Verkehr II - Bahninfrastruktur

Topologierelevanten Risiken

Restrisiken:

• Zug kommt nicht vor Halt zeigendem Signal zum Stehen
• Rangierfahrt ohne Zugsicherung
• nicht gebremste abgestellte Fahrzeuge

Massnahmen:

-Durchrutschweg

-Schutzweichen

-Gleissperren

Sicherung gegenüber diesen Ereignissen:

- Technische Sicherungmittels Fahrstrasse in Knoten und Streckenblock auf der Strecke

- manuelle Sicherung mit Fahrt auf Sicht und sehr hohem Bremsvermögen der Fahrzeuge

·       Knotenfunktionen

-Durchfahren (hohe Geschw. gefordert, Konsequenzen für Anordnung und Sicherheit der Reisenden)

-Halten (keine Weichen/Kreuzung in geforderter Zugslänge)

-Überholen (Kombination Durchfahren und Halten oder 2 x Halten)

-Zugkreuzung:                  - Kreuzungshalt (2xHalten)

                                                         - Betrieblicher Kreuzungshalt (2xDurchfahren)

                                                         - Verlängerter Doppelspurabschnitt (2xDurchfahren)

-Wenden am Streckenendpunkt: (auch möglich: Wendeschleifen, Gleisdreiecke)

• Gleiswechsel streckenseitig: Fahrgastwechsel fällt mit Wendezeit zusammen (Bild 1)
• Gleiswechsel kopfseitig: Fahrgastwechsel fällt nicht mit Wendezeit zusammen (Bild 2)
• Gleiswechsel kopfseitig leistungsfähiger (Bild 3)

-Wenden auf der Strecken mit/ohne separatem Gleis

-Streckenabzweigen

-Streckenkreuzung

-Zugvereinigung/Zugtrennung

Strecken verbinden Knoten miteinander. Dabei werden die Topologie und die Kapazität von Strecken durch folgende Einflüsse mitbestimmt:

-Infrastrukturelle Einflüsse (Anzahl Gleise, Länge der Blockabschnitte, Freizügigkeit der Gleisbenützung, Flexibilität der Gleisbenützung, Gleiswechsel, Erhaltungskonzept)

-Verkehrliche Einflüsse (Homogenität/Inhomogenität der Züge, Angebotsstruktur (Fahrplan))

Die Sperrzeit eines Blockes und somit die Kapazität ist abhängig von:

- Zuggeschwindigkeit

- Laufwege                 

- Zugsmix und Reihenfolge

1. Bestimmungsgrössen für Lage der Kreuzungspunkte:

- Zugsfolgezeit im Taktfahrplan

              - Geschwindigkeit der Züge zwischen zwei Kreuzungspun

-> Halbstundentakt und Durchschnittsgeschwindigkeit 60 km/h: 15 km

2. Es gibt zwei Strategien:

-Mitte zweier Taktkreuzungen: die Systemzeiten des übergeordneten Angebotssystems werden in der Regel in Viertelstundenschritten verschoben

• Vorteil: bei Kreuzungsstationen in 7 ½ min-Abständen ist die Topologie robust
• Nachteil: Kreuzungsstationen für operative Kreuzungsverlegung. zu weit entfernt

-Abstand von der Taktkreuzungsstelle: entspricht den üblichen Verspätungen (3-4 min)

• Vorteil: Hohe Flexibilität für Kreuzungsverlegungen
• Nachteil: Sensibel auf Änderungen des übergeordneten Taktgefüges

1. Nachteile einer angebotsorientierten Infrastruktur bei Doppelspurbauten:

• Keine Flexibilität hinsichtlich zukünftiger Angebots- und Betriebsstrukturen
• Keine Flexibilität hinsichtlich kurzfristiger Abweichungen wie Verspätungen, Zusatzzüge, Umleitungen etc.

Deshalb grosszügige Anlegung der Doppelspurstrecke als dies für den Fahrplan nötig wäre

2. Banalisierte Doppelspurstrecke

-durchgehende Doppelspur mit Spurwechselstelle in bestimmten Abständen

-Flexibilität und Stabilität maximal

Linienbetrieb

• wenn Zuggattungen voneinander getrennt werden sollen
• Trennung des schnellen Reiseverkehrs vom langsamen Güterverkehr
• Trennung des Fernreise- und Güterverkehrs vom S-Bahn Verkehr (mit Zwischenhalt)

Richtungsbetrieb eignet sich für Strecken mit homogenen Zuggeschwindigkeiten, bei Zuläufen zu Knotenbahnhöfen oder für langgezogene Entflechtungs-/Verflechtungsstrecken.

