Handbuch Eisenbahninfrastruktur

Geleitwort eines Kollegen und Freundes

Vorwort

Inhalt

Autorenverzeichnis

1 Trassierung und Gleisplangestaltung

1.1 Längsneigung der Eisenbahn

1.1.1 Längsneigung der Streckengleise

1.1.2 Längsneigung in Bahnhöfen

1.1.3 Ausrundungen in der Längsneigung

1.2 Allgemeine Regeln der Linienführung im Grundriss

1.2.1 Grundregel für durchgehende Hauptgleise

1.2.2 Grundregel für die übrigen Haupt- und Nebengleise

1.3 Elemente der Linienführung im Kreisbogen

1.3.1 Radius, Überhöhung und Geschwindigkeit

1.3.2 Größe der Überhöhung

1.3.3 Der Überhöhungsfehlbetrag

1.3.4 Die Regelüberhöhung

1.3.5 Wahl der Bogenradien

1.3.6 Längen der Kreisbögen und Geraden

1.3.7 Gleisverziehungen

1.4 Übergangsbogen und Überhöhungsrampe

1.4.1 Die Klothoide mit gerader Überhöhungsrampe

1.4.2 Übergangsbogen- und Rampenlänge

1.4.3 Der Übergangsbogen mit geschwungener Rampe

1.5 Der Bogen ohne Übergangsbogen

1.5.1 Krümmungswechsel und Vergleichsradius

1.5.2 Längen der Zwischengeraden oderZwischenbögen

1.5.3 Gegenbogen mit kleinen Radien

1.6 Entwurf der Spurpläne

1.6.1 Wahl und Anordnung der Weichen

1.6.2 Die Weiche als Spurplanelement

1.7 Optimierung vorhandener Anlagen

1.7.1 Maßnahmen zur Fahrzeitverkürzung

1.7.2 Linienkorrekturen

1.7.3 Einsatz von Neigetechnikfahrzeugen

Anhang

2 Querschnittsgestaltung der Bahnanlagen

2.1 Fahrzeugbegrenzung und Lichtraumprofil

2.2 Elemente des Streckenquerschnitts

2.2.1 Lichter Raum

2.2.2 Gleisabstand

2.2.3 Fahrbahnbreite

2.2.4 Abstand fester Anlagen von Gleismitte

2.2.5 Lichte Weite und Höhe unter Überführungsbauwerken

2.3 Streckenquerschnitt der freien Strecke

2.3.1 Streckenquerschnitt auf Erdkörpern

2.3.2 Streckenquerschnitt auf Brücken und in Tunneln

2.4 Abstände in Gleisanlagen mit Arbeitsstätten und Verkehrswegen

2.5 Parallelführung von Schienenweg und Straße

2.6 Bahnsteiganlagen

2.6.1 Grundsätze für die Konzeption und Gestaltung

2.6.2 Abmessungen

2.6.3 Konstruktionssysteme

2.6.4 Sicherheitselemente

3 Eisenbahndämme und Einschnitte

3.1 Einführung

3.2 Baugrundtechnische Bewertung der Erdbauwerke und des Baugrundes

3.2.1 Geologische, hydrologische Situation, Einfl uss aus der Verwitterung

3.2.2 Umweltschäden

3.2.3 Aufschluss des Baugrundes

3.2.4 Baugrundgutachten/geotechnischer Bericht

3.3 Gründung von Erdbauwerken auf tragfähigem Baugrund

3.3.1 Oberbodenabtrag und Untergrundplanum

3.3.2 Dammaufbau

3.3.3 Aushub tiefer Baugruben mit Unterwasserbaggerung/Saugwirkung

3.4 Gründung von Erdbauwerken auf wenig tragfähigem Baugrund

3.4.1 Allgemeine Grundlagen bei der Bewertung der Bahndämme auf wenig tragfähigem Baugrund

3.4.2 Die Entstehung der Moore und die bautechnischeNutzung ihrer Eigenschaften

3.4.3 Besonderheiten der Erkundung und Baugrundbeurteilung

3.4.4 Überschütten von Moorfl ächen mit einer Arbeits- und Filterschicht

3.4.5 Analyse der Schäden schwimmendge gründeter Bahndämme

3.4.6 Wahl der Sanierungs- und Ertüchtigungs methode bei Arbeiten an in Betrieb befi ndlichen Bahndämmen auf weichem Untergrund

