Geräusche und Erschütterungen aus dem Schienenverkehr

Transkript

1 Inhalt und Zusammenfassung der Habilitationsschrift mit dem Titel: Geräusche und Erschütterungen aus dem Schienenverkehr Entstehungsmechanismen, Schallemissionen und Schallimmissionen sowie Minderungsmaßnahmen Dr.-Ing. Rüdiger G. Wettschureck Habilitationsschrift, angenommen von der Fakultät III P r o z e s s w i s s e n s c h a f t e n der Technischen Universität Berlin Lehrgebiet: Technische Akustik Eröffnung des Verfahrens: 26. März 2003 Zuerkennung der Lehrbefähigung: 27. April 2005 Ausstellung der Urkunde: 28. April 2005 Aushändigung der Urkunde: 27. Juni 2005 Wissenschaftliche Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Michael Möser, TU Berlin Prof. Dr. rer. nat. Heinrich Kuttruff, RWTH Aachen Prof. Dr.-Ing. Gerhard Müller, TU München Berlin, 2005 D 83 A

2 VORWORT Die vorliegende Arbeit stellt gewissermaßen eine Zusammenfassung der Ergebnisse meines beruflichen Wirkens in den Jahren 1980 bis 2002 dar. Mein herzlicher Dank gilt Herrn Prof. Dr.-Ing. Michael Möser dafür, dass er mich in anregenden Gesprächen dazu ermuntert und mir das Vertrauen entgegengebracht hat, diese Arbeit in Angriff zunehmen und für sein stets förderndes Interesse im Laufe des Habilitationsverfahrens. Herrn Prof. Dr. rer. nat. Heinrich Kuttruff und Herrn Prof. Dr.-Ing. Gerhard Müller danke ich sehr für die freundliche Bereitschaft, die Aufgabe des zweiten und dritten wissenschaftlichen Gutachters zu übernehmen. Bei meinen Co-Autoren des Beitrags im Abschnitt III, den Herren Dipl.-Phys. Günther Hauck, Dr.-Ing. Rolf J. Diehl und Dipl.-Phys. Ludger Willenbrink, möchte ich mich dafür bedanken, dass sie der Verwendung des Beitrags im Rahmen der vorliegenden Arbeit zugestimmt haben. Mein ganz besonderer Dank gilt Herrn Dipl.-Phys. Günther Hauck und seinen Mitarbeitern am früheren Bundesbahn-Zentralamt München für die außergewöhnlich positive Zeit der partnerschaftlichen Zusammenarbeit, in der grundlegende Erkenntnisse, insbesondere zum Kapitel Körperschall, Erschütterungen bei Eisenbahnen, im Rahmen von vielen interessanten Projekten gemeinsam erarbeitet wurden. Allen Kolleginnen und Kollegen an meinen früheren Wirkungsstätten, im Besonderen im Hause Müller-BBM, danke ich für die freundschaftliche Zusammenarbeit und die schöne Zeit des gemeinsamen Suchens nach den Grundlagen der Geräusche und Erschütterungen aus dem Schienenverkehr. Großweil, im Juni 2005 Rüdiger G. Wettschureck B

3 INHALTSVERZEICHNIS DER VOLLSTÄNDIGEN HABILITATIONSSCHRIFT...SEITE I Verzeichnis der eingereichten wissenschaftlichen Arbeiten /1/ - /18/ v II Zusammenfassung der wissenschaftlichen Arbeiten II-1 bis II-22 III Wissenschaftliche Arbeit /1/: Geräusche und Erschütterungen aus dem Schienenverkehr 1 III-1 1 EINLEITUNG...III-2 2 LUFTSCHALL BEI EISENBAHNEN...III BEGRIFFSBESTIMMUNGEN... III SCHALLEMISSIONEN... III SCHALLIMMISSIONEN... III WIRKUNG UND BEWERTUNG VON SCHIENENVERKEHRSGERÄUSCHEN... III GESETZLICHE REGELUNGEN... III GERÄUSCHMESSUNGEN AN SCHIENENFAHRZEUGEN... III-31 3 KÖRPERSCHALL, ERSCHÜTTERUNGEN BEI EISENBAHNEN...III ALLGEMEINES, BEGRIFFSBESTIMMUNGEN... III KÖRPERSCHALLENTSTEHUNG... III KÖRPERSCHALLAUSBREITUNG IM BODEN... III KÖRPERSCHALLEINLEITUNG IN GEBÄUDE UND AUSBREITUNG IM INNEREN VON GEBÄUDEN... III SEKUNDÄRER LUFTSCHALL IN GEBÄUDEN... III BEURTEILUNG VON KÖRPERSCHALL, ERSCHÜTTERUNGEN UND SEKUNDÄREM LUFTSCHALL... III SCHUTZMAßNAHMEN IM BEREICH DER KÖRPERSCHALLENTSTEHUNG... III SCHUTZMAßNAHMEN IM BEREICH DER KÖRPERSCHALLAUSBREITUNG IM BODEN... III SCHUTZMAßNAHMEN AN GEBÄUDEN... III PROGNOSE VON KÖRPERSCHALL, ERSCHÜTTERUNGEN... III-54 4 LUFTSCHALL UND KÖRPERSCHALL, ERSCHÜTTERUNGEN BEI NAHVERKEHRSBAHNEN...III ALLGEMEINES... III BESONDERHEITEN BEI NAHVERKEHRSBAHNEN GEGENÜBER EISENBAHNEN... III SPEZIELLE KÖRPERSCHALL-MINDERUNGSMAßNAHMEN FÜR DEN INNERSTÄDTISCHEN BEREICH VON STRAßENBAHNEN... III-59 5 SIMULATIONSMODELLE ZUR PROGNOSE VON LUSTSCHALL UND KÖRPER- SCHALL, ERSCHÜTTERUNGEN VON BAHNEN...III ÜBERBLICK... III ROLLGERÄUSCHE... III INNENGERÄUSCHE UND AGGREGETGERÄUSCHE... III KÖRPERSCHALL UND ERSCHÜTTERUNGEN... III-67 LITERATUR...III-68 IV Zusammenstellung der wissenschaftlichen Arbeiten /2/ /18/ 1 Veröffentlicht als Kapitel 17 Geräusche und Erschütterungen aus dem Schienenverkehr in: Taschenbuch der Technischen Akustik, von G. Müller und M. Möser (Hrsg.), 3. Auflage, Springer Verlag, Berlin, (Überarbeitete und wesentlich erweiterte Fassung von: Wettschureck R G, Hauck G: Geräusche und Erschütterungen aus dem Schienenverkehr, Kapitel 16 in: Taschenbuch der Technischen Akustik, von M. Heckl und H. Müller (Hrsg.), 2. Auflage, Springer, Berlin, 1994) C