1. Der Bahnhof als Verkehrsstation umfasst folgende Funktionen:

-Physischer Zugang:Ein- und Aussteigen, Umsteigen

             -Information

-Ticketing:Entgelt für die Beförderungsleistung

-Konsum/Service:Verpflegungsmöglichkeiten und Einkaufsläden bei grösseren Bahnhöfen

-Warten:in angemessener Qualität

2. Diese Funktionen/Dienstleistungen werden nach absteigender Priorität in den Bahnhof integriert:

1. Direkte Wege, insbesondere für Umsteigevorgänge
2. Zugangswege von Siedlung und Zubringerverkehrsmitteln möglichst kurz
3. Distributions- und Informationseinrichtungen konsequent entlang des Wegs
4. Nutzung des Restfläche für kommerzielle Einrichtungen

Aussenperron und Inselperron: Einfache Lösungen, bahnbetrieblich wenig leistungsfähig, da Perrongleise und niveaugleiche Abzweigung kapazitätslimitierend sind -> : Leistungssteigerung durch drittes Gleis und optional niveaufreie Abzweigung, gemeinsames Perrongleis leistungsbestimmend

Aussenperron:

V: geeignet für Umsteigeströme zw. Zügen in gleicher Richtung

N: Banalisierung nicht möglich (keine wechselw. Gleisbenütz. Möglich)

Inselperron:

V: geeignet für Umsteigeströme zw. Zügen in gleicher Richtung, Perronausrüstungen nur auf einer Anlage bereitgestellt werden

N: Banalisierung nicht möglich

Zwillingsperron: Zwillingsperron an Hauptstrecke erlaubt Banalisierung und gleichzeitig optimiertes Umsteigen an gleichem Perron für eine Richtung (Einstieg auf einem Perron und Ausstieg auf dem anderen Perron) 

Perronanlagen am Gleisenden:

V: direkte Weg vom Querperron zum Stadtzentrum und zum öffentlichem Nahverkehr, Anlagen für das Wenden und Formieren der Züge liegen nicht an städtebaulich wertvollster Lage

N: leistungskritisches Gleisvorfeld

Perronanlagen in Durchgangsform:

V: Wende- und Abstellanlagen befinden sich zwischen den Perrons und dem Gleisende

N: Anbindung an Anschlussverkehrsmittel und den Siedlungsraum weniger vorteilhaft

-Übersichtlichkeit der Wege und Wartebereiche

-Durchgehende, gute Beleuchtung aller Fussgängeranlagen

-Verwendung vandalenresistenter Materialien, Verwendung transparenter Baustoffe

-Vermeidung sicherheitskritische Konfliktsituationen zwischen den Verkehrsarten

-Strukturierung von Plätzen mit Ausscheidung der Fussgängerflächen

-Fussgängerverbindung beim Bahnhof

-Städtischer Nahverkehr

-Kombinierte Mobilität

               -Vorfahrt für Individualverkehr und Taxi

Gestaltung des Aufnahmegebäudes: (Verkauf, Informationen, Betrieb und Drittbenützungen)

Aufgaben des Raumprogrammes:

-Erfassung aller Teilfunktionen

-Umsetzung in Raumbedürfnisse des öffentlichen Verkehrs und Drittbenützer

-Funktional-logische Anordnung der Räumlichkeiten

-Verbindungswege zw. Bahnhof und Umfeld/innerhalb des Bahnhofes

-NICHT: Detaildimensionierung und Kapazitätsbemessung, SONDERN: Logische Funktionalität

Einrichtungen entlang der Fusswege:

• Anordnung der Distributions- und Informationseinrichtungen des öffentlichen Verkehrs grundsätzlich entlang der direkten Verbindungen zw. Eintrittspforten und Perrons
• Fahrkartenautomaten direkt am Verbindungsweg, bediente Schalter für Inlandfahrkarten möglichst ebenfalls, Schalter für Auslandfahrkarten und Reisebüro kann räumlich zurückgesetzt werden
• Nutzung der Restflächen entlang der Hauptverbindungen und der übrigen Wege durch kommerzielle Einrichtungen