4 Ingenieurbauwerke

4.1 Eisenbahnbrücken

4.1.1 Zur Geschichte

4.1.2 Allgemeines

4.1.3 Regelwerk für die Planung vonEisenbahnbrücken

4.1.4 Neubau von Bahnbrücken

4.1.5 Instandhaltung und Instandsetzung

4.1.6 Beispiele

4.2 Eisenbahntunnel

4.2.1 Allgemeines

4.2.2 Zur Geschichte

4.2.3 Regelwerk der DB AG für die Planung von Eisenbahntunneln

4.2.4 Tunnelbauverfahren

4.2.5 Beispiele

5 Beanspruchung von Gleisen und Weichen

5.1 Verkehrslasten auf Gleisen

5.1.1 Vertikallasten – charakteristische Werte (statische Anteile)

5.1.2 Vertikallasten – dynamische Einwirkungen

5.1.3 Vertikallasten – Radlastverlagerung

5.1.4 Vertikallasten auf Betonschwellen und weitere Lastannahmen für ihre Bemessung

5.1.5 Horizontallasten – charakteristische Werte

5.1.6 Lastangriff der Kräfte Q und Y amSchienenkopf

5.1.7 Längsgerichtete Einwirkungen

5.2 Die Schiene als elastisch gelagerter Längsträger

5.2.1 Bettungszahl C beim Schotteroberbau

5.2.2 Bettungszahl C und Längsträgerbreite b bei der Festen Fahrbahn

5.2.3 Stützpunktsteifigkeit c beim Schotteroberbau

5.2.4 Elastisch gelagerter Längsträger unter vertikaler Belastung

5.2.5 Dynamische Wirkungen am elastisch gelagerten Längsträger unter vertikaler Belastung

5.2.6 Elastisch gelagerter Längsträger unter vertikaler exzentrischer und horizontaler Belastung

5.3 Rad-Schiene-Kontaktspannungen

5.3.1 Örtliche Pressungen aus dem Rollkontakt zwischen Rad und Schiene

5.3.2 Schubbeanspruchung im Inneren des Schienenkopfes

5.3.3 Zulässige Schubspannungen

5.3.4 Weiterführende Untersuchungen

5.4 Schienenspannungen und Längen änderungen der Schienen aus Temperatureinwirkungen

5.4.1 Längsverschiebe- und Durchschubwiderstand

5.4.2 Verschiebung der reibungsgelagerten Schiene durch Temperaturänderungen im lückenlosen Gleis

5.4.3 Temperatursprung

5.4.4 Stetige Temperaturänderung

5.4.5 Einkoppeln von Längskräften bzw. Schienenspannungen in die Schienen des lückenlosen Gleises bei einteiligen Tragwerken und bei Trägerketten

5.4.6 Größe der gleichmäßigen Schienen längskräfteund Schienenspannungen im lückenlosen Gleis bei extremen Schienentemperaturen

5.5 Dauerfestigkeitsnachweis für die Biegezugspannungin Schienenfußmitte

5.6 Vertikalspannungen in Schotter, Schutzschicht und Untergrund

5.6.1 Spannungsverlauf im Mehrschichtsystem Schotter/Schutzschicht/Untergrund

5.6.2 Äquivalente Ersatzdicken für Mehrschichtsysteme Schotter/Schutzschicht/Untergrund mit unterschiedlichen E-Modulen des Untergrundes

