Stabilizace kolejového lože technologií lepení štěrku pryskyřicí

Technologie lepení štěrku byla po přelomu tisíciletí uznána jako jedna z metod pro stabilizaci a prolepení štěrku kolejového lože na železničních tratích. V České republice jsme tuto metodu představili poprvé na odborném semináři v roce 2005 a v roce 2007 jsme realizovali první objekt použitím této metody, jejíž obchodní název je MC-Ballastbond. Do dnešního dne máme na železničních a tramvajových tratích v ČR přes 40 realizovaných objektů.

Během 19. a 20. století zažila železnice na celém světě neobyčejný rozvoj a proměnu. Očividně se zvýšily nároky především na vyšší rychlost jízdy, přepravu většího počtu cestujících a nákladu, jakož i na vyšší pohodlí jízdy. To všechno však mělo být spojeno s vyšší bezpečností, takže si tento požadavek přirozeně vyžádal také opatření ke zlepšení bezpečnosti železnice. Se stoupající rychlostí rostlo i zatížení a běžná technická a technologická řešení často nesplňovala očekávání.

Když byly uvedeny do provozu první vysokorychlostní vlaky, objevil se problém, že se v důsledku turbulence při vysoké rychlosti uvolňovaly drobné částice štěrku, což mělo za následek nebezpečí nehody u protijedou­cích vlaků. Aby se tomu zabránilo, zavedlo se lepení štěrku jako způsob řešení, který otevřel nové perspektivy v oblasti techniky. Když se ukázalo, že zabráněním poklesu železničního svršku před jednotlivými stavebními úseky lze zvýšit kvalitu jízdy, její bezpečnost a tím i její komfort, bylo jasné, že technologie lepení štěrku je řešením mnoha problémů a měla by nalézt bezodkladně uplatnění v širokém spektru použití. Pokusy týkající se technologie lepení štěrku začaly v Německu a také v Maďarsku na přelomu tisíciletí a poté, co byly k dispozici dostatečné empirické hodnoty, byl tento postup uznán jako jedna z metod pro stabilizaci a prolepení štěrku kolejového lože na železničních tratích.

Popis metody

Lepení štěrku je stabilizační postup, při němž se částice štěrku slepí na hranách a kontaktních plochách (obr. 1). Dvousložkové lepidlo (pryskyřice) se značnou pevností v lomu drží kolejové lože ve tvaru, který zaujímaly částice štěrku před lepením. Je velmi důležité nezaměňovat lepení s injektáží. Zatímco během injektáže se dutiny mezi částicemi úplně zaplní, lepení štěrku se vyznačuje tím, že lepidlo spojuje částice jen v místech jejich doteku a tím zůstávají průchozí dutiny pro odvod srážek.

Obr. 1 Fyzikální kontakt mezi lepidlem a štěrkem

Použití technologie lepení štěrku má mnohé výhody; nejdůležitější z nich jsou:

• stabilizace kolejového lože,
• ochrana kolejového lože před rozvolněním,
• zvýšení odolnosti kolejového lože,
• zachování mřížkovité struktury kolejového lože,
• zlepšení vertikálního a horizontálního rozložení zatížení,
• žádné ovlivnění vodopropustnosti kolejového lože,
• nastavení pružnosti / tuhosti kolejového lože.

V zásadě existují pro lepení štěrku dvě základní dobře odlišitelné metody:

• povrchové lepení,
• strukturní lepení.

Obr. 2 Povrchové zpevnění štěrku před tunely pod Vítkovem

Povrchové lepení štěrku

Povrchovým lepením se zamezuje uvolnění materiálu z povrchu kolejového lože. Cílem není zlepšení mechanických vlastností kolejového lože, tedy zahrnutí lepené struktury do přenosu zatížení. Při povrchovém lepení je tloušťka lepené vrstvy v rozmezí několika málo centimetrů (do 20 cm).

