Mimořádná nehodová zatížení od nárazů železničních vozidel na podpěrné konstrukce mostů a jiných staveb nad kolejištěm a opatření k omezení jejich účinků

Ing. Josef Sláma, CSc., České dráhy s.o. , Technická ústředna dopravní cesty

1. Úvod - nehodové události příčinou mimořádných zatížení

Nehody způsobené nárazy železničních vozidel včetně vozidel vykolejených na důležité části staveb mohou být způsobeny různými okolnostmi a příčinami, jejichž vzájemnou souvislost a spolupůsobení nelze vždy jednoduchou analýzou jednoznačně určit. Mezi faktory, které se na nehodových vzdálenostech podílejí patří např.:

• selhání lidského činitele,
• selhání techniky (bezpečnostně technické ochrany),
• rychlost, hmotnost a směr pohybu narážejícího vozidla nebo vlaku,
• poloha koleje a její geometrie (oblouky, výhybky, ...),
• tuhost a konstrukční uspořádání části stavební konstrukce dotčené nárazem,
• statický systém nosné konstrukce stavby nad kolejemi,
• způsob využívání stavby nad kolejemi v  době nehody,
• způsob provozování železniční dopravy v  dotčené oblasti v  době nehody,
• stávající konstrukční opatření pro ochranu staveb proti nárazům kolejových vozidel,
• sabotáže apod.

2. Ochranná opatření

Ke zmírnění důsledků od nárazu kolejových vozidel na podpěrné konstrukce přemostění a jiných staveb nad kolejištěm se provádějí především statická a konstrukční opatření jak na podpěrných konstrukcích, tak na doplňujících ochranných zařízeních dle dále uvedeného členění podle třídy stavby a bezpečnostního pásma. Velmi účinná mohou být ochranná zařízení jak s odvratnou, tak se záchytnou funkcí. Jejich vhodným použitím lze účinně ochránit ohrožené nosné konstrukce a omezit a zredukovat jejich dimenzování na účinky mimořádných zatížení od nárazu kolejových vozidel.[2]

Zařízení s  odvratnou funkcí zabraňují nárazu na podpěrné konstrukce nebo jej podstatně redukují.

1. Základy vystupující nad úroveň terénu („nadzemní základy“), nástupiště a skladištní rampy jsou účelové prostředky ke snížení rizika nárazů a jsou vhodné pro všechny rychlostní skupiny.
2. Vodicí stěny jsou vhodné pouze v  případě, jsou-li schopné zachytit značná horizontální zatížení a vykazují-li dostatečnou houževnatost. U vodicích stěn musí být pozornost věnována jejich ukotvení s  nadzemními základy, které musí mít výšku nad temenem kolejnice nejméně 76 cm. Vodicí stěny vedle koleje je vhodné osazovat na nejmenší možnou osovou vzdálenost.
3. Ochranné a záchytné kolejnice jsou účinným opatřením k  ochraně části staveb vůči účinkům nárazů kolejových vozidel provozovaných malou rychlostí na seřaďovacích kolejích nebo na kolejích určených k  přistavování vlakových souprav.

Zařízení se záchytnou funkcí nárazových sil musí být schopna absorbovat kinetickou energii pohybujících se vozidel. Jsou to:

1. Masívní zarážedla jsou konstrukční prvky s  progresívními vlastnostmi pro absorbci kinetické energie. Navrhují se tak, aby zároveň plnila i nejvyšší možnou odvratnou funkci. Mají být ukotvena takovým způsobem, aby při nárazu nedošlo k  totálnímu vytržení základů, ale k  porušení v  předurčené lomové spáře s  možností snadné opravy (náhrady) zarážedla.
2. Konstrukce s  tlumicími funkcemi slouží k  absorbci kinetické energie. Prakticky se uplatňují pro nižší rychlosti, např. jako posuvné zarážedlo.

3. Zatřídění staveb

Stavby nad kolejemi železničních tratí a stanic jsou podle charakteru používání a způsobu provozování rozděleny do následujících tříd:

Třída A: stavby s  nástavbami, které jsou určeny pro trvalý pobyt osob (kancelářské a obchodní prostory, obytné místnosti apod.), popř. k  dočasnému shromažďování osob (kinosály, divadla apod.) nebo také vícepodlažní zařízení, která nejsou určena pro trvalý pobyt osob (např. vícepodlažní parkoviště a skladiště).

