Danske Roads2Rails ser på en ny måte å konstruere skinnegangen på.
Danske Roads2Rails ser på en ny måte å konstruere skinnegangen på. (Bilde: iStock)

Tror skinner på asfalt kan løse jernbaneutfordringer

Raskere tog gjør det mer interessant for reisende å velge bane fremfor bilen, og ikke minst å flytte større deler godstransporten over på jernbanen. Men det betyr også en stor belastning på underlaget. Derfor ser danske Roads2Rails på en ny måte å konstruere skinnegangen på.

  • Jernbane
Motta nyhetsbrev fra Samferdsel & Infrastruktur

Stadig flere biler på veiene gjør at det er nødvendig å øke kapasiteten på jernbanen i Danmark. Spesielt viktig er det å øke reisehastigheten mellom København og storbyene på Jylland.

- Vi gikk inn og studerte litt på det. Hvis man øker hastigheten, øker også slitasjen på ballastlaget vesentlig, sier Ole Grann Andersson fra Teknologisk Institut, som er prosjektleder i utviklings- og forskningsprosjektet Roads2Rails.

I stedet for å bygge mer av og optimere den eksisterende konstruksjonen, mener prosjektgruppen at det er interessant å gå inn og lage en alternativ konstruksjon.

- Vi ville se på hvordan man kan lage en mer motstandsdyktig konstruksjon, og kom frem til at det kunne være interessant å erstatte ballasten helt med sterk, tett og stabil asfalt.

Klimaendringer

Her kommer også klimaendringene inn, med stadig mer og kraftigere regnskyll.

- Den eksisterende, tradisjonelle konstruksjonen med ballastpukk som ligger på grus er følsom overfor regnvann. Vannet gir et mykere underlag, og vi ser også på eksisterende baner at grusen blander seg med jorden. Dette gir et jevnlig vedlikeholdsbehov.

Ved å legge et tett asfaltlag som det ikke kommer vann gjennom, unngår man problemet med at grunnen blir våt. Han legger ikke skjul på at en slik løsning vil bli dyrere å bygge.

- Men det er prosjektgruppens forventning at man samfunnsmessig oppnår besparelser på lenger sikt. Det blir mindre vedlikeholdsbehov og færre forstyrrelser i togdriften.

Dette vil igjen kunne gjøre det mer attraktivt å bruke toget, slik at mer av trafikken flyttes over på jernbanen.

«Men det er prosjektgruppens forventning at man samfunnsmessig oppnår besparelser på lenger sikt. Det blir mindre vedlikeholdsbehov og færre forstyrrelser i togdriften.»

- Ole Grann Andersson

Selve prosjektet er et utviklingsprosjekt som er støttet av det danske innovasjonsfond.

Prosjektet går over fire år, og vi har et budsjett i prosjektet på ni millioner danske kroner, forteller Andersson.

Nytt verktøy

Med i prosjektet er Arkil, en dansk asfalt- og jernbaneentreprenør, Atkins Danmark, en av de førende rådgiverne på jernbaneområdet, Banedanmark som er den største baneforvalteren i Danmark, Danmarks Tekniske Universitet og Teknologisk Institut.

Sentralt i prosjektet står utviklingen av et nytt, høyteknologisk dimensjonerings- og beregningsverktøy, som gjør at de enkelte elementene i konstruksjonen kan optimeres nøyaktig ut fra gitte belastningssituasjoner og tilpasset danske klimapåvirkninger.

- Prosjektet er delt opp i noen forskjellige arbeidspakker som jobber på forskjellige mål. Den første arbeidspakken består i at vi utvikler en matematisk modell for jernbanekonstruksjon. Hittil har det vært sånn at den tradisjonelle måten som jernbanen har vært konstruert på har vært basert mer eller mindre på erfaring, og ikke så mye på ingeniørteknologi. Vi vil lage en matematisk modell som kan gå inn og forutsi krefter og spenninger, og hvordan de vil forløpe med hastighet. Så kan vi gå inn og optimere på oppbygning og asfaltkonstruksjon. Det blir en generell modell som også går på andre ting enn asfalt, der tanken er å optimere jernbanekonstruksjoner generelt.

Arbeidspakke to går på selve asfalten.