4 I Verzeichnis der eingereichten wissenschaftlichen Arbeiten 2 (GEMÄß 2 ABS. 2 NR. 1 DER HABILITATIONSORDNUNG DER TU BERLIN, VOM ) Lfd. Nr. Jahrgang Titel Co-Autor(en) /1/ 2002 Geräusche und Erschütterungen aus dem Schienenverkehr, Kapitel 17 in: Taschenbuch der Technischen Akustik, von M. Möser und G. H. Müller (Hrsg.), Springer Verlag, Berlin, 3. Auflage, /2/ 2002 Long-term properties of Sylomer ballast mats installed in the rapid transit railway tunnel near the Philharmonic Hall of Munich, Germany. Rail Engineering International, Edition 2002 / 4, pp /3/ 2001 Nachrüstung von Unterschottermatten in einem S-Bahntunnel im Zentrum von Berlin. Proc. D-A-CH Tagung 2001, Innsbruck, 2001, /4/ 2001 Installation of high-performance ballast mats in an urban railway tunnel in the city of Berlin. Proc. Euro-Noise 01 (CD-ROM), Patras, /5/ 2000 The dynamic stiffness as an indicator of the effectiveness of a resilient rail fastening system applied as a noise mitigation measure: Laboratory tests and field application. Rail Engineering International, Edition 2000 / 4, pp /6/ 1999 Installation of highly effective vibration mitigation measures in a railway tunnel in Cologne, Germany. Rail Engineering International, Edition 1999 / 4, pp /7/ 1999 Efficiency of a ballastless mass-spring-system with discrete Sylodyn bearings and of dynamically soft Sylodyn ballast mats in a railway tunnel in Cologne. Proc. ICSV6 6th Intern. Congress on Sound and Vibration, Copenhagen 1999, Denmark, Vol. 3, pp /8/ 1998 Reduction of the noise emission of a steel railway bridge by means of resilient rail fastenings with dynamically soft base plate pads. Proc. Euro-Noise 98, München, 1998, Vol. I, pp /9/ 1997 Measures to reduce structure-borne noise emission induced by above-ground, open railway lines. Rail Engineering International, Edition 1997 / 1, pp /10/ 1997 Reduction of structure-borne noise emissions from above-ground railway lines by means of ballast mats. Proc. Inter-Noise 97, Budapest 1997, pp /11/ 1996 Körperschallmindernde Maßnahmen beim Einbau einer Festen Fahrbahn auf einer Stahlbeton-Hohlkastenbrücke. ETR Eisenbahntechnische Rundschau, Heft 6/1996, S /12/ 1996 Structure-borne sound and vibration from rail traffic. Journal of Sound and Vibration 193 (1), (1996), pp /13/ 1995 Vibration and structure-borne noise insulation by means of cellular polyurethane (PUR) elastomers in railway track applications. Rail Engineering International, Edition 1995, No. 2, pp /14/ 1994 Vibration and Structure-Borne Sound Isolation by means of Cellular Polyurethane (PUR) Elastomers. Proc. Vibrationsdagen 1994, organized by SVIB - Swedish Vibration Society, Stockholm, November 1994, pp /15/ 1987 Unterschottermatten auf einer Eisenbahnbrücke in Stahlbeton-Verbundbauweise. Fortschritte der Akustik DAGA 87, Aachen, 1987, S Hauck G, Diehl R J, Willenbrink L Heim M, Tecklenburg M Daiminger W Daiminger W Diehl R J Breuer F, Tecklenburg M, Widmann H Breuer F, Tecklenburg M, Widmann H Heim M Heim M, Mühlbachler S Altreuther B, Daiminger W, Nowack R Heckl M, Hauck G /16/ 1985 Einfügungsdämmmaß von Unterschottermatten, Acistica 58 (1985), S Kurze U J /17/ 1985 Erschütterungen in der Umgebung von flach liegenden Eisenbahntunneln im Vergleich mit freien Strecken, ACUSTICA 58 (1985), S /18/ 1985 Unterschottermatten im Münchner S-Bahntunnel. Fortschritte der Akustik DAGA 85, Stuttgart, 1985, S Kurze U J Doberauer D 2 Geordnet nach Jahrgang in absteigender Reihenfolge, entsprechend Anlage 7-1 bis Anlage 7-18 des Habilitationsantrages. 3 Überarbeitete und wesentlich erweiterte Fassung von: Wettschureck R G, Hauck G: Geräusche und Erschütterungen aus dem Schienenverkehr, Kap. 16 in: Taschenbuch der Technischen Akustik, von M. Heckl und H. Müller (Hrsg.), 2. Aufl., Springer, Berlin, 1994 D

5 II Zusammenfassung der wissenschaftlichen Arbeiten zum Thema Geräusche und Erschütterungen aus dem Schienenverkehr Vorbemerkungen Schwerpunkt der eingereichten wissenschaftlichen Arbeiten ist ein Manuskript, das unter der Federführung des Antragstellers zur Veröffentlichung in der Neuauflage des Taschenbuchs der Technischen Akustik erstellt wurde /1/ 4. In diesem ist die behandelte Thematik in vier, auch der vorliegenden Zusammenfassung zugrundeliegende, Hauptabschnitte wie folgt gegliedert: 1. Luftschall bei Eisenbahnen, 2. Körperschall/Erschütterungen bei Eisenbahnen, 3. Luftschall und Körperschall, Erschütterungen bei Nahverkehrsbahnen, 4. Simulationsmodelle zur Prognose von Luftschall und Körperschall, n Erschütterungen von Bahnen. Die hierbei getroffene Unterscheidung in Eisenbahnen und Nahverkehrsbahnen orientiert sich formal an der Eisenbahn-Bau- und Betriebsordnung [EBO (1967)] und der Straßenbahn-Bau- und Betriebsordnung [BoStrab (1987)], die jeweils in einem Bundesgesetzblatt veröffentlicht sind. Zu den Eisenbahnen gehören im wesentlichen die Bahnen, die im heutigen Sprachgebrauch unter den Begriffen Vollbahnen (Achskräfte 250 kn) und S-Bahnen (Achskräfte 160 kn) zusammengefasst werden, während zu den Nahverkehrsbahnen vor allem die Stadtbahnen, U-Bahnen und Straßenbahnen (Achskräfte 100 kn) zu rechnen sind. Selbstverständlich werden an geeigneter Stelle und wo es fachlich sinnvoll ist, so insbesondere bei den Bahnen des Hochgeschwindigkeitsverkehrs (HGV), auch Bahnen europäischer und außereuropäischer Länder einbezogen. 1 Luftschall bei Eisenbahnen Zunächst werden einige Begriffe definiert, die zur Charakterisierung der Geräuschsituation in der Umgebung von Schienenwegen gebräuchlich sind, um sodann in einem größeren Abschnitt die für die Schallemission von Schienenfahrzeugen maßgeblichen Einflussgrößen zu behandeln. Zu den wichtigsten Begriffen gehören u.a. der Emissionspegel und der Grundwert, die wie folgt definiert sind: Der Emissionspegel L m,e in db(a) ist der Mittelungspegel für den zu betrachtenden Zeitraum 25 m seitlich von der Achse des betrachteten Gleises, in einer Höhe von 3,5 m über Schienenoberkante (SO), bei freier Schallausbreitung. Der Grundwert ist der Emissionspegel L m,e in db(a) eines 100 m langen, 100 km/h schnellen und zu 100 % aus Fahrzeugen mit Scheibenbremsen (einschließlich Lok) zusammengesetzten Zuges auf Schotteroberbau mit Holzschwellen, bei durchschnittlichem Zustand der Schienenfahrflächen, bezogen auf den Zeitraum einer Stunde [Schall 03 (1990)]. Sein Zahlenwert beträgt 51 db(a). 1.1 Luftschallemissionen Die Schallemissionen von Schienenfahrzeugen werden im wesentlichen bestimmt durch das > Rollgeräusch (Geschwindigkeitsbereich 50 < v < 350 km/h), > Maschinengeräusch (Geschwindigkeitsbereich v < 60 km/h), > Aerodynamische Geräusch (Geschwindigkeitsbereich v > 350 km/h). Eines der wichtigsten Konstruktionsmerkmale von Schienenfahrzeugen, die das Rollgeräusch maßgeblich beeinflussen, ist die Bremsbauart. Gleiche Fahrgeschwindigkeit und gleichen Zustand der Schienenfahrflächen vorausgesetzt, sind z.b. Fahrzeuge mit Scheibenbremsen und elektronischem Gleitschutz wegen ihrer glätteren Radlaufflächen grundsätzlich leiser als solche mit Graugussbremsklötzen. Dieser grundsätzliche durch umfangreiche Messergebnisse abgesicherte Unterschied ist z.b. auch Bestandteil von einschlägigen Richtlinien zur Berechnung der Schallimmissionen in der Umgebung von Schienenverkehrswegen geworden [Schall 03 (1990)]. Als weitere wesentliche das Rollgeräusch beeinflussende Parameter werden die Fahrgeschwindigkeit, die Zuglänge, der Zustand der Fahrflächen (Rauhigkeit von Schienen- und Radlaufflächen), die konstruktive Ausführung der Fahrbahn (Schotteroberbau mit Holz-/Betonschwellen oder schotterloser Oberbau, sogenannte "Feste 4 Lfd. Nr. 1 der eingereichten wissenschaftlichen Arbeiten, s. hier Abschnitt III: Wettschureck R G, Hauck G, Diehl, R L, Willenbrink, L (2003) Geräusche und Erschütterungen aus dem Schienenverkehr, Kapitel 17 in Taschenbuch der Technischen Akustik, von M. Möser und G. Müller (Hrsg), Springer, 3. Auflage, Berlin,