Třída B: stavby bez nástaveb (dopravní plochy, mosty a objekty mostům podobné, jednopodlažní zařízení bez trvalého pobytu osob); dále se člení na:

4. Definice bezpečnostních pásem

Bezpečnostní pásma jsou stanovena s  ohledem na bezpečnost a stabilitu staveb ve vztahu ke kolejišti a případným následkům nehodových událostí, zejména při vykolejení nebo čelním nárazům vozidel.

5. Mimořádná zatížení od železniční dopravy pod mosty nebo v blízkosti jiných konstrukcí (podle ČSN P ENV 1991-2-7 [1])

1. Návrhové hodnoty vodorovných ekvivalentních sil od nárazu na svislé nosné prvky (např. sloupy, stěny) jsou pro různé návrhové situace uvedeny v tabulce 1.
    
   Tabulka 1: Vodorovné ekvivalentní statické návrhové síly od nárazu na spodní stavby mostů nebo na jiné konstrukce nad železničními tratěmi

   Vzdálenost s od svislých nosných prvků k ose nejbližší koleje [m]	Síla Fd,x [kN]	Síla Fd,y[kN]
   průběžné stěny a podpěry s < 3 m	0	1500
   členěné stěny a podpěry s < 3 m	první prvek 1000 další prvky 4000	první prvek 3500 další prvky 1500
   3 m Ł s Ł 5 m	4000	1500
   s > 5 m	0	0
   POZNÁMKA: x = směr koleje, y = kolmo na směr koleje

2. Vodorovné ekvivalentní statické návrhové síly podle tabulky 1 lze použít pro situace, kdy maximální dovolená traťová rychlost je nejvýše 120 km/hod. Pro rychlosti nad 120 km/hod. se mají stanovit návrhové hodnoty vodorovné ekvivalentní statické síly s  ohledem na použití přídavných preventivních a/nebo ochranných opatření.
3. Jestliže maximální dovolená traťová rychlost je nejvýše 50 km/hod., lze síly z  tabulky 1 vynásobit součinitelem 0,5.
4. Síly F_d,x a F_d,y působí ve výšce 1,8 m nad temenem kolejnic; není třeba je uvažovat současně. Předpokládá se, že plocha nárazu je 1 m vysoká a 2 m široká.
5. U podpěr, které jsou umístěné mezi pevnými nástupišti nebo obklopené pevnou podezdívkou soklu s  horní úrovní alespoň 0,55 m nad temenem kolejnic, lze redukovat určené ekvivalentní síly na polovinu.
6. Pro koncové stěny se má uvažovat návrhová síla F_d,x= 5 000 kN pro osobní vlaky a F_d,x= 10 000 kN pro posunovací a seřaďovací vlaky. Tyto síly se mají aplikovat ve výšce 1,0 m nad temenem kolejnic.
7. Není třeba uvažovat, že železniční vozidla jedoucí pod mostem narazí do hlavní nosné konstrukce. Předpokládá se, že železniční vozidla mohou narazit pouze do spodní stavby mostu.

6. Konstrukční a statická opatření

Účinky mimořádných nehodových zatížení od železniční dopravy lze příznivě zmírnit následujícími konstrukčními opatřeními, jež jsou dále uvedena v  členění podle tříd, pásem, popř. skupin.

6.1 Stavby třídy A

Následující doporučení platí pro návrh konstrukčního uspořádání podpěrných konstrukcí, jejich zatížení a posouzení v  závislosti na umístění podpěr (pásmo 1, 2, 3) a uspořádání kolejí a provozních podmínkách na nich.

Pásmo 1

Pásmo 2

• Skupina 1: Pravidelně jsou provozovány vlaky rychlostí 50 až 120 km/h.
• Skupina 2: Pravidelně projíždějí vlaky rychlostí max. 50 km/h.
• Skupina 3: Manipulační koleje pojížděné rychlostí max. 20 km/h.

