheter vid projektering. Problematiken beskrivs av Trafikverket i Förstudie Ledsgård 2.0 [1].
Fyra spår Uppsala
Trafikverket planerar en utbyggnad av befintligt dubbelspår till fyra spår från Uppsala till länsgränsen mellan Uppsala och Stockholm. Vid sträckan mellan Bergsbrunna och Uppsala centralstation utgörs marken av cirka 25 – 30 m mäktiga lager lös lera, särskilt i området i närheten av Sävjaån. Förutsättningarna mellan Kungsängsleden och Sävja föranleder behov av förstärkningsåtgärder i form av kalkcementpelare. Den befintliga järnvägsbanken är anlagd direkt på markytan och troligtvis på rustbädd i områden där lös lera förekommer.
Den maximala tåghastigheten längs den berörda sträckan är 200 km/h. Därmed ställs ytterligare krav kring beaktande av
höghastighetsfenomen. En initial översiktlig utredning visar att den låga styvheten i den underliggande leran medför risk för dynamisk förstärkning av vertikala förskjutningar i järnvägsbanken vid tågpassager i dimensionerande hastighet.
I och med att det finns en befintlig anläggning på platsen presenterades möjligheten att utföra mätningar under pågående trafik vid höga hastigheter. Detta tillåter validering av modellresultat och ger även underlag för bedömning om tåghastighetens inverkan vid rådande trafiksituation. Hur risken för uppkomst av höghastighetsfenomen påverkas av de planerade förstärkningsåtgärderna har därmed kunnat utvärderas med utgångspunkt i en numerisk modell validerad med platsspecifika mätdata.