6 Fahrbahn"), sowie Besonderheiten am Fahrzeug (wie z.b. schallabschirmende Radbremsscheiben) und am Fahrweg (z.b. Brücken, Bahnübergänge usw.) angeführt. Hauptschallquellen für die Abstrahlung des Rollgeräusches sind Rad und Schiene. Das Rad strahlt im wesentlichen im Frequenzbereich über 1000 Hz ab, die Schiene vor allem unter 1000 Hz. Dabei hat auch die Radbauart Einfluss auf die Schallabstrahlung. Im Weiteren werden die vom Betrieb der Eisenbahnen ausgehenden Schallemissionen in folgenden drei Unterabschnitten behandelt: > Fahrzeuge (klassische Schienenfahrzeuge und Magnetbahn); > Fahrweg (Schotteroberbau, schotterloser Oberbau, Brücken usw.); > Großflächige Bahnanlagen (Rangierbahnhöfe, Umschlagbahnhöfe und sonstige Bahnanlagen). Fahrzeuge Als Anhaltswerte für schalltechnische Planungen werden zu den Fahrzeugen, unterteilt in Triebfahrzeuge, Reisezugwagen und Güterwagen, Bereiche typischer Vorbeifahrpegel angegeben. Hierbei handelt es sich um A-Schallpegel, die in einem Abstand von 25 m seitlich der freien Strecke, 3,5 m über Schienenoberkante, bei der jeweils fahrzeugtypischen Fahrgeschwindigkeit, auf Schienen mit glatter Schienenfahrfläche (Riffeltiefe < 20 µm) gemessen wurden (s. /1/, Abb. 1). Für die wichtigsten Triebfahrzeuge deutscher Bauart werden Richtwerte des A-Schallpegels für die Betriebszustände Stand, Anfahrt und Vorbeifahrt angegeben (Tabelle 1 in /1/). Zur Veranschaulichung des Einflusses der genannten Abb. 1 Vorbeifahrpegel von Hochgeschwindigkeitszügen 25 m seitlich des jeweiligen Fahrweges in Abhän-gigkeit von der Geschwindigkeit (s. Abb. 2 in /1/). Nr. Zugtyp Meßhöhe über Fahrweg bzw. SO Herkunfts land 1 Transrapid 07-4,7 m Deutschland 2 a Talgo-Pendular 3,5 m Spanien 3 TGV-Atlantique 3,5 m Frankreich 4 TGV Lyon 3,5 m Frankreich 5 a IC/EC-Züge 3,5 m Deutschland 6 a ICE 3,5 m Deutschland 7 X2000 3,5 m Schweden 8 b Shinkansen??? Japan a auf Schotteroberbau der Deutschen Bahn b Einzelmesswert Betriebszustände auf das Spektrum der Schallemission werden beispielhaft für ausgewählte Triebfahrzeuge auch Terzspektren des Schalldruckpegels angegeben. In einer Gegenüberstellung sind Bereiche des Vorbeifahrpegels in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit für Züge des Hochgeschwindigkeitsverkehrs (HGV) dargestellt, wobei auch die Magnetbahn Transrapid 07 mit einbezogen wird. Diese Gegenüberstellung ist auch hier in Abb. 1 wiedergegeben. Fahrweg Ein relativ breiter Raum wird im weiteren Verlauf des Abschnittes dem Einfluss des Fahrweges auf die Schallemission von Schienenverkehrswegen eingeräumt, wobei dem Oberbau, den verschiedenen Konstruktionsarten von Eisenbahnbrücken, der Fahrt im Tunnel, dem Bahnübergang und dem Besonders überwachten Gleis (BüG) gesonderte Abschnitte gewidmet werden. Beim Oberbau wird unterschieden in Fahrwege mit klassischem Schotteroberbau und solche mit Fester Fahrbahn 5. Zunächst wird eine qualitative Einstufung der verschiedenen Komponenten des Oberbaus hinsichtlich ihres Einflusses auf den A-Schallpegel des Vorbeifahrgeräusches vorgenommen. 5 Feste Fahrbahn = schotterloser Oberbau: Betontragplatte (verschiedener Konstruktionsarten) mit elastischer Schienenbefestigung (z.b. Typ Ioarv 300), gelagert auf hydraulisch gebundener Tragschicht (HGT). 2

7 Hierbei ergibt sich folgendes Bild: > Schienentyp: gering, > Schienenfahrfläche: sehr groß (Riffelbildung!), > Schienenbefestigung bei Schotteroberbau: eher gering 6, > Schienenbefestigung bei Fester Fahrbahn: erheblich, > Schwellentyp eher gering 7, > Schotterbettqualität: gering. Wie bei den Fahrzeugen die Rauhigkeit der Radlaufflächen, erweist sich beim Oberbau die Rauhigkeit der Schienenfahrfläche als die Größe, die einen besonders großen Einfluss auf die Höhe der Schallemission hat. Anhand eines Diagramms wird verdeutlicht, dass die Zunahme der Schallemission in Abhängigkeit von der Schienenrauhigkeit, die gewöhnlich in Form einer Riffeltiefe in µm angegeben wird, um so größer ist, je glatter die Radlauffläche ist. Diese Zunahme der Schallemission mit zunehmender Riffeltiefe ist hier in Abb. 2 wiedergegeben, und zwar getrennt für Reisezüge und Güterzüge mit Graugussklotzbremsen (verriffelte Radlaufflächen) und für Reisezüge mit Scheibenbremsen (glatte Radlaufflächen). Wie deutlich zu erkennen ist, reagieren verriffelte Radlaufflächen auf zusätzliche Schienenriffeln deutlich schwächer als glatte Radlaufflächen. Feste Fahrbahn Bei Zugfahrten auf Fester Fahrbahn herkömmlicher Bauart ist die Schallemission gegenüber der bei Fahrten auf Schotteroberbau erhöht, weil die schallabsorbierende Wirkung des Schotterbetts fehlt und die Schienen im Vergleich zum Schotteroberbau stärker (freier) schwingen können. Dieses Phänomen konnte durch die schallabsorbierende Gestaltung der Fahrbahnoberfläche weitgehend kompensiert werden. Schallabsorbierende Feste Fahrbahnen auf der Schnellfahrstrecke Hannover Berlin weisen keine höheren Schallemissionswerte im Sinne der 16. BImSchV auf als Betonschwellengleise im Schotterbett [BImSchV-16 (1990)], [DB Netz AG ( )]. Das stärkere Schwingen und damit die höhere Schallabstrahlung der Schienen bei Festen Fahrbahnen herkömmlicher Bauart liegt an der wesentlich weicheren Schienenbefestigung und an der geringeren an die Schiene angekoppelten Masse. Durch genauere Untersuchungen wurde nachgewiesen, dass der letzt genannte Effekt auf zwei selektive Pegelerhöhungen im Abstand von ca. 3 Oktaven zurückzuführen ist, deren Frequenzlage, wie durch Abb. 3 verdeutlicht wird, maßgeblich durch die Federsteife der in der Schienenbefestigung eingebauten elastischen Zwischenplatte bestimmt ist. Wegen des großen Frequenzabstandes können diese Pegelüberhöhungen, die im Bereich der Rad/Schiene-Resonanz (tiefe Frequenzen) und der Kontakt-Resonanz (höhere Frequenzen) auftreten, mittels sehr einfacher Modelle (Einmassen- bzw. Zweimassenschwinger) erklärt und jeweils bestimmten Komponenten des Systems Fahrzeug/Oberbau zugeordnet werden (siehe Abb. 18 in /1/). Aus den in /1/ detailliert beschriebenen Erkenntnissen hat man auf dem Wege von Untersuchungen im Labor sowie an einem Prüfaufbau im Maßstab 1:1 und mittels Simulationsrechnungen eine Variante der "Festen Fahrbahn" entwickelt, mit welcher die im Vergleich zum Schotteroberbau höhere Schallabstrahlung vermieden werden könnte. Das Konzept dieser "Akustisch Innovativen Festen Fahrbahn (AIFF)" ist ein Gleisrost mit als Körperschallabsorber wirkenden, bedämpften und elastisch besohlten Schwellen auf einer Betontragplatte. Anhand der Ergebnisse der Simulationsrechnungen sowie der Laborversuche und der Versuche an einem Prototyp wurde die akustische Wirksamkeit und die Tauglichkeit zur Betriebserprobung nachgewiesen [Nowack et al. (1999)]. Diese Erprobung im Betriebsgleis wird voraussichtlich aus wirtschaftlichen Gründen nicht mehr stattfinden. Abb. 2 Zunahme des Vorbeifahrpegels von Zügen auf verriffeltem Gleis im Vergleich mit riffelfreiem Gleis in Abhängigkeit von der Riffeltiefe. Ergebnisse von Messungen 25 m seitlich der freien Strecke bei Vorbeifahrt verschiedener Zugarten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (s. Abb. 10 in /1/). Brücken Auch den Brücken ist im Kapitel Fahrweg, entsprechend ihrer Bedeutung hinsichtlich des Immissionsschutzes in dicht besiedelten Gebieten, ein relativ großer Abschnitt gewidmet. Im Luftschallspektrum vorbeifahrender Züge kommt es bei der Fahrt über Brückenbauwerke infolge von Schallabstrahlung der zu Schwingungen angeregten Brückenbauteile im Vergleich zur freien Strecke zu einer Verschiebung des Energieschwerpunktes nach tiefen Frequenzen hin. Typische Spektren des Brückengeräusches mit ausgeprägter Pegelanhebung im Bereich tiefer Frequenzen sind in Abb. 4 beispielhaft dargestellt. Diese tieffrequenten 6 Wenn die erforderliche Elastizität wie üblich hauptsächlich vom Schotterbett erbracht wird. 7 Abhängig von der Struktur und der Masse der Schwelle. 3