5.7 Gleislagestabilität

5.7.1 Stabiler und gestörter Gleichgewichtszustand

5.7.2 Biegewiderstand der Schienen, Verdrehwiderstand und Ersatzträgheits moment[5.20] und [5.21]

5.7.3 Querverschiebewiderstand und Gleisverschiebewiderstand [5.20]

5.7.4 Berechnung der Lagestabilität des lückenlosen Gleises nach der Energiemethode

5.7.5 Bogenatmung

6 Schienen und Schienenschweißen

6.1 Schienenwerkstoff und Schienenprofile

6.1.1 Stahl als Baustoff, Schienenstahl als individueller Werkstoff

6.1.2 Die Aufgaben der Schiene

6.1.3 Eigenschaften des Schienenstahls

6.1.4 Das Gefüge des Schienenstahls

6.1.5 Schienenherstellung

6.1.6 Schienenformen (Schienenprofile)

6.1.7 Walzlängen, Walz- und Prägezeichen

6.1.8 Verwendung und Verschleißbeanspruchung von Schienen

6.2 Schienenschweißen

6.2.1 Allgemeines

6.2.2 Abbrennstumpfschweißen

6.2.3 Gaspressschweißen

6.2.4 Aluminothermisches Gießschmelzschweißenvon Schienen

6.2.5 Lichtbogenschweißen von Schienen

6.3 Schienenschleifen

6.3.1 Allgemeines

6.3.2 Neuschienenschleifen

6.3.3 Schleifen von Schweißungen

6.4 Fehler und Schäden an Schienen und Schienenschweißungen

6.4.1 Allgemeines

6.4.2 Schienenfehler, Übersicht

6.4.3 Beschreibung der Schienenfehler

6.5 Prüfen, Messen und Bewerten von Schienen und Schienenschweißungen

6.5.1 Allgemeines

6.5.2 Schienen

6.5.3 Schweißungen

6.5.4 Methoden der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) von Schienen

6.6 Lückenlose Gleise und Weichen

6.6.1 Allgemeines

6.6.2 Durchführung des Spannungsausgleichs im Gleis

6.6.3 Durchführung des Spannungsausgleichs in Weichen

7 Bahnübergänge

7.1 Die Sicherung von Bahnübergängen (BÜ)

7.1.1 Die Sicherheit an BÜ

7.1.2 Der Begriff des Sicherns von BÜ

7.1.3 Möglichkeiten zur Sicherung von BÜ

7.1.4 Gesetzliche Grundlagen zur Sicherung von BÜ

7.1.5 Interne Regelungen der DB AG

7.2 Ausführung technischer Sicherungen

7.2.1 Anlagen zur technischen Sicherung

7.2.2 Steuerung der Anlagen zur technischen Sicherung

7.2.3 Überwachung der technischen Sicherungsanlagen

7.2.4 Berechnungen zu Anlagen der technischen Sicherung

7.3 Ausführung nicht technischer Sicherungen

7.3.1 Sicherung durch die Übersicht

7.3.2 Sicherung durch Pfeifen

7.4 Bautechnische Gestaltung des BÜ-Bereichs

7.4.1 Entwässerung

7.4.2 Bauliche Gestaltung des Kreuzungsstücks

7.5 Verkehrstechnische Gestaltung des BÜ-Bereichs

7.5.1 Bereinigung und Umgestaltung des Kreuzungsbereichs

7.5.2 Anpassen des Straßenverlaufs

7.5.3 Beschilderung und Markierung der Zufahrten zu BÜ

8 Das Zusammenwirken von Rad und Schiene

8.1 Einleitung

8.2 Der Radsatz im Gleis

8.2.1 Einführung

8.2.2 Das Reibungsgesetz

8.2.3 Äquivalente Konizität

8.2.4 Rückstellsteifi gkeit

8.2.5 Einfl uss der Spurweite auf .e, kg

8.2.6 Möglichkeiten der Einfl ussnahme

8.2.7 Bewegungsgleichungen von Radsätzen

8.3 Das Drehgestell am Gleis

8.3.1 „Steife“ Drehgestelle

8.3.2 „Weiche“ Drehgestelle

8.3.3 „Selbstlenkende“ und „zwangsgesteuerte“Drehgestelle

8.3.4. Gleichungssysteme für Fahrzeuge

8.4 Stabilität

8.4.1 Kritische Geschwindigkeit

8.4.2 Einflüsse auf die Laufstabilität

8.5 Bogenlauf

8.6 Maßnahmen zur Unterstützung guter Rad-Schiene-Interaktion

8.7 Beispiele und Erfahrungen

8.8 Zusammenfassung

Anhang

9 Energieversorgung der elektrischen Bahnen

9.1 Bahnstromsysteme [9.1]

9.2 Fahrleitungen

9.2.1 Oberleitungen

9.2.2 Stromschienenoberleitung

9.2.3 Stromschienen

9.3 Stromabnehmer

9.3.1 Stromabnehmer für Oberleitungen

9.3.2 Seitenstromabnehmer bei Grubenbahnen

9.3.3 Stromabnehmer für Stromschienen

9.4 Rückstromführung, Bahnerdung und Potenzialausgleich

9.4.1 Rückstromführung