Ole Grann Andersson fra Teknologisk Institutt leder det danske utviklings- og forskningsprosjektet Roads2Rails.
Ole Grann Andersson fra Teknologisk Institutt leder det danske utviklings- og forskningsprosjektet Roads2Rails. Foto: Teknologisk Institutt

- Det vil være sånn i prosjektet at vi skal tilstrebe en asfaltbelegning som er optimert i forhold til jernbanetransporten. Trafikken vil ikke gå direkte på asfalten, så det blir en annen belastningsform enn på bilveien. Det må vi ta høyde for når vi optimerer asfalten. En annen ting er at asfalten må optimeres for ekstremt lang levetid. På vei beregner man 10-20 år, mens tanken er at det skal være kanskje 50-60 års levetid på en sånn konstruksjon.

Det skal blant annet gjøres en omfattende laboratorietest for å optimere materialene. I Arbeidspakke 3 skal det lages en fullskala oppbygning av tradisjonell og ny belegningsoppbygging innendørs på DTU.

- Der kan vi simulere de trafikkbelastningene som en jernbanekonstruksjon vil få med rullende trafikk med forskjellige hastigheter. Vi hadde håpet å kunne lage en teststrekning, men det er så omfattende sikkerhetsprosedyrer for å få lov til å lage et forsøk på bane i drift, at det har vi ikke mulighet til innenfor tidsperioden. I stedet kan vi simulere trafikkbelastningen på laboratoriet slik at vi kan måle hvordan konstruksjonen reagerer på ulike belastninger og føre det inn i den matematiske modellen vi har.

Gjenbruk

Den fjerde arbeidspakken går ut på å dokumentere forbedringer, heriblant utarbeidelse av livsløpsanalyse og økonomiske betraktninger som skal godtgjøre at det er en betydelig gevinst på konstruksjonen.

- Ut over det går vi også inn og kikker på andre miljøforhold, som tilpasning til fremtidens klimaforhold. Et annet miljømessig aspekt er gjenbruk. Det er viktig at alle materialene i konstruksjonen er gjenbrukbare, slik at prosjektene ikke genererer avfall i fremtiden.

Prosjektgruppen har også forventninger om at det vil bli mindre vibrasjon fra skinnene og kanskje i kombinasjon med andre tiltak også, mindre støy fra jernbanen når sviller og skinner festes direkte i asfalten. Dette vil igjen gi økt bokvalitet i nærheten av skinnegangene.

- Arbeidspakke fem går på standardisering og produksjon av forskjellige presentasjoner og artikler slik at vi får spredt informasjonen ut så flest mulig kan få glede av de erfaringene vi gjør.

Selv om han er optimist, legger han ikke skjul på at det er noen utfordringer som må løses:

- Den største utfordringen er nok det økonomiske, etter som dette formodentlig vil være en dyrere løsning enn tradisjonell konstruksjon. En annen utfordring er at når du konstruerer med tett asfaltdekke, vil det på et eller annet tidspunkt oppstå behov for reparasjoner. Uansett hvor godt det lages, kan man ikke lage noe som holder i 500 år. Asfalt er en stivere konstruksjon og krever et underlag som er stabilt, for ved bruk av asfalt blir setninger mer besværlige. Derfor er vi nødt til å ha særlig fokus på de underliggende lag. Det samme gjelder for motorveier som går over ulike jordforhold, hvor man kan kompensere ved å stabilisere jorden. Hvis underlaget er stabilt, er det ikke noe problem å konstruere med den relativt stive asfalten, som i motsetning til betong har en viss fleksibilitet.

«Men vi har nok vært veldig skeptiske til asfalt i ballastfrie jernbanekonstruksjoner på grunn av egenskapene til asfalten i forhold til aldring og mekanisk styrke.»

- Frode Teigen

Fra før av finnes det ulike løsninger med asfalt i kombinasjon med skinner. Blant annet brukes asfalt visse steder under ballastlaget for å forbedre fundamentet og gjøre det tett.

- Men man får ikke løst problemet med at ballasten slites hurtigere. Derfor ønsker vi konstruksjoner med sviller på asfalten. Enkelte steder har man puslet litt med den samme ideen, men uten å konstruere på den måten: Det er ingen som har arbeidet med å dokumentere tykkelser og belastninger gjennom å lage hele modellen.

I første omgang er det høyhastighetsstrekningene som er den største utfordringen i forhold til å lage mer stabile skinneganger.

- Det er der vi starter, men prinsippet vil også kunne brukes på strekninger uten høyhastighetstog.