8 Abb. 3 Mittlere Differenz der Schienenschnelle-Terzpegel L = L v L zwischen drei Tunnelausführungen der Festen 1 v2 Fahrbahn mit unterschiedlicher Steife der Zwischenplatten (L v1 ) und dem jeweils angrenzenden Schotteroberbau außerhalb des Tunnels (L v2 ). Mittelwert über verschiedene Zugarten und Fahrgeschwindigkeiten im Bereich von km/h mit Einzeldifferenzen bei jeweils gleicher Geschwindigkeit (s. Abb. 17 in /1/); Federsteife der Zwischenplatten: ca. 20 kn/mm; ca. 70 kn/mm; ca. 140 kn/mm. Abb. 4 Luftschall 25 m seitlich dreier Brücken verschiedener Konstruktionsart mit Schotterbett bei Überfahrt von Reisezügen mit Scheibenbremsen und einer Zuggeschwindigkeit von ca. 130 km/h (s. Abb. 21 in /1/): Stahl-Hohl-kastenbrücke, Stahl-Fachwerkbrücke, Stahlbeton-Hohlkastenbrücke. Brückengeräusche (so genanntes Brückendröhnen) führen häufig trotz Einhaltung der A-bewerteten Richt- bzw. Grenzwerte zu Belästigungen bei Anwohnern. Eine Rangordnung der verschiedenen Bauarten von Eisenbahnbrücken im Hinblick auf deren Geräuschabstrahlung und Belästigungsreaktionen bei betroffenen Anwohnern führt zu folgendem Ergebnis [Wettschureck (1996)] (Zahlenangaben für L jeweils im Vergleich mit der freien Strecke): 1. Stahlbrücken ohne Schotterbett, ohne Minderungsmaßnahmen: L +15 db(a), 2. Stahlbrücken mit Schotterbett, ohne Minderungsmaßnahmen: L +5 db(a), 3. Stahlbrücken mit Schotterbett, mit Minderungsmaßnahmen: L +3 db(a), 4. Stahlbetonbrücken ohne Schotterbett, ohne Minderungsmaßnahmen: L +3 db(a), 5. Stahlbetonbrücken mit Schotterbett, mit Minderungsmaßnahmen: L ± 0 db(a), Innerhalb der verschiedenen Bauarten von Stahlbrücken kann eine weitere Differenzierung nach den in Abb. 5 skizzierten Konstruktionstypen wie folgt vorgenommen werden: > Hohlkastenbrücke (a), > Trägerrostbrücke (b), > Trogbrücke (c), > Stabbogenbrücke (d), > Fachwerkbrücke (e). Demnach ist eine direkt befahrene Stahl-Hohlkastenbrücke (ohne Schotterbett) ohne Maßnahmen zur Minderung des in die Brückenstruktur eingeleiteten Körperschalls der lauteste und am häufigsten zu Geräuschbelästigungen führende Konstruktionstyp unter den Eisenbahnbrücken. Ansatzpunkte zur Verringerung der Schwingungsanregung und damit der Schallabstrahlung von Brücken sind Maßnahmen am Fahrweg (Vermeidung von Unstetigkeiten des Oberbaus beim Übergang von der freien Strecke zur Brücke; Sicherstellen eines einwandfreien Zustandes der Schienenfahrfläche im Brückenbereich) und Maßnahmen am Tragwerk der Brücke (Erhöhung der Masse, z.b. durch nachträgliches Einschottern, Frequenzverstimmung durch Masse- bzw. Steifigkeitsänderung, Erhöhung der Steifigkeit im Bereich des Deckbleches). Bei Beachtung einiger grundlegender Regeln ist es bereits in der Konstruktionsphase möglich, die Schallabstrahlung von Stahlbrücken zu beeinflussen [Brückenstudie (1987)]. So ist z.b. unbedingt darauf zu achten, dass die ersten Eigenfrequenzen der am meisten Schall abstrahlenden Brückenbauteile nicht im Bereich der Anregungsfrequenzen des Systems Fahrzeug/Oberbau zwischen ca. 40 Hz und 100 Hz liegen. Nach Möglichkeit sollten sie sogar außerhalb des Frequenzbereichs zwischen 20 Hz und 140 Hz liegen (Bereich der Schwellenfachfrequenz bei den üblichen Kombinationen aus Schwellenabstand und Fahrgeschwindigkeit). Außerdem ist durch günstige Verteilung der Steifen die Eingangsimpedanz der Fahrbahnplatte möglichst hoch auszulegen. Das Schwingungsverhalten des Deckbleches ist für die Weiterleitung der Schwingungsenergie an die übrigen Brückenbauteile entscheidend. Das bedeutet, dass grundsätzlich große Masse und Dämpfung sowie hohe Steifigkeit bzw. geringe Verformung anzustreben sind. Eine charakteristische und maßgebliche Größe für die Anregbarkeit einer Brückenstruktur durch den überfahrenden Zug ist die mechanische Eingangsimpedanz der Brückenfahrbahn. Abb. 6 zeigt hierzu Ergebnisse von Messungen an Fahrbahnen von 10 Stahlbrücken verschiedener Konstruktionsart mit ca. 25 mm bis 45 mm dicken Blechen der längs- und querversteiften Fahrbahnplatte im Vergleich mit Messungen an einer Stahlbe- 4

