Bahnbau und Bahninfrastruktur

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1 Bahnbau und Bahninfrastruktur

2 Reinhard Menius Volker Matthews Bahnbau und Bahninfrastruktur Ein Leitfaden zu bahnbezogenen Infrastrukturthemen 9., überarbeitete und aktualisierte Auflage

3 Reinhard Menius Nürnberg, Deutschland Volker Matthews Hersbruck, Deutschland ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Vieweg Die Auflagen 1 8 sind erschienen in der Reihe Teubner Studienskripten Bauwesen Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 1986, 1992, 1996, 1998, 2002, 2003, 2007, 2011, 2017 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Der Verlag bleibt im Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutionsadressen neutral. Lektorat: Dipl.-Ing. Ralf Harms Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Vieweg ist Teil von Springer Nature Die eingetragene Gesellschaft ist Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH Die Anschrift der Gesellschaft ist: Abraham-Lincoln-Strasse 46, Wiesbaden, Germany

4 Vorwort Dieses Buch ist die neunte, nunmehr grundlegend überarbeitete, Auflage des Buches Bahnbau von Herrn Prof. Dr.-Ing. Volker Matthews. Die eigenverantwortliche Übernahme des Buches zur Fortschreibung, Überarbeitung und Weiterentwicklung wurde mir freundlicher Weise von Herrn Prof. Dr.-Ing. Volker Matthews übertragen. Die vorliegende 9. Auflage Bahnbau und Bahninfrastruktur greift auf wesentliche Kernthemen der 8. Auflage zurück, die aktualisiert und teils grundlegend ergänzt sind. Das zum Zeitpunkt der 8. Auflage sehr aktuelle Thema der Magnetbahn wird in der vorliegenden 9. Auflage nur noch in wenigen Vergleichspunkten aufgegriffen, zumal der Magnetbahn der wirtschaftliche Durchbruch bisher nicht gelang; zur Magnetbahn kann bei Bedarf auf die ansonsten überholte 8. Auflage zurückgegriffen werden. Dafür wurden nun andere in unmittelbarem Zusammenhang zur insbesondere bautechnischen Infrastruktur von Schienenbahnen stehende Themen ergänzt. Mit der Fortschreibung dieses Buches Bahnbau und Bahninfrastruktur sollen insbesondere Studierende der technischen Fakultäten, die in die Bahninfrastruktur bzw. den Bahnbau neu einsteigen oder dieses Thema vertiefen wollen, angesprochen werden. Verschiedene Punkte bieten auch Praktikern vertieften Einblick und die Möglichkeit sich in Zusammenhänge der Bahninfrastruktur einzuarbeiten. Dieses Buch vermittelt insbesondere bauspezifische Grundlagen der Schienenbahnen und deren Zusammenhänge. Eine gut ausgebaute Infrastruktur ist Grundlage eines funktionsfähigen Gemeinwesens. Die Netze der Schienenbahnen im Fern-, Regional- und im Ballungsverkehr sie werden vom Personen- und vom Güterverkehr genutzt sind unverzichtbarer Bestandteil dieser Infrastruktur. Die Öffentlichkeit reagiert auf Planungen von Bahnen äußerst umweltsensibel. Dies gilt für den Neu- und Ausbau und z. T. auch bereits für Instandhaltungsmaß- V

5 VI Vorwort nahmen. Deshalb sind neben technischen Planungsparametern die Anforderungen der Umweltverträglichkeit wichtige Vorgaben für den Planer von Bahnanlagen. Bahnen können hinsichtlich der technischen Bauart, der Verkehrsform, der Eigentumsverhältnisse und der Betriebsweise unterschieden werden. Entsprechend dieser Zuordnungen sind unterschiedliche Gesetze und Verordnungen, in denen auch die Trassierungsparameter festgelegt sind, anzuwenden. Die Einteilung der Bahnen nach vorstehenden Kriterien und ihre Rechtsgrundlagen werden erläutert. Weitere Themen, wie Lichtraumprofile, Linienführung in Grund- und Aufriss, Querschnittsgestaltung, Unter- und Oberbau sowie Weichen und Kreuzungen beziehen sich vorwiegend auf normalspurige Bahnen, also auf die klassische Schienenbahn. Darüber hinaus werden für Schienenbahnen u. a. die Themen Instandhaltung des Oberbaus, ausgewählte Signale, das Bauen unter Betrieb und die Grundlagen des Verkehrslärms angesprochen. Sollten Sie als Leser Fehler oder Unklarheiten entdecken, wenden Sie sich bitte jederzeit an den Verfasser dieser Auflage und Unterzeichner dieses Vorwortes. Gez. Reinhard Menius