9.4.2 Bahnerdung

10 Stromversorgungsanlagen der Infrastruktur

10.1 Vorbemerkungen

10.2 Alternative Stromversorgungsanlagen der Infrastruktur

10.2.1 Allgemeines

10.2.2 Energieverbraucher an Eisenbahnstrecken

10.2.3 Energiequellen an Eisenbahnstrecken

10.2.4 Speichermedien

10.2.5 Anwendungsbeispiele aus dem Eisenbahnbereich

10.2.6 Zusammenfassung

10.3 Elektrische Weichenheizanlagen

10.3.1 Allgemeines

10.3.2 Energieeinspeisung

10.3.3 Komponenten von elektrischen Weichenheizanlagen

10.3.4 Schutzmaßnahmen

10.3.5 Steuerung und Regelung

10.3.6 Dokumentation

10.4 Energieversorgung für Tunnelsicherheitsausrüstungin Eisenbahntunneln

10.4.1 Allgemeines

10.4.2 Elektrische Energieanlagen 50 Hz in Eisenbahntunneln

10.4.3 Sonstige Rettungseinrichtungen

11 Kabelanlagen

11.1 Bauarten und Verwendung

11.1.1 Energiekabel und Leitungen

11.1.2 Signal- und Nachrichtenkabel

11.2 Garnituren

11.2.1 Muffen und Verbinder

11.2.2 Endverschlüsse

11.3 Planung

11.3.1 Trassenplanung

11.3.2 Typenauswahl und Dimensionierung

11.3.3 Lagepläne

11.3.4 Führung, Befestigung und Schutz

11.4 Legung und Montage

11.4.1 Auslegen und Kennzeichnen

11.4.2 Garniturenmontage

11.4.3 Ab- und Inbetriebnahmeprüfungen

11.4.4 Schlussvermessung und Dokumentation

11.5 Betrieb und Instandhaltung

11.5.1 Kabelüberwachung

11.5.2 Instandhaltung

12 Betriebsführung der Infrastruktur

12.1 Grundbegriffe des Bahnbetriebes

12.1.1 Rechtsgrundlagen und Regelwerke

12.1.2 Einteilung der Eisenbahnunternehmen

12.1.3 Grundsätzliche Klassifi zierung der Betriebsverfahren

12.1.4 Einteilung der Betriebsstellen

12.1.5 Durchführung von Fahrten auf einer Eisenbahninfrastruktur

12.2 Signalisierung am Fahrweg

12.2.1 Signalsysteme

12.2.2 Verwendung der Signale

12.3 Flankenschutz der Fahrwege

12.4 Bauen im Betrieb

12.4.1 Sicherung von Arbeitsstellen im Gleis

12.4.2 Betriebliche Maßnahmen zur Durchführung von Baumaßnahmen

12.4.3 Koordination zwischen Betriebsführung und bauausführenden Stellen

13 Eisenbahnsicherungstechnik

13.1 Einführung

13.1.1 Maßgebende Systemeigenschaften

13.1.2 Regelkreis der Eisenbahnsicherungstechnik

13.2 Gleisschaltmittel und Gleisfreimelde anlagen

13.2.1 Grundlagen

13.2.2 Technische Wirkprinzipien

13.2.3 Techniken zur Gleisfreimeldung

13.3 Sicherung beweglicher Fahrwegelemente

13.3.1 Grundlagen

13.3.2 Weichen

13.3.3 Gleissperren

13.3.4 Bewegliche Brücken

13.3.5 Drehscheiben und Schiebebühnen

13.3.6 Tore

13.4 Technologien der Fahrwegsicherung

13.4.1 Abstandshaltung im Schienenverkehr

13.4.2 Steuerung und Sicherung der Fahrwegelemente

13.4.3 Technologie Fahrstraße

13.4.4 Technologie Blockinformation

13.4.5 Techniken zur Fahrwegsicherung

13.4.6 Leittechnik

13.5 Anordnungortsfester Signale

13.5.1 Bezeichnung der Vor- und Hauptsignale

13.5.2 Standort quer zum Gleis

13.5.3 Standort längs zum Gleis

13.6 Zugbeeinflussung

13.6.1 Anforderungen

13.6.2 Einordnung

13.6.3 Anwendungen

14 Funktionale Sicherheit

14.1 Einleitung

14.1.1 Wesentliche Unfallursachen

14.1.2 Epochen der Systemsicherheit

14.2 Definition des Begriffs Sicherheit

14.2.1 Klassische Definitionen

14.2.2 Moderne, risikoorientierte Definition

14.2.3 Der risikoorientierte Ansatz

14.2.4 Bedeutung der Normen

14.3 Risikoanalyse

14.3.1 Der Risikoanalyse-Prozess

14.3.2 Defi nition von Sicherheitszielen

14.3.3 Methoden zur Risikoanalyse

14.4 Sicherheitsnachweisführung

14.4.1 Der Gefährdungsanalyse-Prozess

14.4.2 Struktur und Hierarchie von Sicherheitsnachweisen

14.4.3 Aufbau und Inhalt von Sicherheitsnachweisen

14.4.4 Technischer Sicherheitsnachweis

14.5 Ereignisanalyse

