8 Linienführung Grund- und Aufriss

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1 8 Linienführung Die Linienführung der Gleise in Grund- und Aufriss wird durch Trassierungselemente bestimmt. Für Trassierungselemente sind in den Bau- und Betriebsordnungen (EBO, EBOA, BOStrab, MbBO) Grenzen für zulässige Mindest- bzw. Höchstwerte festgelegt. Diese Grenzwerte beinhalten Sicherheitsreserven, weshalb ein Abweichen von den Grenzwerten nicht zwangsläufig zu einer Betriebsgefahr führt. Für die Schienenbahnen und auch für die Magnetschwebebahn sind die Trassierungsparameter in Richtlinien und Vorschriften festgelegt. Der Planung einer Linienführung liegt ein Betriebsprogramm zugrunde, welches für den Zeitpunkt der Inbetriebnahme der Trasse prognostiziert wird. Das Betriebsprogramm enthält Angaben über die Anzahl der voraussichtlich verkehrenden Züge und über die Verteilung dieser Anzahl auf verschiedene Zuggattungen (Personenzüge des Fernverkehrs: EC, IC, ICE, ICN, IR, THALYS, CNL, UEx, und D-Züge; Personenzüge des Nahverkehrs: IRE, RE, RB und S-Bahn, Güterzüge, z.b.: Ganzzüge CS, CT, IK und Züge des Einzelwagenverkehrs FR, FS und FZ. (Die Abkürzungen sind im Abkürzungsverzeichnis erläutert.). Es wird auch eine angestrebte Geschwindigkeit vorgegeben: die Entwurfsgeschwindigkeit v e. Die Trassierungselemente sollen derart gewählt werden, dass mit dem jeweils vorgegebenen Betriebsprogramm ein möglichst günstiges wirtschaftliches Verhältnis zwischen Fahrdynamik, Baukosten und zu erwartenden Unterhaltungskosten der Infrastruktur erreicht wird. Mit Grenzwerten soll nur in Ausnahmefällen trassiert werden, um den Aufwand für die Unterhaltung möglichst gering zu halten. Für eine wirtschaftliche Trassierung wurden im Laufe der Zeit Regelwerte" entwickelt. Ihnen liegen wissenschaftliche Erkenntnisse und praktische Erfahrungen zugrunde. Es ist anzustreben, mit diesen Regelwerten zu arbeiten. Für die Trassierung wurde ein Ermessens- und Genehmigungsbereich für Parameter der Linienführung definiert (Bild 8.1), der durch die Herstellungsgrenze und den Ermessensgrenzwert begrenzt wird. Die Herstellungsgrenze ist durch Gesichtspunkte einer sinnvollen Herstellung und Instandhaltung markiert. Es ist z. B. nicht sinnvoll, Überhöhungen kleiner als 0 mm herzustellen. Der Ermessensgrenzwert entspricht den Grenzwerten der EBO.