9 (a) (b) (c) ton-verbundbrücke, deren Fahrbahnplatte aus bewehrtem Beton eine Dicke (d) von 40 cm aufweist. Nicht veröffentlichte Messergebnisse zu weiteren Brücken mit Betonfahrbahn ergaben vergleichbare Größenordnung der Eingangsimpedanz, die in der Nähe der für übliche Tunnelsohlen liegt [Müller- BBM ( )]. Unabhängig von der naturgemäß großen Streubreite der Messwerte für die Stahlbrücken kann man der Abbildung entnehmen, dass die Eingangsimpedanz von Brücken mit Betonfahrbahn eine Größenordnung von 10 4 hat und damit im Mittel um einen Faktor 10 2 über der von Brücken mit Stahlfahrbahn liegt. Dieses Ergebnis ist im Hinblick auf die schwingungstechnischen Eigenschaften von Brückenfahrbahnen dieser grundsätzlich verschiedenen (e) Brückenbauarten gewissermaßen als typisch anzusehen. Aus Abb. 6 kann man außerdem ableiten, dass die Voraussetzungen für die Wirksamkeit von Maßnahmen zur Entkopplung von Oberbau und Brückenbauwerk bei Brücken mit Betonfahrbahnen wegen der Abb. 5 Querschnitt der wichtigsten Konstruktionstypen von Eisenbahnbrücken in sehr viel höheren Eingangsimpedanz der Stahlbauweise (nach [Wettschureck R G (1996)]): (a) Hohlkastenbrücke, (b) Trägerrostbrücke, (c) Trogbrücke, (d) Fahrbahn im Vergleich zu Stahlbrücken Stabbogenbrücke (mit Ausschnitt der Seitenansicht), (e) Fachwerkbrücke (mit in der Regel wesentlich günstiger sind. Ausschnitt der Seitenansicht). Wegen der bereits ohne zusätzliche Maßnahmen niedrigeren Schallabstrahlung dieser Brücken führt die günstigere Wirkung von Minderungsmaßnahmen trotzdem zu geringeren Pegelminderungen des gesamten Vorbeifahrgeräusches als bei Stahlbrücken. Mögliche Minderungsmaßnahmen sind bei Brücken prinzipiell die gleichen wie im Tunnel, d.h. in erster Linie der Einbau von Unterschottermatten [Wettschureck (1987)], der Einbau hoch elastischer Schienenbefestigungen [Wettschureck et al. (1998), (2000)], sowie der Einbau einer elastisch gelagerten Gleistragplatte (Feste Fahrbahn), bei Brücken meist mit vollflächiger Lagerung [Wettschureck et al. (1996)]. Im Falle von Stahlbrücken ist allerdings die infolge der niedrigen Eingangimpedanz der Brückenfahrbahn gegenüber dem Einbau im Tunnel begrenzte Wirksamkeit der genannten Maßnahmen zu beachten. Zusätzlich wurde bei Stahlbrücken der nachträgliche Einbau eines Schotterbetts (wenn aus statischen Gründen möglich bzw. zulässig) und die Sandwichbeschichtung der hauptsächlich schallabstrahlenden Bauteile erfolgreich eingesetzt [Wettschureck (1996)], [DB ( )]. In jüngerer Vergangenheit wird bei der Deutschen Bahn im Zusammenhang mit der schalltechnischen Sanierung von Stahlbrücken als wirtschaftliche Alternative zur Unterschottermatte vermehrt auch der Einsatz von elastischen Schwellenlagern ( besohlte Schwellen ) in die Planungen mit einbezogen (s. z.b. Abb. 25 in /1/). Abb. 6 Aus Einzelmeßwerten von örtlich variierenden Punktimpedanzen gebildete Terz- Impedanzmaße des mittleren Betrages der Eisgangs-Impedanz von Fahrbahnen verschiedener Eisenbahnbrücken. Einzelergebnisse und Streubereich für 10 Stahlbrücken unterschiedlicher Konstruktionsarten; Stahlbeton-Verbundbrücke: Doppel-T- Stahltragwerk mit einer 40 cm dicken Betonfahrbahnplatte (s. Abb. 22 in /1/) Weitere Fahrwegeinflüsse Hierzu sind bei den Fahrwegbestandteilen der Bahnübergang und der Tunnel sowie als Gleispflege- und Wartungselement das Besonders überwachte Gleis BüG zu rechnen. Im Nahbereich von Bahnübergängen bewirken schlechter Zustand der Schienenfahrflächen, verursacht durch Verunreinigungen (z.b. Splitt), die Straßenfahrzeuge auf die Schienenfahrfläche bringen, sowie Reflexionen am Straßenbelag Erhöhungen des Vorbeifahrpegels von 6 db(a) bis 11 db(a). In seitlichen Entfernungen > 100 m beeinflussen sie den Immissionspegel allerdings nicht mehr. 5

10 Bei Tunnelfahrt im Hochgeschwindigkeitsverkehr kann der so genannte Tunnel Sonic Boom auftreten. Er wird durch die Druckwelle, die vor dem Zug durch den Tunnel läuft, am anderen Ende des Tunnels hervorgerufen. Der entstehende dumpfe Knall wird vom Tunnelmund abgestrahlt. Das Verfahren BüG - Besonders überwachtes Gleis ist im Jahr 1998 Bestandteil der einschlägigen Vorschriften zur Ermittlung der Schallimmission von Eisenbahnstrecken geworden [BImSchV-16 (1990)]. Beim Ansatz des BüG kann im Zusammenhang mit dem Neubau, Ausbau und Umbau von Schienenwegen bei den im Rahmen von Planfeststellungsverfahren durchzuführenden schalltechnischen Berechnungen ein Abschlag von 3 db in Ansatz gebracht werden, wenn die akustischen Eigenschaften der entsprechenden Gleisabschnitte nach festgelegten Bestimmungen regelmäßig mit einem speziell hierfür ausgerüsteten Messwagen überwacht [Hauck et al. (1997)] und bei Bedarf die Schienenfahrflächen nach einem der festgelegten Verfahren geschliffen werden. Großflächige Bahnanlagen Zu den großflächigen Bahnanlagen zählen Rangierbahnhöfe, Umschlagbahnhöfe und sonstige Anlagen, wie Personenbahnhöfe, Güterbahnhöfe, Betriebswerke u.a.. Rangierbahnhöfe (Rbf) Rbf sind eigenständige Zugbildungsanlagen mit großer flächenhafter Ausdehnung und vom üblichen Schienenverkehr abweichenden Schallquellen. Sie bestehen im wesentlichen aus einer Einfahrgruppe zur Aufnahme der ankommenden Züge, einer Ablaufanlage und Richtungsgruppe zum Sortieren und Sammeln der Wagen und einer Ausfahrgruppe zur Aufnahme der fertigzustellenden Züge. Insbesondere in der Ablaufanlage und in der Richtungsgruppe finden schallemittierende Vorgänge statt, wie z.b. Auflaufstöße, Durchfahren von Gleisbremsen, Kurvenquietschen oder Hemmschuhaufläufe. Die einzelnen Schallquellen werden jeweils durch deren A- bewerteten Emissionspegel gekennzeichnet. Hierbei handelt sich um Pegel L m,25,1, d.h. um Mittelungspegel für eine Stunde, betrachtet in 25 m Abstand zur Schallquelle, bei einem Ereignis in der Stunde. Umschlagbahnhöfe (Ubf) Ubf sind flächenhafte Bahnanlagen zur Horizontal- und Vertikalverladung von Ladungsgütern ohne Wechsel des Transportgefäßes (Großcontainer, Sattelanhänger, Lastkraftwagen (LKW) und Sattelzüge). Zu den wesentlichen Schallquellen eines Ubf zählen neben den Rangierfahrten mit den bereits bei den Rbf aufgeführten Schallquellen die Containerkräne, die mobilen Umschlaggeräte (Seitenlader) und die Vorrichtungen zur Horizontalverladung im Zusammenhang mit der "Rollenden Landstraße". Für die wichtigsten Schallquellen in Rbf und in Ubf werden Emissionspegel L m,25,1 als Grundlage für Berechnungen nach [Akustik 04 (1990)] angegeben (s. /1/, Tabelle 2 und Tabelle 3). Zu den heute sowohl in Rbfals auch in Ubf-Anlagen noch relativ lästigen Schallquellen zählt das Kurvenquietschen, das beim Befahren enger Gleisbogen (Radius R 300 m) auftritt. Maßnahmen zur Reduzierung bzw. Vermeidung des Kurvenquietschens, wie z.b. der Einsatz einer bleilegierten Schiene, der Einsatz von kopfgehärteten Schienen bzw. eine Schmierung der Schienenfahrflächen mit einem speziellen Schmierverfahren, wurden untersucht mit dem Ergebnis, dass sich mit den getesteten Maßnahmen zwar eine Reduzierung der Quietschhäufigkeit und auch des Schallpegels beim Quietschen erreichen lässt, eine gänzliche Unterdrückung dieser höherfrequenten Schallabstrahlung jedoch nicht realisiert werden konnte. Außerdem erwies sich die Maßnahme mit der bleilegierten Schiene aus Gründen der geringen Standfestigkeit für den rauhen Einsatz in Rbf als nicht geeignet. Sonstige Bahnanlagen Hierzu ist das Ergebnis einer Studie bemerkenswert [Bahnhofstudie 2 (1986)], wonach sich mit der Annahme, dass in Personenbahnhöfen alle Züge mit unverminderter Geschwindigkeit im Bahnhofsbereich durchfahren und andere Schallquellen (wie z.b. Gepäckkarrenfahrten, Türenschlagen, Lautsprecherdurchsagen usw.) nicht auftreten, richtige, in der Tendenz eher zu hohe Mittelungspegel ergeben. Dies vereinfacht im Rahmen von Immissionsprognosen die Berechnung der Pegel im Bahnhofsbereich ganz wesentlich. 1.2 Luftschallimmissionen Dieser Abschnitt behandelt zunächst die gesetzlichen Grundlagen sowie die Vorschriften für Schallimmissionsberechnungen, die nach dem deutschen Planfeststellungsrecht bei Planungen des Neubaus oder Umbaus von Eisenbahnstrecken bzw. von Bahnanlagen vorgeschrieben und in der 16. BImSchV niedergelegt sind [BImSchV- 16 (1990)]. Die dort zitierte Richtlinie Akustik 04 enthält für großflächige Bahnanlagen, wie vor allem Rangierbahnhöfe, Umschlagbahnhöfe, alle im Rahmen einer Schallimmissionsberechnung notwendigen Angaben sowie eine Anleitung zum Abarbeiten der einzelnen Rechenschritte mittels EDV [Akustik 04 (1990)]. Für Berechnungen der Schallimmission von Eisenbahnstrecken ist in Deutschland das Berechnungsverfahren der Schall 03 vorgeschrieben [Schall 03 (1990)], in der ebenfalls alle für derartige Berechnungen erforderlichen Ausgangsdaten und Angaben enthalten sind. 6