Betong

Andersson har selv bakgrunn fra veibygging, og sier at det er mange likhetstrekk i konstruksjonsprinsippene mellom veibygging og de løsningene som Roads2Rails jobber med.

- Det er der ideen egentlig kommer fra.

Han mener at konseptet absolutt bør være interessant for norske forhold, blant annet fordi det er så mye solid fjell i Norge.

- I prinsippet burde løsningen være nesten bedre i norske forhold, men jeg skal selvfølgelig ikke uttale meg skråsikkert, sier han.

Hvorvidt denne konstruksjonsmetoden noen gang vil være aktuell for Bane NOR, er det for tidlig å slå fast.

- Kunnskapen vår om dette prosjektet er veldig begrenset, men ut fra den lille kunnskapen vi har, er dette det vi kaller en ballastfri sporkonstruksjon. Det er noe som vi også kommer til å bruke ganske snart, i tunnelen på Follobanen og i den nye tunnelen mellom Arna og Bergen. Forskjellen er at asfalt ikke inngår, men at betong blir brukt i stedet for ballast, sier sjefingeniør Frode Teigen i Bane NOR.

Han påpeker at ballastfri sporkonstruksjon med asfalt ikke er nytt, men at det tidligere først og fremst har vært brukt til spor med lett trafikk som trikker, bybaner og så videre.

Sjefingeniør Frode Teigen i Bane NOR sier at Bane NOR kun vil bruke velutprøvde konstruksjoner.
Sjefingeniør Frode Teigen i Bane NOR sier at Bane NOR kun vil bruke velutprøvde konstruksjoner. Foto: Bane NOR

- Men vi har nok vært veldig skeptiske til asfalt i ballastfrie jernbanekonstruksjoner på grunn av egenskapene til asfalten i forhold til aldring og mekanisk styrke. Asfalt slik vi kjenner den, vil være uaktuelt for oss.

Samtidig noterer han seg at en av målsetningene til Roads2Rails er å utvikle en type asfalt som har bedre aldrings- og mekaniske egenskaper, og som dermed kan egne seg i ballastfrie konstruksjoner.

Vedlikehold

Selv om ballastfri sporkonstruksjon er nytt i Norge, er sporkonstruksjon med betongelementer som Bane NOR bruker på Follobanen og i Arna-Bergen-tunnelen godt etablert i andre land, og har vist seg å fungere over lang tid.

- Fordelene med ballastfri konstruksjon er at det er mindre vedlikehold, og man trenger ikke å justere sporet eller rense ballasten. Hos oss er ballastfrie sporkonstruksjoner begrenset til tunneler og bruer. Vi vil foreløpig ikke bruke det andre steder fordi en vesentlig ulempe er at dersom man får setninger, så er det ikke enkelt å justere sporet sånn at man kan oppnå den geometriske nøyaktigheten som et jernbanespor krever. På et vanlig ballastspor er det veldig enkelt å reetablere geometrien.

Det er to grunner til at Bane NOR har valgt denne type konstruksjon i to tunnelprosjekter: enklere og billigere vedlikehold og mindre byggehøyde som betyr mindre kostnader i forbindelse med driving av tunnelene.

- Ballastfri konstruksjon er dyrere enn å bygge tradisjonelt, men på sikt har vi regnet på at vi vil spare på de to prosjektene. Det er noe man må vurdere fra prosjekt til prosjekt.

Teigen mener tradisjonell konstruksjon med ballast er godt egnet også til hurtigtog i Norge.

- På gamle, eksisterende spor, ser man noen steder at det er dårlig drenering. Det vil ikke være et problem på nye ballastspor, for de vil lages med tilstrekkelig drenering. Så store nedbørsmengder er ikke noe argument for å bruke ballastfri konstruksjon.

Han vil imidlertid ikke utelukke at det på et eller annet tidspunkt kan bli aktuelt å se nærmere på en løsning med skinner på asfalt i Norge, dersom det viser seg å bli en suksess.

- Men det er en del ting som må på plass, og Bane NOR ønsker bare å bruke konstruksjoner som er vel utprøvd.

HAVBRUK/19. februar 2018

Norge trenger Ocean Space Centre

Sintef Ocean har en i samarbeid med kunnskapsmiljøer og industrielle aktører utredet hvilke krav til fremtidig infrastruktur som må innfris for at Norge beholder posisjonen som internasjonalt ledende innen havromsteknologi. Målet er å etablerefremtidens marintekniske kunnskapssenter i Trondheim. Les hele saken

Til toppen