Povrchové lepení se používá v následujících oblastech:

• lepení štěrku pro zabránění jeho úletu díky vysokým rychlostem vlaků,
• lepení štěrku pro ulehčení čištění kolejového lože průmyslovými vysavači (hlavně zastávky a nádraží),
• lepení štěrku pro ochranu kolejového lože proti deformaci při pochozím zatížení nebo při pojezdu (použito např. při zpevnění povrchu kolejového lože před oběma portály tunelů v Praze na Vítkově – obr. 2),
• lepení štěrku pro zpevnění boční strany kolejového lože, především u úseků tratě ve stavbě, např. při stavbě druhé koleje (použito při výstavbě druhé koleje na železniční tratí Praha – České Budějovice v oblasti obce Čtyřkoly – obr. 3).

Obr. 3 Zabezpečení štěrku během výstavby sousední koleje v Čtyřkolech

Strukturní lepení štěrku

Vedle snahy zamezit uvolňování částic pomocí strukturního lepení štěrku je hlavním cílem i uvážení mechanického zatížení kolejového lože, tedy zahrnutí technologie lepení do přenosu zatížení.
U strukturního lepení je tloušťka každé lepené vrstvy až 60 cm.

Strukturní lepení se používá v následujících oblastech:

• vytváření tzv. přechodových oblastí mezi drážními úseky s kolejovým ložem a úseky s pevným podložím – při napojování mostů, tunelů, přejezdů (použito pro vyrovnání přechodu mezi kolejovým ložem a pevnou jízdní dráhou v místě podchodu k nástupištím při rekonstrukci nádraží v Českých Velenicích – obr. 4),
• lepení štěrku pro zvýšení odporu proti příčnému posunutí u oblouků s malým poloměrem,
• lepení štěrku pro zvýšení polohové stability a životnosti izolovaných styků kolejnic,
• lepení štěrků pro zvýšení únosnosti,
• lepení štěrku proti příčnému posunutí kolejového lože,
• dočasné lepení štěrku při výstavbě mostů, podchodů apod. u vícekolejných tratí jako náhrada „klasického“ mechanického pažení (použito např. při výstavbě inundačního mostu v obci Žichlínek nebo při výstavbě nového mostu přes Sázavu v obci Čerčany – bude popsáno podrobněji v dalším textu).

Obr. 4 Přechod mezi pevnou jízdní dráhou a štěrkem v Českých Velenicích

Zachytávání příčného posunu kolejového lože

Technická univerzita v Budapešti, Katedra staveb silnic a železnic, se zabývala problematikou lepení štěrku ve vztahu ke zvýšení odporu proti příčnému posunutí kolejového lože u kolejových oblouků s malým poloměrem. Cílem tohoto článku jistě není popisovat veškeré použité metody a po­drobně se věnovat všem zkouškám. Kdo bude mít zájem, může si to vyžádat u autora článku. Nicméně bych rád zmínil alespoň výsledky těchto zkoušek. Na několika zkušebních úsecích stávajících tratí v Maďarsku bylo strukturně prolepeno kolejové lože pryskyřicí a následně bylo prováděno měření a naměřené hodnoty byly průběžně zaznamenávány. Měření bylo prováděno u železobetonových pražců a ocelových pražců Y. Dále byly v průzkumu zohledněny také výsledky měření na technické univerzitě v Mnichově, kde byly zkoumány kromě železobetonových pražců také pražce dřevěné. Z naměřených hodnot vyplynulo, že odpor proti příčnému posunutí kolejového lože se jen samotným důkladným zhutněním štěrku zvýší oproti nezhutněnému stavu až na dvojnásobek.

Oproti zhutněnému stavu lze lepením dosáhnout dalšího zvýšení až na 2,5násobek. Kolejnice na ocelových pražcích Y mají již bez lepení vysoký odpor proti příčnému posunutí, který po lepení štěrku dosáhne dalšího značného nárůstu. Souhrnně nahlíženo lze odpor proti příčnému posunutí kolejového lože lepením – včetně zhutnění – zvýšit až na pětinásobek. U bezstykových drážních úseků má toto zjištění spolu s bezpečností metody značný význam. Ze zkušeností, informací a výsledků měření získaných během stávajících prací s lepením kolejového lože, zkoumání a pokusů lze činit následující závěry: Použitím technologie lepení štěrku lze odpor proti příčnému posunutí bezstykových tratí v dobrém stavu zvýšit až 3x, v průměrném stavu pak až 5x a u špatně udržovaných bezstykových tratí až na osminásobek.