2 8. Linienführung 67 Bereich Grenzen und Werte Herstellungsgrenze Regelwert Ermessensbereich Ermessensgrenzwert Genehmigungsbereich Zustimmungswert Ausnahmewert Bild 8.1 Ermessens- und Genehmigungsbereich für Paramter der Linienführung Neben dem Ermessensbereich gibt es den Genehmigungsbereich für Parameter der Linienführung, welcher den Zustimmungs- und den Ausnahmewert umfasst. Die Vorgaben der EBO werden in diesem Bereich nicht mehr eingehalten. Deshalb sind besondere Ausnahmegenehmigungen von der Aufsichtsbehörde (z. B. EBA, s. Kap. 3.1) erforderlich. Nachfolgend wird überwiegend der Ermessensbereich der Parameter behandelt. Der Verlauf der geplanten Trasse wird in Plänen in drei Ebenen dargestellt: Im Grundriss gibt es drei Trassierungselemente: die Gerade, den Kreis und -als Verbindungselement zwischen beiden- den Übergangsbogen. Der Wechsel von Trassierungselementen führt zu Unstetigkeitsstellen im Gleis, wodurch die Fahrzeuge in Schwingungen versetzt werden, deren Abklingzeit etwa 1,5 bis Sekunden beträgt. Die Trassierung soll derart erfolgen, dass sich die Fahrzeugschwingungen aus mehreren Unstetigkeitsstellen nicht addieren. Die Länge einzelner Trassierungselemente ist in Abhängigkeit von der Entwurfsgeschwindigkeit so zu bemessen, dass diese von den Fahrzeugen mindestens 1,5 bis Sekunden befahren werden. Deshalb sollten die Trassierungselemente mit einer Mindestlänge geplant werden. Diese beträgt: l 0, 4 v e (m) (Gl.8.1) Von dieser Vorgabe gibt es Abweichungen; z. B. in Weichenverbindungen oder Abzweigungen in ein Parallelgleis. Grundrisse werden in Lageplänen dargestellt. Die gängigen Maßstäbe sind: 1 : 1.000, 1 : und 1 : Im Aufriss wird die Gradiente (= Neigungslinie) der Schienenbahnen bei konstanter Neigung als Gerade ausgebildet. Neigungswechsel werden mit Kreisbögen ohne Übergangsbogen ausgerundet. Bei der Magnetschnellbahn Transrapid wird zwischen Gerade und Ausrundungskreisbogen ein Übergangsbogen (Klothoide) gelegt.

3 Formelzeichen und ihre Bedeutung Der Aufriss wird im Längenschnitt, der auch als Längsprofil oder Höhenplan bezeichnet wird, dargestellt. Da die Höhenunterschiede im Vergleich zur Längenentwicklung relativ klein sind, erfolgt die Darstellung in einem verzerrten Maßstab, der meistens 10-fach überhöht ist: Maßst. d. Länge (MdL) 1 : : : 500 Maßst. d. Höhe (MdH) 1 : 00 1 : : 50 Im Querschnitt wird der Gleiskörper einschließlich Entwässerungseinrichtungen und anschließendem Gelände im Maßstab (unverzerrt) 1 : 50 oder 1 : 100 dargestellt. 8.1 Formelzeichen und ihre Bedeutung Für Trassierungselemente und Bemessungsgrößen sind Abkürzungen eingeführt. Diese werden sowohl in den Formeln für die Berechnung der Elemente als auch zu ihrer Kennzeichnung in Plänen angewandt. Wesentliche Abkürzungen und ihre Bedeutung sind in der nachfolgenden Tabelle 8. zusammengestellt. Tabelle 8. Abkürzungen und ihre Bedeutung Formelzeichen Bedeutung des Formelzeichens Einheit a Scheitelabstand bei Ausrundungsbögen m AA Ausrundungsbogenanfang AE Ausrundungsbogenende a r Radialbeschleunigung m/s a q Beschleunigung in Querrichtung m/s BA Bogenanfang BE Bogenende BM Bogenmitte BW Bogenwechsel e Gleisabstand m f Abrückmaß des Gleisbogens gegenüber der mm Tangente bei Übergangsbögen h f Pfeilhöhe mm Δh Höhenunterschied m I Längsneigung 0 / 00 k Krümmung des Gleisbogens (1/r = k)

4 8.1 Formelzeichen und ihre Bedeutung 69 noch Tabelle 8. Abkürzungen und ihre Bedeutung Formelzeichen Bedeutung des Formelzeichens Einheit l a Länge d. Ausrundung bei Kuppen und Wannen m l b Länge von Kreisbögen (Bogenlänge) m lg Länge einer Zwischengeraden m l n Nutzbare Gleislänge (auch als NL üblich) m l R Länge der Überhöhungsrampe m l RB Länge der Überhöhungsrampe nach Bloss m l RS Länge der S-förmigen Überhöhungsrampe m l t Tangentenlänge m l ta Tangentenlänge des Ausrundungsbogens m l U Übergangsbogenlänge, gerade Krümmungslinie m l UB Übergangsbogenlänge, nach Bloss m l US Übergangsbogenlänge, S-förmige Krümmung m l w Länge der Weiche m ldsch letzte durchgehende Schwelle m max Vorsatz für Höchstwert min Vorsatz für Mindestwert 1 : m Neigung der Überhöhungsrampe 1 : n Neigung der Weichentangente N Höhe im System DHHN 1 oder DHHN 9 m NW Höhe des Neigungswechsels m oa ohne Angabe des Ausrundungshalbmessers r Gleisbogenradius m r o Radius d. Zweiggleises der Weichengrundform m r a Ausrundungshalbmesser der Neigungswechsel m r s Radius des Stammgleises einer Bogenweiche m r z Radius des Zweiggleises einer Bogenweiche m reg RA RE RM s Vorsatz für Regelwert Rampenanfang Rampenende Rampenmitte Abstand der Schienenkopfmitten; auch: Strecke mm m