• Monopolar und Verteilung erst bei Perronzugänge: Sammlung bei den Eintrittspforten und Führung in einer Hauptverbindung zu den Perronzugängen
• Monopolar und Vorsortierung bereits bei Eintrittspforten: Sammel- und Verteilbereich bei den Eintrittspforten und getrennte Führung zu den Perronzugängen
• Multipolar und Sortierung erst vor den Perronzugänge: Getrennte Führung von den Eintrittspforten zu zentralem Sammel- und Verteilbereich vor den Perronzugängen

1. Kriterien für die Anordnung der Zugänge:

-Lage des Perrons im Erschliessungsgebiet

-Gleichmässige Zugbesetzung

-Nachfragemenge, Kapazität der Zugänge und Warteflächen

2. Ausgestaltung der Perronzugänge:

-Niveaugleicher Übergang (nur noch Anwendung im Stadtverkehr)

• Günstige Variante
• offene Rillen zwischen den Schienen
• häufig nur kleine Perronhöhen möglich
• Gefährdungspotential der Fahrgäste

            - Unterführungen

• Niveaufreie Querung der Gleise
• Hohe Baukosten

-Überführungen / Passarellen

• Niveaufreie Querung
• Günstiger als Unterführungen
• Grösserer Höhenunterschied und Platzbedarf

3. Treppen, Rampen, Rolltreppe, Lifte

    Rampen:

• V: reibungsloser Abfluss des Reisendenstroms und behindertengerecht
• N: Platzbedarf und längere Zugangswege

-Ausgangslage: Hohe Nachfrage des öffentlichen Verkehrs und damit großes Passantenaufkommen

-Zusätzlich gute Lage im städtischen / örtlichen Raum, damit Möglichkeit zur Abschöpfung zusätzlicher Kaufkraft

-Kombination von öffentlichem Verkehr und kommerzieller Nutzung bringt Zusatzerträge für Bahn und erlaubt Aufrechterhaltung des persönlichen Fahrausweisverkaufs

• Ausgangslage: Hervorragende Erschliessung durch öffentlichen Verkehr, z.B. infolge Zusammentreffens mehrerer Linien
• Gegebener hoher Nachfragedruck nach Dienstleistungsliegenschaften
• Gezielte planerische Schaffung von Zonen mit sehr hoher zulässiger Ausnutzung

1. Eine Bestimmungsgrösse der Projektierung ist die dreidimensionale Raumkurve, welche bei der Fahrt über eine Fahrbahn zurückgelegt wird. Diese wird primär von der Fahrbahn definiert, Sekundär durch die Eigenschaften der Fahrzeuge, z.B. Federung. 

2. Einfluss des räumlichen Fahrtverlaufs:

-Fahrgastkomfort, Ladungssicherung im Güterverkehr

-Kräfte zw. Fahrbahn und Fahrzeug hinsichtlich Dimensionierung und Verschleiss an der Schnittstelle

Kräfte zw. Fahrbahn und Fahrzeug hinsichtlich der Entgleisungssicherheit

Der Räumliche Verlauf der Trassierung gliedert sich in:

• horizontale Trassierung (Verlauf y-Richtung, einschliesslich Überhöhungen)
• vertikale Trassierung (Verlauf z-Richtung)

Trassierungselemente sind Geraden, Kreisbögen und Übergangsbögen (Verbindung zw. Gerade und Kreisbogen).

-einfachstes Trassierungselement

-geringste Fahrwiderstände

-homogener Fahrtverlauf, keine nennenswerten seitlichen Kräfte

-Geschwindigkeit nur von trassierungsunabhängigen Parametern beschränkt, d.h. nicht von der Linienführung sondern von:

• Längssteigung (Zugsgewicht, Fahrzeugleistung)
• Längsgefälle (Bremseigenschaften)
• Gleislagequalität
• Untergrundqualität
• Zul. Geschwindigkeit der Fahrleitung (Stromabnehmerbauart)
• Sicherungsanlagen

Wenn der Zug durch einen Kreisbogen fährt, erfährt er viele unterschiedliche Kräfte (z.B. Kippen, Entgleisung, Verschiebung der Wagenladungen, Vergrösserung des Fahrwiderstands, etc.). Diese sollten beschränkt werden mit:

• grossen Radien
• Überhöhung des Gleisbogens um die unausgeglichene Seitenbeschleunigung zu reduzieren
• Geschwindigkeitsreduktionen

Aufgrund der Seitenbeschleunigung a_r wirkt eine horizontal gerichtete Zentrifugalkraft F_r, welche sich auf die Fahrgäste überträgt und als unangenehm empfunden wird, weshalb sie zu limitieren ist. Durch Anwinkeln der Gleisebene um  (Überhöhung) kann eine Gegenkraft zur Fliehkraft aufgebaut werden und somit die resultierende Kraft F senkrecht zur Gleisebene geführt werden (Aufhebung der Seitenbeschleunigung). Dabei kann vorkommen, dass die Seitenbeschleunigung nicht kompensiert (v > v₀) wird oder auch überkompensiert (v < v₀) wird. Nicht kompensierte Seitenbeschleunigung bewirkt zusätzliche Seitenkräfte auf die Aussenschiene und die überkompensierte Seitenbeschleunigung bewirkt zusätzliche Seitenkräfte auf die kurveninnere Schiene, zudem kann ein Überhöhungsüberschuss zur Ladungsverschiebungen in Güterzügen führen.

1. Bei Kurvenfahrt entsteht durch dem über der Gleisebene gelegenem Schwerpunkt ein Moment, das den Wagenkasten durch die Fahrzeugfederung gegenüber dem Fahrwerk neigt. Durch die Federung des Wagenkastens wird somit die positive Wirkung der Überhöhung bei grosser Geschwindigkeit abgemindert und die negative Wirkung (Verstärkung der nach innen gerichteten Seitenbeschleunigung) bei kleiner Geschwindigkeit verstärkt.

2. Beeinflussungsmöglichkeiten fahrzeugseitig:

• • Wankkompensation
  • Passive Wagenkastenneigung
  • Aktive Wagenkastenneigung

Der Übergangsbogen ist ein Übergang zwischen einer Geraden und einem Kreisbogen. Es gibt Fälle in denen auf einen Übergangsbogen verzichtet werden kann, z.B. in Kreisbogen, in denen die Seitenbeschleunigung ohne Überhöhung kleiner als 0.1 m/s² ist, in Nebengleisen, in Weichenköpfen (v_R < 60 km/h), innerhalb von Weichenverbindungen etc.

Der Übergang zwischen zwei Trassierungselementen bildet eine Unstetigkeitsstelle. Deshalb sind folgende drei Bestimmungsgrössen zu optimieren:

• Seitendruck: Minimierung zur Begrenzung der Komforteinbusse und des Verschleisses
• Verwindung: Minimierung zur Vermeidung von Entgleisungen
• Hubgeschwindigkeit: Minimierung zur Begrenzung der Komforteinbusse

1.  Grundsätzliche Anforderungen an die Geometrie eines Übergangsbogens:

• Tangentialer Anschluss an Kurve und Gerade
• Änderung der Seitenbeschleunigung konstant, so Änderung der Krümmung auch konstant
• Keine Unstetigkeit bei Beginn der Krümmung
• Konstante Höhenlage des Fahrzeugschwerpunktes

2. Das geometrische Element ist eine Klothoide.

Auch eine Klothoide bewirkt aufgrund der Krümmungsänderung einen Seitendruck (Einfacher Ruck). Darunter wird die Änderung der Seitenbeschleunigung pro Zeiteinheit verstanden (s.8).

Schliessen zwei oder mehr Kurvenabschnitte mit unterschiedlichem Radius, aber gleicher Krümmungsrichtung aneinander an, so spricht man vom Korbbogen. Korbbogen erfüllt behelfsmässig die Funktion der Klothoide. Kurze Zwischengeraden sind zu vermeiden.

Gefahr von Pufferüberdeckung (Prüfung Pufferüberdeckung zweier Gegenbögen ohne Zwischengerade s.8)

Zu einer Pufferüberdeckung kommt es, wenn beim Befahren von zwei Gegenbogen mit kleinen Radien die Abweichung der Puffermitte grösser wird als der Durchmesser der Puffer. Dabei besteht die Gefahr, dass sich Pufferteile verhaken und es zu einer Entgleisung kommt.