11 Im Zusammenhang mit der Schallausbreitung im Freien ist von besonderer Bedeutung, dass die Schallabstrahlung von Zügen bevorzugt nach der Seite gerichtet ist. Das Richtwirkungsmaß ist ungefähr durch die folgende Gleichung zu beschreiben: D I 2 ( 0,22 + 1,27 sin δ ) = 10 lg δ ist der Winkel zwischen der Verbindungslinie Emissionsort-Immissionsort und der Gleisachse. Der Einfluss des Richtwirkungsmaßes soll durch die Abb. 7 veranschaulicht werden. In dieser sind typische Vorbeifahrpegel für verschiedene seitliche Messentfernungen als Funktion der Zeit dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass mit abnehmender Entfernung die Anstiegsflanken immer steiler werden, was auf die gerichtete Schallabstrahlung des vorbeifahrenden Zuges zurückzuführen ist. Ferner kann man erkennen, dass mit zunehmender Entfernung immer längere Streckenabschnitte die Schallimmission beeinflussen. Abb. 7 Zeitverlauf des A-Schallpegels in verschiedenen Entfernungen vom Gleis bei Vorbeifahrt eines Reisezuges (gemischt mit Graugussklotz- und Scheibenbremsen). Geschwindigkeit v = 140 km/h (nach Abb. 35 in /1/). Schallschutzmaßnahmen Zur Minderung der Schallimmissionen seitlich von Eisenbahnstrecken werden verschiedene Schallschutzmaßnahmen eingesetzt. Die wichtigsten Elemente des aktiven 8 Schallschutzes an Schienenwegen oder allgemein an Bahnanlagen sind Schallschutzwände und Schallschutzwälle, die des passiven Schallschutzes sind Schallschutzfenster. Schallschutzwände (SSW) SSW werden aus unterschiedlichen Materialien wie Beton, Kunststoff, Aluminium, Ziegelsteinen, Holz und aus Mischprodukten hergestellt und müssen beim Einsatz an Gleisen der Deutschen Bahn definierte Anforderungen erfüllen [DB AG (2000)]. Außer bestimmten Sicherheitsanforderungen, wie z.b. die Einhaltung von Mindestabständen zur Mitte des nächstliegenden Gleises, sind bei SSW mit einer Schallpegelminderung bis zu 15 db(a) Mindestwerte des Schalldämmmaßes und bei allen SSW Mindestwerte des Schallabsorptionsgrades der der Schallquelle zugewandten Wandseite entsprechend nachfolgender Aufstellung einzuhalten: Frequenz [Hz] Schalldämmmaß R [B] Schallabsorptionsgrad α s 0,3 0,5 0,8 0,9 0,9 0,8 Die Pegelminderung L durch eine SSW hängt von ihrem Schirmwert z und von der Überstandslänge gegenüber dem abzuschirmenden Immissionsort ab. Das Verfahren zur Berechnung der Abschirmwirkung von SSW ist in der [Schall 03 (1990)] ausführlich beschrieben. Die bei Schienenverkehrsgeräuschen vorhandene Richtwirkung wirkt sich dahingehend positiv aus, dass an Schienenwegen geringere Überstandslängen der SSW erforderlich sind als an Straßen [Kurze (1980)]. Schallschutzwälle Schallschutzwälle sind grundsätzlich genauso zu berechnen wie SSW, wobei jedoch bei der Ermittlung des Schirmwertes z zu beachten ist, dass hier zwei Beugungskanten vorhanden sind. Dichter Pflanzenbewuchs an der Böschung eines Schallschutzwalls begünstigt die Geräuschminderung durch Absorption. Durch Bäume, die über die Beugungskante hinausragen, kann jedoch die Abschirmwirkung infolge von Reflexionen an Blättern und Ästen verringert werden. Schallschutzfenster Schallschutzfenster oder die Verbesserung der Schalldämmung anderer Umfassungsbauteile von Gebäuden sind Hauptelemente des passiven Schallschutzes. Dieser ist dann durchzuführen, wenn dem Bau von Schallschutzwänden oder -wällen technische oder räumliche Gründe entgegenstehen bzw. wenn beim Neubau oder der wesentlichen Änderung von Schienenwegen die festgelegten Immissionsgrenzwerte nach [BImSchV-16 (1990)] nicht eingehalten werden können. Für die Dimensionierung von Schallschutzfenstern existiert als Ergebnis umfangreicher Studien ein ausgereiftes Instrumentarium, das den Besonderheiten des Schienenverkehrslärms nach 43 des Bundesimmissionsschutzgesetzes [BImSchG (1994)] Rechnung trägt. 8 Die Bezeichnung aktiv hat sich beim Schienenverkehr für quellnahe Sekundärmaßnahmen wie Schallschutzwand bzw. Schallschutzwall eingebürgert, obwohl der Begriff in der Lärmbekämpfung grundlegend verschieden definiert ist! 7

12 Diese Besonderheiten sind: > Geringere Störwirkung des Schienenverkehrslärms (SVL) gegenüber dem Straßenverkehrslärm (StVL); Stichwort: Schienenbonus, > Bessere Dämmwirkung von Fenstern bei Schienenverkehrslärm gegenüber Straßenverkehrslärm bei gleichem Schalldämmmaß aufgrund der unterschiedlichen Geräuschspektren. Zur unterschiedlichen Störwirkung von SVL und StVL sind mehrere Studien durchgeführt worden (s. z.b. [61], [62], [83], [111] in /1/), die über alles gesehen zu dem Ergebnis geführt haben, dass der ermittelte Lästigkeitsunterschied beim Verfahren zur Berechnung der Schallimmissionen in [BImSchV-16 (1990)] mit einem Abschlag von 5 db zugunsten des SVL als Schienenbonus festgeschrieben wurde. Die Auswirkung der unterschiedlichen Geräuschspektren von Schienen- und Straßenverkehrsgeräuschen bei der Auslegung von Schallschutzfenstern wird durch die Abb. 8 deutlich. Es ist je ein mittleres Spektrum für außerhalb von Wohnräumen gemessene Schienen- bzw. Straßenverkehrsgeräusche dargestellt (obere Kurven). Nach Abzug des über Schallschutzfenster verschiedener Bauarten gemittelten Schalldämmasses (gepunktete Kurve) ergeben sich die entsprechenden Spektren innerhalb von Wohnräumen mit dem jeweils dazugehörigen Innenschallpegel. Man sieht, dass sich bei gleichem Mittelungspegel L a (außen) in diesem Beispiel eine Differenz der Mittelungspegel L i (innen) von 6 db zugunsten des Schienenverkehrsgeräusches ergibt. Diese für Schienenverkehrsgeräusche bessere Dämmwirkung wird bei der Berechnung der erforderlichen Schalldämmung durch eine Korrektur, den so genannten E-Summanden, berücksichtigt. In /1/ sind alle weiteren für die Auslegung von Schallschutzfenstern benötigten Berechnungsgrundlagen angegeben. Einzelheiten zu den diesbezüglichen Vorschriften sind in [BImSchV-24 (1997)] zu finden. Fahrgeräusche in Fahrzeugen Diese werden in /1/ am Ende des Abschnitts Schallimmissionen behandelt. Dabei wird unterschieden nach Fahrgeräuschen in Reisezugwagen und in Führerständen der Triebfahrzeuge. Reisezugwagen Abb. 8 Schalldruckpegel-Terzspektren von Schienen- und Straßenverkehrsgeräuschen außerhalb (gemessen) und innerhalb (gerechnet mittels angegebenem Schalldämmmaß eines Fensters) eines Wohnraums, für den bauakustischen Frequenzbereich (s. Abb. 45 in /1/). Für Reisende sind in den zurückliegenden Jahrzehnten bei der Minderung der Innen-Schallpegel wesentliche Verbesserungen erzielt worden. Vor allem durch die Einführung der Scheibenbremsen an Reisezugwagen sind die Innenpegel (ähnlich wie die Außenpegel) stark zurückgegangen. International haben die Bahnen folgende Richtwerte für den Innengeräuschpegel in Reisezugwagen bei Fahrgeschwindigkeiten bis 160 km/h vorgegeben: in der 1. Klasse in der 2. Klasse 65 db(a) 68 db(a). Auch für Fahrzeuge des schnellen Reiseverkehrs bei Geschwindigkeiten über 200 km/h wird heute die Einhaltung dieser Werte angestrebt. Bei älteren Reisezugwagen steigt der Innenpegel bei Fahrt im Tunnel wegen nicht ausreichender Schalldämmung des Dachbereichs wesentlich stärker an als bei neuen Reisezugwagen. So hat man z.b. beim InterCity Express (ICE), der durch besonders gute Schalldämmung der Seitenwände, der Fenster und des Daches auch für Tunnelfahrt konzipiert ist (s. hoher Anteil von Tunneln auf den deutschen Neubaustrecken) erreicht, dass der Innenpegel im Tunnel gegenüber der freien Strecke bei Geschwindigkeiten über 200 km/h nur um etwa 4 db(a) ansteigt. Triebfahrzeuge Im Führerraum von Triebfahrzeugen ist als Kriterium zum Schutz der Triebfahrzeugführer vor Gehörschädigung ein äquivalenter Dauerschallpegel L eq bzw. der Beurteilungspegel L ra bezogen auf die Dauer einer Arbeitsschicht maßgebend. Nach Kodex 651 des Internationalen Eisenbahnverbands UIC [UIC (1994)] darf der L eq bezogen auf eine Messzeit von 30 Minuten, bei geschlossenen Türen und Fenstern und Geschwindigkeiten bis 300 km/h auf gut unterhaltenem Gleis einen Wert von 78 db(a) nicht überschreiten, 75 db(a) sind anzustreben. Im Tunnel liegen diese Grenzwerte um 5 db(a) höher. In /1/ werden Bereiche des Beurteilungspegels L ra angegeben, mit denen in Führerständen von Triebfahrzeugen der Deutschen Bahn zu rechnen ist. Außerdem findet man in einer Zusammenstellung typischer Werte für A-Schallpegel, die bei Vollastbetrieb und maximaler Geschwindigkeit bei Fahrt auf freier Strecke am Ohr von Lokführern gemessen wurden (s. Tabelle 5 in /1/) 8