Podpěrné konstrukce pro skupinu 1 se navrhují jako průběžná stěna, ve které lze umístit prostupy. Přípustné jsou také stěnové dílce. V  případě řešení průběžných zdí stěnovými dílci musí být jejich rozměry stanoveny tak, aby při nárazu kolejového vozidla do jednotlivých dílců nedošlo ke zborcení a sesutí vrchní stavby. Rozměry dílců, zejména jejich šířka ve směru rovnoběžném s  osou koleje, se stanoví tak, aby nedošlo ke kolapsu následkem nárazu kolejového vozidla. Minimální rozměry musí být: šířka (tloušťka) nejméně 0,8 m, délka je čtyřnásobkem šířky, nejméně však polovina výšky stěny mezi úrovní temene kolejnice a stropu. Průběžnou stěnu nebo nosný prvek není nutno použít, je-li u koleje nástupiště nebo zvýšený základ s  výškou nejméně 55 cm (lépe 76 cm) nad temenem kolejnice.

Podpěrné konstrukce pro skupinu 2 se navrhují obdobně jako pro skupinu 1. Není-li možné požadavky z  technických nebo provozních důvodů dodržet, lze navrhnout jednotlivé podpěry (sloupy). Před osamělým sloupem nebo krajním v  řadě musí být osazeno zarážedlo. Zarážedla musí být navržena a zřízena tak, aby plnila funkci záchytného a odvratného zařízení, které při poškození lze snadno vyměnit. Je třeba posoudit výpadek jednotlivé podpěry. Narušení více sloupů není nutné uvažovat.

Podpěrné konstrukce pro skupinu 3 je třeba z  provozních důvodů (např. rozhled při posunu) navrhovat jako osamělé podpěry. Pokud však situace umožňuje, dává se přednost podpěrným stěnám nebo stěnovým dílcům. Před osamělým sloupem nebo krajním v  řadě se osazuje zarážedlo. Kromě toho se doporučuje osadit pojistný úhelník nebo ochrannou kolejnici délky nejméně 30 m.

Pásmo 3

6.2 Stavby třídy B:

1. Kyvné podpěry (stojky) vedle kolejiště v  pásmu 1 a 2 nejsou přípustné.
2. Podpěrné konstrukce umístěné na nástupištích s  výškou min. 38 cm nad temenem kolejnice lze navrhnout jako osamělé podpěry (sloupy).
3. Vodorovné ekvivalentní statické návrhové síly od nárazu na spodní stavbu se nepoužívají.
4. Podpěrné konstrukce staveb zařazené do B 1 se navrhují:
   
   
   • pro pásmo 1 jako průběžné stěny
   • pro pásmo 2 jako průběžné stěny nebo stěnové dílce s následujícími minimálními rozdíly rozměry: šířka (tloušťka) musí být nejméně 0,6 m, délka je čtyřnásobkem šířky, nejméně však polovina výšky stěny mezi úrovní temene kolejnice a stropu.
   
   Dále je nutno posouzením prokázat, že
    
   
   • poloviční příčný průřez vyhovuje pro stálé a pohyblivé zatížení
   • třetinový příčný průřez vyhovuje pro stálé zatížení.
   
   
5. Podpěrné konstrukce staveb zařazené do B 2, jsou-li umístěny v  pásmu 1, kde jsou koleje v  nepříznivých poměrech (malé poloměry oblouků, oblast výhybek apod.) se navrhují jako průběžné stěny nebo stěnové dílce.

7. Závěr

Vyhláška UIC 777-2 [2] a evropská přednorma ČSN P ENV 1991-2-7 [1] uvádějí opatření k  problematice ochrany staveb nad železnicí proti nehodám s  následky vykolejení a nárazů nezvládnutých železničních vozidel. Pravidla platí pro nově navrhované stavby pro rychlosti do 120 km/h. Pro stavby na vysokorychlostních tratích stanoví železniční správa další zvláštní opatření. V Mezinárodní železniční unii se pracuje na doporučení pro stavby třídy B a rychlosti 120 až 300 km/h.

literatura:

[1] ČSN P ENV 1991-2-7 (73 0035) Zásady navrhování a zatížení konstrukcí - Část 2-7: Zatížení konstrukcí - Mimořádná zatížení od nárazů a výbuchů

[2] Vyhláška UIC 777-2 Stavby nad železničními tratěmi - stavebně technická opatření v  prostoru kolejiště. Mezinárodní železniční unie (UIC), Paris, 1. vydání z  1.1.1997, anglicky, francouzsky, německy.

zpět na seznam