6 Hinweis Das Buch besteht aus 21 Kapiteln mit untergliedernden Abschnitten. Die Abbildungen (Abb.), Tabellen (Tab.) und Gleichungen sind in diesem Buch je für sich und je Kapitel mit vorangestellter Kapitelnummer laufend nummeriert. VII

7 Abkürzungsverzeichnis Erläuterung weiterer Abkürzungen (zur Linienführung) in Abschn ABS AC AEG AFB AMbG ARS ATS ATWS BAst BEVVG BEZNG BImschG BlmSchV BMVI BOA BOStrab BVWP BzS CER CIR-ELKE DB DB AG DBGrG DC Dosto Ausbaustrecke Wechselstrom (alternating current) Allgemeines Eisenbahngesetz Automatische Fahr- und Bremssteuerung Allgemeines Magnetschwebebahngesetz Aktive Radsatzsteuerung Asphalttragschicht Automatic Track Warning System Betriebliche Aufgabenstellung Gesetz über die Eisenbahnverkehrsverwaltung des Bundes Bundeseisenbahnneugliederungsgesetz Bundesimmissionsschutzgesetz Bundesimmissionsschutzverordnung Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur Betriebsordnung für Anschlussbahnen Verordnung über den Bau und Betrieb von Straßenbahnen Bundesverkehrswegeplan für den Bahnbetrieb zuständige Stelle Community of European Railway und Infrastructure Companies Computer Integrated Railroading Erhöhung der Leistungsfähigkeit im Kernnetz Deutsche Bahn Deutsche Bahn Aktiengesellschaft Deutsche Bahn Gründungsgesetz Gleichstrom (direct current) Doppelstock-(...) IX

8 X DR BTS EBA EBO EBOA ESBO EDS EIRENE EKrG EMS ENeuOG ERA ERTMS ES ESO ETCS EUK FF FlurBG GG GSM-R GNT GVFG HGV LEisenbG LZB MbBO MBPlG NBS NE-Bahn ÖPNV PBefG RegG Ril SEV SGV Abkürzungsverzeichnis Deutsche Reichsbahn Betontragschicht Eisenbahn-Bundesamt Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung für Anschlussbahnen Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung für Schmalspurbahnen Elektrodynamisches Schweben, abstoßende Wirkung der Magnetfelder European Integrated Railway Radio Enhanced Network Eisenbahnkreuzungsgesetz Elektromagnetisches Schweben, anziehende Wirkung der Magnetfelder Eisenbahnneuordnungsgesetz European Railway Agency, ab 2016 neu: European Union Agency for Railways (bislang ohne offiz. Abkürzung) European Rail Traffic Management System Erhöhte Seitenbeschleunigung (in Kurven bei NeiTech-Fahrten) Eisenbahn-Signalordnung European Train Control System Eisenbahnunfallkasse (jetzt siehe UVB) Feste Fahrbahn Flurbereinigungsgesetz Grundgesetz Global System for Mobile Communications Rail(way) Geschwindigkeitsüberwachung Neigetechnik Gemeindeverkehrsfinanzierungsgesetz Hochgeschwindigkeitsverkehr Landeseisenbahngesetz (teils auch LEG) Linienzugbeeinflussung Magnetschwebebahn-Bau- und Betriebsverordnung Magnetschwebebahnplanungsgesetz Neubaustrecke Nichtbundeseigene Eisenbahn Öffentlicher Personennahverkehr Personenbeförderungsgesetz Regionalisierungsgesetz Richtlinie Schienenersatzverkehr (mit Bussen und/oder Taxi) Schienengüterverkehr