13 1.3 Wirkung und Bewertung Gesetze Geräuschmessungen Die wesentlichen Inhalte der Abschnitte in /1/ werden hier wie folgt zusammengefasst. Schienenbonus Die wichtigste Größe im Hinblick auf die Wirkung und Bewertung von Schienenverkehrsgeräuschen, insbesondere im Hinblick auf Wirkungsunterschiede im Vergleich mit Straßenverkehrsgeräuschen, ist der Schienenbonus. Nach einem historischen Abriss der wissenschaftlichen Studien und der gesetzgeberischen Entwicklung werden in /1/ zunächst die wichtigsten Ergebnisse einer großen Zahl an durchgeführten Studien mitgeteilt. Sodann werden die Besonderheiten des Schienenverkehrslärms (SVL) im Vergleich zum Straßenverkehrslärm (StVL) aufgeführt, die im Ergebnis der Studien und der langjährigen gesetzgeberischen Arbeit schließlich zu folgenden Aussagen geführt haben: > die unterschiedliche Störwirkung von SVL und StVL wurde beim Verfahren zur Berechnung der Schallimmissionen in [BImSchV-16 (1990)] mit einem Abschlag von 5 db zugunsten des SVL als Schienenbonus festgeschrieben, > neuere Studien bestätigen weitgehend die Ergebnisse früherer Untersuchungen und zeigen, dass auch unter den geänderten Verkehrsbedingungen des Hochgeschwindigkeitsverkehrs der Ansatz eines Schienenbonus in Höhe von 5 db(a) weiterhin gerechtfertigt ist [Jäger et al. (2000)], > in der im Jahr 1997 verabschiedeten Magnetschwebebahn-Lärmschutzverordnung [Magnetbahn (1997)] wurde bis zu einer Fahrgeschwindigkeit von 300 km/h ebenfalls einen Schienenbonus von 5 db(a) festgelegt. Gesetzliche Regelungen Zu dem mühsamen und langwierigen Weg durch die Gesetzgebungsinstanzen, beginnend beim Bundesimmissionsschutzgesetz vom März 1974 [BImSchG (1994)] bis hin zu den heute im Zusammenhang mit Berechnungen der Schallimmissionen von Schienenverkehrswegen und die Auslegung von Schallschutzmaßnahmen verbindlichen Verordnungen und Vorschriften [BImSchV-16 (1990)], [Akustik 04 (1990)], [BImSchV- 24 (1997)] wird in /1/ ein kurzer Abriss gegeben. Aufgrund der in [Akustik 04 (1990)] gegenüber dem früheren Entwurf wesentlich verschärften Anforderungen zeigte sich, dass die beim Bau oder der wesentlichen Änderung von Schienenwegen nun erforderlichen Pegelreduzierungen von nicht selten 25 db(a) mit gleisnahen ( aktiven ) Schallschutzmaßnahmen bei weitem nicht erreicht werden können, so dass die passiven Schallschutzmaßnahmen stark an Bedeutung gewannen. Art und Umfang von Schallschutzmaßnahmen für schutzbedürftige Räume in baulichen Anlagen wurden schließlich in [BImSchV-24 (1997)] auf der Grundlage eines entsprechenden Berechnungsverfahrens [Akustik 04 (1990)] festgelegt. Auch die Lärmvorsorge beim Bau oder der wesentlichen Änderung von Verkehrswegen der Magnetschwebebahnen wurde durch den Gesetzgeber mit der Magnetschwebebahn-Lärmschutzverordnung [Magnetbahn (1997)] im Jahr 1997 geregelt. Geräuschmessungen an Schienenfahrzeugen In diesem Abschnitt werden die einschlägigen Regelwerke genannt, in denen Geräuschmessungen in und an Schienenfahrzeugen ausführlich behandelt werden. In diesem Zusammenhang wird auf die besondere Wichtigkeit eingegangen, die Randbedingungen bei Geräuschmessungen zur Erlangung von zuverlässigen Messergebnissen gewissenhaft zu kontrollieren. Hierzu gehört vor allem die Einhaltung eines definierten Zustandes der Schienenfahrfläche und des Oberbaus im jeweiligen Messabschnitt. Außerdem werden neuere Messverfahren zur Ortung von Einzelschallquellen bei stationären Quellen im Labor [Hald (1989)] und an vorbeifahrenden Zügen [Nordborg (2000)] im Hinblick auf deren Einsatz zur gezielten Suche und ggfls. Beseitigung bzw. Minderung von Geräuschquellen vorgestellt. 2 Körperschall bei Eisenbahnen 9 Wie im Abschnitt Luftschall bei Eisenbahnen werden auch im Körperschall-Abschnitt in /1/ zunächst einige grundlegende Begriffe und Messgrößen erläutert bzw. definiert. Anhand einer Prinzipskizze werden die auf ein Gebäude seitlich einer Eisenbahnstrecke einwirkenden Schallimmissionen (primärer) Luftschall, Körperschall und Sekundärluftschall veranschaulicht (s. Abb. 9). Die wichtigsten Größen zur Kennzeichnung und Messung von Körperschall, der Schnellepegel und der Beschleunigungspegel sowie der physikalische Zusammenhang beider Größen über die Fourier-Transformation werden angegeben und erläutert. Des weiteren werden typische 9 Dieser Abschnitt wird gegenüber /1/ hier verkürzt unter dem Begriff Körperschall abgehandelt. In der Praxis wird der Begriff Körperschall verbreitet als Synonym für den Begriff Erschütterungen verwendet, obwohl dieser, wie mit der Bezeichnung "Schall" zum Ausdruck kommt, streng genommen für die Behandlung von Festkörperschwingungen im Bereich hörbarer Frequenzen (f > 16 Hz) reserviert ist [Cremer, Heckl (1995)]. 9

