Gränssnitten i fokus

Utmaningen med att bygga en säker och effektiv höghastighetslinje handlar om att se bortom just den nya höghastighetsdelen, säger järnvägsspecialisterna Edwin Marks och Mat Brough.

När den nya generationen järnvägar för höghastighetståg tar form och börjar byggas, kommer vissa linjer att köras uteslutande på särskilda höghastighetsspår, medan andra använder en kombination av höghastighetsspår och den befintliga huvudlinjen. För förare av höghastighetståg kan övergången från höghastighet till huvudlinjen något tillspetsat liknas vid vad en bilförare upplever när de lämnar motorvägen och kör in på en slingrande landsväg. Hanteringen av dessa övergångar är bland de viktigaste övervägandena att göra och särskild hänsyn bör tas till säkerhetsaspekter.

Mot säkrare höghastighetståg

Det första steget för en säkrare järnväg handlar om att beräkna förändringen i hastighet mellan höghastighetsspår och den konventionella huvudlinjen för att på så vis förstå behovet av att fokusera på övergångarna. Som ett exempel kan nämnas att Storbritanniens nya HS2-tåg kommer att köras på särskilda spår med en hastighet av upp till 400 km/h. Jämför det med Storbritanniens nuvarande ”snabba” West Coast Main Line, som delvis byggdes för 180 år sedan och har en topphastighet på cirka 200 km/h. Fas ett av HS2 mellan London och Birmingham kommer att använda den befintliga huvudlinjen för att transportera passagerare norrut.

Säkrare spårövergångar

Arbetet för att uppfylla standarder har kommit långt när det gäller att bygga bort risker längs nya höghastighetsbanor, men mycket talar för att övergången mellan gamla och nya nät kan utgöra svaga punkter. Till exempel kan höghastighetståg bete sig oberäkneligt när de rör sig över de två vanligaste spårformerna – med ballast eller platta. Ett arbete pågår för närvarande som rör potentialen för en tredje spårform med god tillämpning för höghastighetsspår, nämligen asfaltsspår. Asfalt är en medelväg mellan ballast och platta, som fångar det bästa ur båda, och är för närvarande föremål för en studie som genomförs av AECOM för Rail Safety and Standards Board. Studien resulterar i ett designverktyg för asfaltsspår samt lösningar för en övergång, vilka ska minimera problemen vid gränssnitten mellan spåren.

Andra viktiga utmaningar

Olyckor som inträffat världen över sätter ljuset på två huvudfrågor där en noggrann riskbedömning är avgörande för de som är ansvariga för utformning, underhåll och drift av gränssnitten mellan nya och befintliga linjer:
Den första är kurvor för lägre hastighet. Höghastighetslinjen är utformad så rak som möjligt och alla kurvor är vinklade för att passa höga hastigheter. Vid Santiago de Compostela i Spanien 2013, till exempel, bromsade föraren för sent vid slutet av höghastighetslinjen, kom för snabbt in i den efterföljande kurvan och hela tåget vreds upp mot en hållvägg. Eftersom olycksplatsen inte ansågs vara en del av höghastighetslinjen, var den inte utrustad med samma nivå på det skydd som reglerar hastigheten — 79 människor omkom och 140 skadades.
Den andra frågan rör linjenära strukturer som inte är anpassade för höghastighetståg. Vid Eschede i Tyskland 1998, på en historisk sträcka som uppgraderats för hög hastighet, fick ett brustet hjul den främre delen av tåget att spåra ur och kollidera med en bro som rasade ner över tåget. Flera vagnar körde in i varandra — 101 människor omkom och 100 skadades.
Dessutom finns andra viktiga överväganden som omfattar riskbedömningar av operativa frågor kring gränssnittet som:
– ändringar i signalsystem och komplexa gränssnitt för signalering.
– ändringar i kontrollcentralen och vem som övervakar tåget.
– ändringar i operativa förfaranden och förarens förväntade beteende.
– ändringar i strömförsörjning och elektromagnetisk kompatibilitet.
– underhåll vid övergången mellan de olika spårformerna.

Säkrare lösningar

Spaniens senaste investering i höghastighetsnät är ett utmärkt exempel på lösningar för att minska riskerna.
För att exempelvis hantera kurvor med lägre hastighet, har AECOMs team av järnvägsspecialister i Madrid utformat anpassningar för att upprätthålla samma hastighet på intilliggande parametrar. Dessutom har signalsystem utformats för att styra tågens hastighet och på så sätt minska risken avsevärt för fel som beror på den mänskliga faktorn.
När det gäller utformningen av linjenära strukturer, har AECOMs specialister börjat från grunden. Strukturer, såsom övergångar, har utformats i enlighet med spanska riktlinjer där pelare placeras på säkert avstånd ifrån spåren. Risken för urspårningar ökar vid växlar och korsningar så dessa får inte placeras under eller i närheten av övergångar.
När det gäller andra frågor kring de operativa gränssnitten, är också kontinuitet inom områden som kommunikation och kompatibilitet mellan systemen avgörande för säkerheten. Madrid-centrets arbete har omfattat ett stort antal förbättringar kopplat till säkerheten. Vid exempelvis signalering har en integrationsprocess utvecklats, för olika signalsystem och leverantörer, som ska minska risken för att kommunikation går förlorad vid övergångarna. I ett annat projekt har verktyg tagits fram för att hantera gränssnittet mellan olika kontrollcenter. Kontrollen för höghastighetslinjen är vanligen inte densamma som för den konventionella linjen och kan hanteras av separata företag. Metoden för att förbereda varandra för överlämningen av tåg behöver därför skötas noggrant.

Case – innovation
Först i världen inom testning av järnvägsspår

Minskat järnvägsunderhåll och ökad passagerarsäkerhet – den innovativa, mekaniserade Rail Trackbed Stiffness Tester (RTST) har utformats för att användas vid järnvägsnät världen över. Genom snabb, säker och korrekt insamling av centrala data ger den prisbelönta maskinen ingenjörer tillgång till viktig information om spårstrukturens prestanda – information som kan användas för design, validering av konstruktioner eller ökad förståelse vid utredning av fel. Innan maskinen utvecklades var det en arbets- och tidskrävande uppgift att samla in data från spårstyvhetsmätningar. Maskinen programmeras nu för användning vid flera platser för underhåll längs höghastighetsjärnvägar för att utreda orsakerna bakom fel. Förhoppningen är att resultaten kan användas som vägledning av framtida bästa praxis vad gäller utformningen av höghastighetsspår.