9 Abkürzungsverzeichnis XI SPFV SPNV TEN TSI Twinndexx TWS UIC UVB UiG VDV WAKO ZiE Schienenpersonenfernverkehr Schienenpersonennahverkehr Transeuropäische Netze Technische Spezifikationen Interoperabilität Schweizer HGV-Dosto-Zug (auch TWINNDEXX) Track Warning System Union internationale des chemins de fer Internationaler Eisenbahnverband (International Union of Railways) Unfallversicherung Bund und Bahn Unternehmensinterne Genehmigung (der DB Netz AG Zentrale) Verband Deutscher Verkehrsunternehmen Wankkompensation Zustimmung im Einzelfall durch Aufsichtsbehörde EBA (z. B. zu UiG) Abkürzungen einer Auswahl (verwendeter) Zuggattungen Personenfernverkehr der DB IC ICE EC InterCity, schnellfahrende Personenzüge. InterCity Express, schnellfahrende Personenzüge mit bes. Komfort. EuroCity, schnellfahrende Personenzüge im internationalen Verkehr. Andere beispielhaft in Deutschland nicht bei der DB Fernverkehr gebräuchlich: THA Thalys, schnellfahrende Personenzüge Paris-Brüssel Köln-Amsterdam RJ RailJet, schnellfahrende Personenzüge der ÖBB (Österr. Bundesbahn) TGV Train à Grande Vitesse, schnellfahrende Personenzüge der SNCF (Franz. Staatsbahn) HKX Hamburg-Köln-Express, schnellfahrende Personenzüge der HKX GmbH D Schnellzug, (inter)nationaler Fernzug (veraltet) Regionalverkehr der DB Regio RE IRE RB S Regionalexpress, schneller Nahverkehrszug, mit wenigen Systemhalten Interregio-Express Regionalbahn, Nahverkehrszug S-Bahn im linienbezogenen Ballungsverkehr

10 XII Abkürzungsverzeichnis Hinweis: Die ca. 400 Eisenbahnverkehrsunternehmen (EVU), die auf dem Streckennetz der DB Netz verkehren, haben eigene Zuggattungsbezeichnungen. Güterverkehr Auf Beispiele wird verzichtet, da eine Vielzahl von Gattungsbezeichnungen, die in letzter Zeit einem häufigen Wechsel unterlagen, besteht.

11 Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte der Bahnen Schienenbahnen Magnetschwebebahnen... 6 Literatur Einteilung der Bahnen... 9 Literatur Rechtsgrundlagen Gesetze und Verordnungen Europarecht Baurechtliche Verfahren Literatur Technische Grundlagen Das Rad-Schiene-System Spurweite Räder und Radsätze Entgleisungssicherheit Fahrdynamik Antriebe Widerstände Literatur Definition der Bahnanlagen Bahnhöfe Weitere Definitionen zu Bahnanlagen Literatur XIII

12 XIV Inhaltsverzeichnis 6 Lichtraumprofile Fahrzeugbegrenzungslinien Lichtraumprofile der Schienenbahnen Regellichtraum nach EBO Lichtraumprofil GC für Neu- und Ausbaustrecken Lichtraumprofil für S-Bahnen Regellichtraum nach EBOA bzw. BOA Profilpunkte bei Gleisen mit Überhöhung Literatur Gleisabstände bei Schienenbahnen Abstand zwischen Streckengleisen Gleisabstand in Bahnhöfen Gleisabstand bei Gleisen mit Überhöhung Abstände zu Kunstbauwerken Literatur Linienführung Formelzeichen und ihre Bedeutung Geschwindigkeiten Längsneigung und Neigungswechsel Neigung der freien Strecke Neigung der Bahnhofsgleise Neigungswechsel Kreisbogen Überhöhung Ausgleichende Überhöhung Mindestüberhöhung und Überhöhungsfehlbetrag Regelüberhöhung Zulässige Überhöhung Überhöhungsrampe Gerade Überhöhungsrampe Geschwungene Überhöhungsrampe Übergangsbogen Übergangsbogen mit gerader Krümmungslinie Übergangsbogen mit geschwungener Krümmungslinie Übergangsbogen bei Gegenbogen