Příklady z praxe na železničních tratích v ČR

V roce 2007 byl na Moravě v oblasti Zábřehu realizován projekt výstavby poldru v povodí řeky Moravy jako opatření proti možným povodním. Součástí tohoto projektu byl také nový inundační most poblíž obce Žichlínek, který byl vybudován ve stávající dvoukolejné trati. Délka mostu je přibližně 27 m, vzhledem k vysoké frekventovanosti trati byla výstavba mostu naplánována a realizována bez dopravních výluk, tj. vždy jedna z kolejí byla během výstavby pojížděna se sníženou dopravní rychlostí. Na obou stranách železniční trati byly nejprve postaveny obě poloviny budoucího mostu a následně po odtěžení stávajícího náspu trati pod jednou z kolejí byla polovina mostu posunuta do budoucí polohy. Poté byly realizovány hydroizolace a položeno kompletní kolejové lože.

Obr. 5 Stabilizované kolejové lože na mostě v Žichlínku

Před převedením dopravy na tuto nově zřízenou kolej bylo nutné vyřešit otázku dočasného zapažení kolejového lože proti sesuvu v důsledku odtěžování druhé poloviny náspu a další výstavby mostu. Již ve fázi projektu byla navržena metoda strukturního prolepení kolejového lože pryskyřicí z důvodu její rychlosti, rychlé zatížitelnosti a možnosti realizace bez dopravních výluk, které byly nežádoucí a bez kterých by se výstavba mostu při použití jiného druhu pažení neobešla. Ve třech etapách realizace bylo kolejové lože v části mostu stabilizováno po celou dobu dokončení výstavby železničního mostu Žichlínek systémem MC-Ballastbond (obr. 5).

Obr. 6 Stabilizované kolejové lože při výstavbě mostu v Čerčanech

Součástí projektu Optimalizace trati Benešov u Prahy – Stránčice je také nový železniční most SO 93-20-03 v km 144,234 přes Sázavu. Stávající ocelový most na kamenných pilířích z roku 1929 spolehlivě fungoval do dnešních dnů. Součástí projektu je však také zvýšení traťové rychlosti, kde byla omezujícím prvkem konstrukce mostu. Proto bylo rozhodnuto, že dojde k rekonstrukci mostu. Nová konstrukce mostu o šesti polích byla navržena jako ocelobetonová, spřažená. Pod každou kolejí jsou samostatné nosné konstrukce se dvěma hlavními nosníky. Celková délka mostu je 182 m, z toho je délka přemostění 165 m. Konstrukce je opatřena průběžným kolejovým ložem. Část trati na mostě je vedena v oblouku, což společně s navrhovanou délkou stabilizovaného úseku 170 m bylo další výzvou pro popisovanou metodu prolepení lože pryskyřicí. Ve třech etapách aplikace v červnu a červenci 2009 bylo kolejové lože nového mostu pod kolejí č. 1 stabilizováno systémem MC-Ballastbond, který zde funguje a bude fungovat až do dokončení výstavby celého železničního mostu a jeho předání do provozu (obr. 6 a 7).

Obr. 7 Průjezd vlaku po zpevněném kolejovém loži mostu

Závěr

Teoretické zkoušky možností prolepování štěrku pryskyřicí, jakož i prověření této metody na mnoha stavbách v ČR nebo v zahraničí ukázaly, že se jedná o metodu účinnou, spolehlivou a funkční. Samozřejmě však ne vždy je možné tuto technologii použít a existuje celá řada omezujících podmínek. Její použití musí být vždy pečlivě naplánováno za účasti všech zainteresovaných – od správců jednotlivých objektů přes projektanta a generálního dodavatele stavby až po certifikovanou realizační firmu a dodavatele technologie. Na každou realizaci musí být vypracován a následně odsouhlasen konkrétní technologický postup, který zohlední specifické aspekty daného objektu. Jen tak je možné zajistit účinnost popisovaného systému stabilizace a zaručit jeho spolehlivost a bezpečnost.

TEXT: Ing. Tomáš Plicka
FOTO: MC-Bauchemie s.r.o.

Tomáš Plicka je obchodní ředitel společnosti ­MC-Bauchemie s.r.o.

Článek byl uveřejněn v časopisu Inžinierske stavby/Inženýrské stavby.