5 70 8. Geschwindigkeiten noch Tabelle 8. Abkürzungen und ihre Bedeutung Formelzeichen Bedeutung des Formelzeichens Einheit S Streckenneigung, nach DIN siehe unter I 0 / 00 TS Tangentenschnittpunkt u Überhöhung der Außenschiene mm u o Ausgleichende Überhöhung mm u f Überhöhungsfehlbetrag mm u u Überhöhungsüberschuss mm UA Übergangsbogenanfang UE Übergangsbogenende UM Übergangsbogenmitte v e Entwurfsgeschwindigkeit km/h WA WE WTS zul Weichenanfang Weichenende Schnittpunkt der Weichentangenten Vorsatz für zulässigen Wert 8. Geschwindigkeiten Die Trassierungselemente werden in Abhängigkeit von der zulässigen Geschwindigkeit bzw. der Entwurfsgeschwindigkeit bemessen. Die jeweils zulässige Geschwindigkeit, mit der Fahrzeuge höchstens fahren dürfen, ist abhängig von: - der Bauart der einzelnen Fahrzeuge - der Art und der Länge der Züge - den Bremsverhältnissen - den Streckenverhältnissen und - den betrieblichen Verhältnissen. Die zulässige Geschwindigkeit für durchgehend gebremste Reisezüge beträgt auf Hauptbahnen 50 km/h, wenn Strecke und führende Fahrzeuge mit Zugbeeinflussung (s. Kap. 17) ausgerüstet sind, durch die ein Zug selbständig zum Halten gebracht und außerdem geführt werden kann. Kann der Zug durch Zugbeeinflussung

6 8. Geschwindigkeiten 71 lediglich selbständig zum Halten gebracht werden, beträgt die zulässige Geschwindigkeit 160 km/h. Ist keine Zugbeeinflussung vorhanden, ist die Geschwindigkeit auf 100 km/h begrenzt (EBO 40). Für Versuchszüge, dies können auch planmäßig verkehrende Züge sein, kann eine höhere Geschwindigkeit genehmigt werden. Auf Nebenbahnen beträgt die zulässige Höchstgeschwindigkeit 80 km/h. Wenn teilweise Bedingungen für Hauptbahnen erfüllt sind, darf mit 100 km/h gefahren werden. Durchgehend gebremste Güterzüge dürfen auf Hauptbahnen 10 km/h fahren, wenn eine wirksame Zugbeeinflussung vorhanden ist; sonst 100 km/h. Für Versuchszüge ist die Höchstgeschwindigkeit mit 160 km/h festgelegt. Auf Nebenbahnen ist eine Höchstgeschwindigkeit von 80 km/h zugelassen. Die DB AG unterscheidet ihre Schieneninfrastruktur nach drei Netztypen mit verschiedener Nutzung und verschiedenen Geschwindigkeiten: Vorrangnetze als voneinander weitgehend unabhängige Teilnetze für den Schienenpersonenfernverkehr (SPFV), den Schienengüterverkehr (SGV) und den Schienenpersonennahverkehr (SPNV, reine S-Nahn-Strecken). Die Vorrangteilnetze sollen eine geschwindigkeitsorientierte Entmischung von schnellen und langsamen Verkehren ermöglichen. Leistungsnetze sind Teilnetze, die mit Mischverkehr befahren werden und Regionalnetze, die eine regionale Erschließungsfunktion für Vorrang- und Leistungsnetze haben. Aus dieser Typisierung folgt die Einteilung des Streckennetzes in Personen- (P), Güter- (G), Regional- (R) und Mischverkehrsstrecken (M) mit verschiedenen zulässigen Höchstgeschwindigkeiten: Tabelle 8.3 Streckenbeschreibung und zulässige Höchstgeschwindigkeit Standard Zulässige Höchstgeschwindigkeit (km/h) Beschreibung der Strecke der Strecke P300 Hochgeschwindigkeits- bzw. Neubaustrecken 300 P30 Ausbaustrecken 30 M30 Ausbaustrecken 30 P160 Vorhandenes Netz, Hauptbahnen 160 M160 Vorhandenes Netz, Hauptbahnen 160 G10 Güterzugstrecken 10 R10 S-Bahn-Strecken 10 R80 Vorhandenes Netz, Nebenbahnen 80 G50 Vorhandenes Netz, Nebenbahnen 50