13 Inhaltsverzeichnis XV 8.8 Gleisverziehungen Gleisbogenabhängige Wagenkastensteuerung Zulässige Geschwindigkeiten der Schienenbahnen Literatur Terminologie für den Schienenbahnbau Literatur Untergrund und Unterbau Grundlagen Entwässerung des Bahnkörpers Offene Entwässerungsanlagen Tiefenentwässerung Literatur Oberbau Schienen Schwellen Befestigungsmittel Bettung Bettungsquerschnitte Beton-Breitschwellengleis Feste Fahrbahn Sonderformen des Oberbaus Schienenauszüge Mittel zur Sicherung der Gleislage Gleisabschlüsse Literatur Weichen und Kreuzungen Einfache Weichen Weichengeometrie Bauteile der Weichen Zungenvorrichtung Zwischenschienenteil Herzstück und Radlenker Antrieb und Verschluss Unterschwellung

14 XVI Inhaltsverzeichnis 12.4 Doppelweichen Bogenweichen Berechnung der Bogenweichen Bogenweichen mit geradem Herzstück Weichen im Übergangsbogen Kreuzungen Kreuzungsweichen Grenzzeichen Einbaukriterien für Weichen und Kreuzungen Absteckmaße der Weichen und Kreuzungen Einfache Weichen, Grundformen der DB Einfache Weichen, Grundformen für Zweiggleisgeschwindigkeiten v z > 100 km/h Klothoidenweichen für Abzweigstellen Klothoidenweichen für Gleisverbindungen Grundformen der Kreuzungen Kreuzungsweichen (Regelbauarten) Abgeleitete Weichen und Regelweichen-NE Unterlagen für Bestellung und Einbau von Weichen Einbau von Weichen Literatur Abnahme und Instandhaltung des Oberbaus Literatur Berechnen von Gleisverbindungen Gerade Gleisverbindungen Gleisverbindung mit Weichen gleicher Neigung Gleisverbindung mit Weichen verschiedener Neigung Abzweig in ein Parallelgleis Hinweise zur Gestaltung von Lageplänen Zeichnen eines Kreisbogens Konstruktion einer Tangente an einen Kreisbogen Darstellung von Übergangsbogen Konstruktion einer Bogenweiche

15 Inhaltsverzeichnis XVII 16 Bahnübergänge Bahnübergänge ohne technische Sicherung Bahnübergänge mit technischer Sicherung Bautechnische Ausbildung der Bahnübergänge Hinweise zur Gestaltung der Straßenverkehrsanlagen im BÜ-Bereich Literatur Ausgewählte Signale und Signalsysteme Hauptsignale (Hp) Vorsignale (Vr) Planzeichen der Haupt- und Vorsignale Kombinationssignale (Ks) Rottenwarnsignale (Ro) Zugsicherung Linienzugbeeinflussung Europäisches Zug-Kontroll-System (ETCS) ERTMS, GSM-R und sonstige TK-Systeme Stellwerks- und Betriebsleitstellentechnik Literatur Oberleitung Literatur Bauen unter Eisenbahnbetrieb Baubetriebliche Anmeldungen Anmeldungen zur La Betra-Antrag und Betra Unterlagen auf der Baustelle Technische Besonderheiten des Bauens unter dem Rollenden Rad Hilfsbrücken und Kleinhilfsbrücken Literatur Sicherung gegen die Gefahren aus dem Eisenbahnbetrieb Literatur

16 XVIII Inhaltsverzeichnis 21 Schienenverkehrslärm Grundlagen Berechnungsverfahren Literatur Gesetze, Verordnungen und Richtlinien Weiterführende Literatur Sachverzeichnis

17 Über die Autoren Prof. Dipl.-Ing. Reinhard Menius war nach dem Studium des Bauingenieurwesens 42 Jahre bis 2015 bei den Deutschen Eisenbahnen weitgehend interdisziplinär in verschiedensten technischen Leitungs- und Fachfunktionen eingesetzt. Er hält zu diesen und erweiterten Themen dieses Buches seit 1991 Vorlesungen an der Hochschule/FH Coburg und seit 2015 auch an der TH Nürnberg (zwischenzeitlich auch in kleinerem Umfang 11 Jahre an der Akademie der Hochschule Biberach). Prof. Dr.-Ing Volker Matthews lehrte an der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm und war als öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Eisenbahnbau und -betrieb, Ingenieurvermessungen tätig. XIX