14.5.1 Erfassung und Auswertung sicherheitsrelevanter Ereignisse

14.5.2 Unfallursachen

14.5.3 Unfallursachenanalyse

14.5.4 Organisationales Lernen

14.6 Sicherheitskultur

14.6.1 Begriffsdefi nition

14.6.2 Indikatoren für eine positive Sicherheitskultur

14.7 Beispiel

14.7.1 Systemdefi nition

14.7.2 Gefährdungsidentifi kation

15 Telekommunikationstechnik am Beispiel der DB AG

15.1 Einleitung

15.2 Betriebsfernmeldeanlagen

15.2.1 Ausrüstungsstandards auf der Streckeund im Bahnhof

15.2.2 Ausrüstung von Betriebszentralen und örtlich zuständige Fahrdienstleiter (öZF)

15.2.3 Derzeit im Einsatz befi ndliche TK-Anlagen und -Systeme

15.2.4 Beschallungs- und Wechselsprechanlagen

15.2.5 Melde- und Überwachungssysteme

15.2.6 Betriebliche Gefahrenmeldeanlagen

15.2.7 Videotechnik

15.2.8 Analoger Zugfunk

15.2.9 Digitaler Zugfunk

15.3 Übertragungstechnik

16 Umweltschutz

16.1 Umweltmanagement

16.1.1 Ziel und Nutzen von Managementsystemen unter besonderer Berücksichtigung des Umweltmanagements

16.1.2 Normen im Bereich Umweltmanagement

16.1.3 Delegation von Unternehmer-/Betreiberpfl ichten

16.1.4 Beauftragtenwesen

16.1.5 Integrierte Managementsysteme (IMS)

16.2 Anlagenbezogener Umweltschutz

16.2.1 Abwasseranlagen und Abwasserbehandlungsanlagen

16.2.2 Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen

16.2.3 Innenreinigungsanlagen

16.2.4 Genehmigungsbedürftige Anlagen nach der 4. BImSchV

16.2.5 Trinkwasserfüllanlagen

16.2.6 Strahlenschutzrelevante Anlagen

16.2.7 Elektromagnetische Verträglichkeit

16.3 Schutz vor Lärm und Erschütterungen

16.3.1 Lärm

16.3.2 Erschütterungen und sekundärer Luftschall

16.4 Vegetationskontrolle

16.4.1 Grundlagen und Defi nitionen

16.4.2 Vegetationskontrolle für den Bereich im Gleis

16.4.3 Vegetationskontrolle für den Bereich am Gleis

16.4.4 Positive Aspekte für den Naturschutz

16.5 Schutz von Natur und Landschaft

16.5.1 Grundlagen

16.5.2 Strategische Umweltprüfung

16.5.3 Umweltverträglichkeitsprüfung

16.5.4 Naturschutzfachliche Eingriffsregelung

16.5.5 Flora-Fauna-Habitat-Verträglichkeitsprüfung

16.5.6 Artenschutz

16.6 Umweltschutzanforderungen an Planungs- und Instandhaltungsprozesse

16.6.1 Entsorgung

16.6.2 Transport gefährlicher Güter

17 Infrastrukturzugang für Fahrzeuge

17.1 Vorgaben der Europäischen Gemeinschaft

17.1.1 Interoperabilität

17.1.2 Diskriminierungsfreier Netzzugang

17.2 Technische Zugangsvoraussetzungen

17.3 Abnahme von Fahrzeugen oder Komponenten

17.4 Feststellung der Kompatibilität

17.5 Bekanntgabe der Anforderungen

17.5.1 Schienennetz-Nutzungsbedingungen

17.5.2 Infrastruktur- und Fahrzeugregister

17.6 Regelwerk für den Infrastrukturzugang

17.7 Verfahrensabläufe

17.8 Versuchs- und Probefahrten

17.8.1 Zweck und Umfang

17.8.2 Ausnahmeregelungen

17.8.3 Vorgehensweise

18 Instandhaltung und Anlagenmanagement

18.1 Anlagenmanagement für den Fahrweg von Eisenbahnen

18.2 Modell zur wirtschaftlichen Bewertung von Fahrwegstrategien

18.3 Schrittweise optimiertes Anlage management am Beispiel des Projekts „Strategie Fahrweg“

18.3.1 Strategie Fahrweg – Stufe 1

18.3.2 Forschungen zum Qualitätsverhalten des Oberbaus

18.3.3 Strategie Fahrweg – Stufe 2

19 Anlagenmanagement

19.1 Anforderungen an Infrastrukturmanagementsysteme

19.1.1 Systemarchitektur

19.1.2 Datenimport/Schnittstellen

19.1.3 Das Analysesystem

19.1.4 Anforderungen und Grundformen der Darstellung

19.1.5 Fachübergreifende Grundlagen für weitergehende Analysen

19.2 Anwendung von Infrastrukturmanagementsystemen

19.2.1 Ist-Zustandsanalyse

19.2.2 Zustandsprognose

19.2.3 Instandhaltungsplanung

Sachverzeichnis