7 7 8.3 Längsneigung und Neigungswechsel Die Höchstgeschwindigkeit beim Rangieren beträgt 5 km/h, bei Ansage des freien Fahrweges bis 40 km/h. In 40 EBO sind noch weitere Betriebszustände mit Geschwindigkeiten von 50 bzw. 30 km/h beschrieben, die für die Bemessung der Trassierungsparameter aber nicht von Bedeutung sind. Bei Anschlussbahnen ist die zulässige Geschwindigkeit in der jeweils geltenden EBOA vorgeschrieben. Sie ist im Allgemeinen auf 5 km/h begrenzt. In einigen Bundesländern sind 30 km/h zugelassen. Für Straßenbahnstrecken werden die zugelassenen Höchstgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von Art und Beschaffenheit der Betriebsanlagen und der Fahrzeuge von der technischen Aufsichtsbehörde festgesetzt. Wenn die Gleise straßenbündig liegen, gilt die für den Straßenverkehr zulässige Höchstgeschwindigkeit. Die Entwurfsgeschwindigkeit soll für straßenbündigen und besonderen Bahnkörper nicht kleiner als v e =50 km/h und für unabhängigen Bahnkörper nicht kleiner als v e =70 km/h gewählt werden. Wenn die nach den vorgenannten Geschwindigkeiten bemessenen Trassierungselemente in der Örtlichkeit nicht eingebaut werden können, ist eine entsprechend niedrigere Entwurfsgeschwindigkeit v e zu wählen. Diese ist auf einen durch 10 teilbaren Wert abzurunden. Die zulässige Geschwindigkeit der Magnetschnellbahn beträgt auf der Strecke 500 km/h und im Tunnel 400 km/h. 8.3 Längsneigung und Neigungswechsel Die Eigenheiten des Rad-Schiene-Systems und der Wunsch große Lasten mit möglichst gleichmäßiger Geschwindigkeit befördern zu können, führen bei der Trassierung von Schienenbahnen gegenüber der Magnetschwebebahn zu geringeren Neigungen. Die Längsneigung wird bei den Bahnen in Promille ( 0 / 00 ), also der Höhendifferenz je 1000 m der in die Horizontale projizierten Strecke ausgedrückt. In einigen EBOA und in einigen Regelquerschnitten werden Neigungen als Verhältnis von 1 Meter Steigung zu n Meter der Horizontalen (=Gegenkathete : Ankathete des Neigungswinkels) - 1 : n - bezeichnet.

8 8.3. Neigung der Bahnhofsgleise Neigung der freien Strecke Nach 7 EBO soll die Längsneigung auf freier Strecke bei Neubauten - auf Hauptbahnen 1,5 0 / 00 - auf Nebenbahnen 40,0 0 / 00 nicht überschreiten (Ermessensgrenzwerte). Die Schnellfahrstrecken Frankfurt/Main Köln und Nürnberg Ingolstadt wurden als reine Personenzugstrecken mit einer maximalen Neigung von bis zu 40 0 / 00 trassiert. Dies führt zu deutlich geringeren Kosten. Die Entscheidung über die Längsneigung trifft das Eisenbahninfrastrukturunternehmen in Abstimmung mit der zuständigen Aufsichtsbehörde. Damit bei Tunnelstrecken die Entlüftung gewährleistet ist, muss die Gradiente bei Tunnellängen bis m > 0 / 00, bei Tunnellängen über m > 4 0 / 00 geneigt sein. Bei reinem S - Bahn - Betrieb dürfen auch Hauptbahnen bis 40 0 / 00 geneigt sein. Damit sind im Bereich von Überwerfungsbauwerken und Tunnelrampen kurze Entwicklungslängen möglich. In den meisten EBOA ist keine höchstzulässige Neigung festgelegt. Sofern eine Trassierung über 40 0 / 00 erwogen wird, sollte diese Maßnahme vorher mit der Genehmigungsbehörde erörtert werden. Die Längsneigung der Streckengleise der Straßenbahnen ist nach BOStrab auf das Anfahr- und Bremsvermögen der Fahrzeuge abzustimmen. Im Regelfall sollen 40 0 / 00 nicht überschritten werden. In Ausnahmefällen sind für unabhängige Bahnen 50 0 / 00 und für straßenabhängige Bahnen 60 0 / 00 zulässig. Bei Magnetschwebebahnen ist eine Längsneigung gem. MbBO bis / 00 zugelassen Neigung der Bahnhofsgleise Bei Neubauten soll die Längsneigung der Bahnhofsgleise,5 0 / 00 nicht überschreiten ( 7 EBO), weil sich abgestellte Wagen mit Rollenachslagern bei einer Neigung von etwa,5 0 / 00 selbständig in Bewegung setzen können. Deshalb ist in Gleisen, in denen regelmäßig Wagen abgestellt werden, eine Neigung von 1,67 0 / 00 anzustreben. Überholungsbahnhöfe der Neubaustrecken sollen im Regelfall kein Gefälle aufweisen, Neigungen über 1,5 0 / 00 sind unzulässig.

9 Längsneigung und Neigungswechsel Bei reinem S - Bahn - Betrieb ist die Neigung der Bahnsteiggleise an Haltepunkten auf 1,5 0 / 00 begrenzt. Die Längsneigung in Haltestellen straßenabhängiger Straßenbahnen darf in Ausnahmefällen 40 0 / 00 übersteigen. Bei Magnetschwebebahnen darf die zulässige Neigung in Bereichen in denen stehende Fahrzeuge gegen unbeabsichtigte Bewegungen zu sichern sind, an Bahnsteigbereichen und an Betriebshalteplätzen sowie Abstellbereichen, wenn mit Vereisung des Fahrwegs zurechnen ist, nicht mehr als 5 0 / 00 betragen; wenn an Betriebshalteplätzen eine Vereisung des Fahrweges ausgeschlossen werden kann, darf die Längsneigung nach Prüfung und Genehmigung in jedem Einzelfall bis 50 0 / 00 betragen Neigungswechsel Wechsel in der Längsneigung der Schienenbahnen von ΔI 1 0 / 00 sind mit einem Kreisbogen auszurunden. Bei Neigungsunterschieden von ΔI < 1 0 / 00 ist kein Ausrundungsbogen vorzusehen. Dies wird in den Plänen mit der Abkürzung "oa" vermerkt. Die Länge des Ausrundungsbogens soll la 0 m betragen. In Bild 8.4 sind die geometrischen Zusammenhänge im Ausrundungsbogen dargestellt. Aus dem rechtwinkligen Dreieck Kreismittelpunkt AA TS ergibt sich die Tangentenlänge zu: l = tan α t r a (Gl.8.) Der Winkel α ist wegen der geringen Längsneigung der Schienenbahnen sehr klein. Deshalb gilt die Näherung: α 1 tan = tanα (Gl.8.3) Bild 8.4 Geometrische Zusammenhänge im Ausrundungsbogen

10 8.3.3 Neigungswechsel 75 Bild 8.4 entnimmt man: α = β 1 - β Auch hier kann wegen der kleinen Winkel näherungsweise gesetzt werden: tanα = tan β1 tan β (Gl.8.4) Damit ergibt sich für die Tangentenlänge des Ausrundungsbogens mit (Gl.8.6): 1 l t = r a (tan β1 tan β ) (Gl.8.5) mit: tan β 1 = I 1 /1.000 und tan β = I / Die Neigung wird in Richtung der Kilometrierung der Strecke als Steigung (+I 0 / 00 ) oder als Gefälle (-I 0 / 00 ) bezeichnet. Steigung und Gefälle werden bei der Berechnung der Tangentenlänge mit Vorzeichen eingesetzt. Das Ergebnis ist ein Absolutwert: Ausrundungsbogen Länge der Tangente ra I 1 I l t = (Gl.8.6) 1000 und daraus 000 lt ra = I I (Gl.8.7) a 1 t = Scheitelabstand l r a (Gl.8.8) Die Ordinaten des Ausrundungsbogens können mit hinreichender Näherung mit x ya = (Gl.8.9) ra berechnet werden. Bei der Berechnung der Neigungslinie (Gradiente) ist der Zusammenhang zwischen horizontaler Strecke l h, Neigung I 0 / 00 und Höhenunterschied Δh wesentlich: l h = 1000 Δh l o h I (Gl.8.10a) oder: Δ h = oo (Gl.8.10b) I o 1000 oo Es ist anzustreben, die Punkte AA, AE und NW mit der lagemäßigen Absteckung der Gleise in Einklang zu bringen. Damit werden "überflüssige" Absteckpunkte

11 Längsneigung und Neigungswechsel vermieden. Im Bereich des Ausrundungsbogens sind alle 5 m Absteckpunkte, die mit den 10 m Stationspunkten zusammenfallen sollen, herzustellen. Tangentenlänge und Ausrundungsradius sind entsprechend zu wählen. Neigungswechsel werden im Lageplan, im Längsprofil und im Gleisvermarkungsplan dargestellt. Tabelle 8.5 Bemessung des Ausrundungsbogens Bereich Grenzen und Werte Radius ra des Ausrundungsbogens Herstellungsgrenze ra m Regelwert reg ra = 0,4 ve (m) (Gl.8.11) Ermessens- Ermessensgrenzwert min ra = 0,5 ve (m) (Gl.8.1) bereich Genehmigungsbereich Zustimmungswert r r a a = bei Kuppen (Gl.8.13) 0,16 ve = bei Wannen (Gl.8.14) 0,13 ve Ausnahmewert Nicht vorhanden Neigungswechsel der Anschlussbahnen werden ebenfalls ausgerundet. Der Mindestwert für den Ausrundungsradius beträgt nach EBOA: min ra > 300 m. Die Neigungswechsel der Straßenbahnen sind im Regelfall mit einem Radius ra = v /4, mindestens jedoch mit ra > 500 m, auszurunden. Aus oberbautechnischen Gesichtspunkten sollte ra > 000 m gewählt werden. Für straßenbündige Bahnkörper ist die Ausrundung von Neigungswechseln den örtlichen Gegebenheiten anzupassen. Neigungswechsel in Überhöhungsrampen sind zu vermeiden. Für Ausrundungsbögen im Weichenbereich gelten besondere Bestimmungen. Die zulässige Vertikalbeschleunigung für Magnetschwebebahnen ist in der MbBO für Kuppen mit 0,6 m/s und für Wannen mit 1, m/s begrenzt. Sie aus dem Verlauf der Raumkurve der Trassierung berechnet und beinhaltet neben der Beschleunigung, die von der Ausrundung herrührt, auch die Vertikalkomponente der Beschleunigung infolge der Querneigung der Fahrbahn in Kreisbögen im Grundriss. Es kann also kein allgemeingültiger Grenzwert für den Ausrundungsradius angegeben werden. Mit den Vorgaben der zulässigen Vertikalbeschleunigung ist die Ausrundung der Raumkurve für den jeweiligen Einzelfall zu überprüfen.