14 Messpositionen beschrieben (s. Abb. 9), die zur Ermittlung der Körperschall-Emission (8-m-Punkt) und -Immission in benachbarten Gebäuden (z.b. an Fundamenten, an tragenden Bauteilen in Obergeschossen oder an Geschossdecken) nach den einschlägigen Normen vorzusehen sind. 2.1 Körperschallentstehung und Körperschallausbreitung im Boden Körperschall entsteht im Rad/Schiene(R/S)-Kontaktpunkt und pflanzt sich von dort in das Fahrzeug sowie in den Untergrund fort. Die Anregung im R/S-Kontaktpunkt hat ihre Ursache vor allem in Unebenheiten der Schienenund der Radlaufflächen. Diese Abweichung von der idealen Form (ebene Schiene, rundes Rad) führt zu Kontaktkräften, die das gesamte R/S-System zu Schwingungen anregen. Folgende Anregungsmechanismen sind hauptsächlich zu unterscheiden: > Weg- oder Geschwindigkeitserregung infolge geometrischer Formabweichungen bei Rad und Schiene, die sich als Welligkeit bzw. Rauhigkeit der Fahrflächen äußern, > Parametrische Schwingungserregung durch örtliche und damit zeitliche Steifigkeitswechsel des Gleis- Oberbau-Systems beim Überrollvorgang, die zu einer örtlich wechselnden dynamischen Einsenkung der Schienenfahrfläche führen, > Massenkrafterregung aufgrund von Unwuchten des rotierenden Rades. Es folgt in /1/ mit Bezug zur einschlägigen Literatur eine ausführliche qualitative Betrachtung zum Einfluss verschiedener Parameter auf die Körperschallentstehung, so vor allem der Fahrzeugparameter (Geschwindigkeit, unabgefederte Radsatzmasse, Wagenkastengewicht, Abstände von Achsen und Drehgestellen usw.), der Oberbauparameter (Schotteroberbau oder Feste Fahrbahn, Masse und Steifigkeit von Oberbaukomponenten usw.), der Streckenführung (oberirdisch in ebenem Gelände, in Dammlage, im Einschnitt oder unterirdisch in einem Tunnel unterschiedlicher Bauart etc.) sowie von Trassierung, Oberbauunterhaltungszustand und Untergrundbeschaffenheit. Der Einfluss der wichtigsten geschwindigkeitsabhängigen, zu einer periodischen Anregung führenden Parameter, wie Schwellenabstand und Achsabstand bzw. Radumfang (im Falle von Unrundheiten), wird sodann durch Ergebnisse von Messungen an Betriebsgleisen veranschaulicht. Als Beispiel wird hier in Abb. 10 die Vorbeifahrt des ICE 1 auf Schotteroberbau einer oberirdischen Strecke mit Geschwindigkeiten von 100 km/h bis 250 km/h wiedergegeben. Mit der Formel = v / 3,6 s [ Hz ] (v = Geschwindigkeit in [km/h], f s s = Schwellen- bzw. Achsabstand oder Radumfang in m) kann die Frequenzlage der mit den genannten Parametern zusammenhängenden Maxima der Körperschallanregung errechnet werden. Rechnet man mit den üblichen Werten von ca. 0,6 m für den Schwellenabstand und von ca. 2,5 m bis 3 m für den Achsabstand bzw. den Radumfang, so ergibt sich, dass im interessierenden Frequenzbereich von ca. 16 Hz bis 125 Hz für 10 Geschwindigkeiten unter 100 km/h nur die Schwellenabstandsfrequenz zum Tragen kommt, im Geschwindigkeitsbereich 100 < v <200 km/h sowohl die Schwellenabstandsfrequenz als auch die Achsabstands(Raddreh)-Frequenz zu beachten sind, während im Bereich über ca. 200 km/h im wesentlichen nur letztere maßgeblich ist. Besonderes Augenmerk wird sodann dem für die Praxis wichtigen Fall gewidmet, bei dem geschwindigkeitsabhängige Anregungen in ei nem Frequenzbereich auftreten, in dem die sehr dominante, jedoch geschwindigkeitsunabhängige Rad/Schiene-Resonanz f R/S liegt. In diesen Fällen kommt es zu einer stark überhöhten Körperschallanregung, was auch hier durch die Abb. 11 und Abb. 12 veranschaulicht werden soll. Man erkennt, dass im Falle des Schotteroberbaus, z.b. bei einer Abb. 9 Veranschaulichung der seitlich einer oberirdischen Eisenbahnstrecke verursachten Körperschall- und Luftschall- Immissionen, mit Lage typischer Meßpunkte zur Ermittlung der Emission (8m-Meßpunkt) und der Immissionen. Schwingungsrichtungen: x parallel zur Gleisachse (horizontal); y senkrecht zur Gleisachse (horizontal); z senkrecht zur Erdoberfläche (vertikal) (nach Abb. 49 in /1/). Abb. 10 Körperschall im Boden (auf Erdpflock) 8 m seitlich von Gleismitte einer oberirdischen Eisenbahnstrecke bei Vorbeifahrt des ICE 1 mit verschiedenen Geschwindigkeiten auf Schotteroberbau der Bauart W60 B70 (s. Abb. 54 in /1/) km/h; 160 km/h; 200 km/h; 250 km/h 10 Es ist außerdem zu beachten, dass die 5. Harmonische der Raddrehfrequenz bei einem Radumfang von ungefähr 3 m sehr nahe bei der Schwellenabstandsfrequenz liegt; dies ist z.b. beim ICE der Fall. 10

15 Abb. 11 Körperschall an der Tunnelwand eines zweigleisigen Rechtecktunnels bei Vorbeifahrt des Triebzuges ET 420 auf Schotteroberbau der Bauart K 60 H mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten v: v = 30 km/h: f s,30 14 Hz 1; v = 60 km/h: f s,60 28 Hz 2; v = 120 km/h: f s, Hz; f R/S 55 Hz 3, f a, Hz 4. f s Schwellenfachfrequenz (Schwellenabstand s = 0,6 m), f R/S Rad/Schiene- Resonanzfrequenz, f a Achsabstandsfrequenz (mit Achsabstand a = 2,5 m) (s. Abb. 55 in /1/) Abb. 12 Körperschall an der Tunnelwand eines zweigleisigen Rechtecktunnels bei Vorbeifahrt des Triebzuges ET 420 auf einem tiefabgestimmten schotterlosen Oberbau ("Masse-Feder-System") mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten v: v = 30 km/h: f s,30 14 Hz 1; f R/S 12 Hz 1; v = 60 km/h: f s,60 28 Hz 2; v = 120 km/h: f s, Hz 3; f R/S 12 Hz 4; f a, Hz 4. f s Stützpunktabstandsfrequenz (mit Abstand s = 0,6 m), f R/S Rad/Schiene-Resonanzfrequenz; f a Achsabstandsfrequenz (mit Achsabstand a = 2,5 m) (s. Abb. 56 in /1/) Geschwindigkeit von 120 km/h, die Schwellenabstandsfrequenz f s,120 und die Rad/Schiene-Resonanzfrequenz f R/S im Terzband mit der Mittenfrequenz von 50 Hz liegen, wodurch der Schnellepegel bei dieser Frequenz besonders hoch ist (s. Abb. 11: 3). Beim "Masse-Feder-System" dagegen liegt die Rad/Schiene-Resonanzfrequenz f R/S bei ca. 12 Hz, d.h. um zwei Oktaven tiefer als beim Schotteroberbau und fällt hier bei der gleichen Geschwindigkeit von 120 km/h mit der Achsabstandsfrequenz f a,120 zusammen (s. Abb. 12: 4). Erst bei der um den Faktor 4 niedrigeren Geschwindigkeit von 30 km/h liegen Schwellenabstandsfrequenz f s,30 und Rad/Schiene-Resonanzfrequenz f R/S wieder im gleichen Terzband mit der Mittenfrequenz von jetzt 12,5 Hz (s. Abb. 12: 1). Über die beschriebenen Effekte hinaus zeigen die Abb. 11 und Abb. 12 deutlich den Einfluss der Oberbauart auf die Körperschallentstehung. Man kann erkennen, dass die Frequenzlage der maximalen Körperschallanregung im Bereich der Rad/Schiene-Resonanzfrequenz f R/S einerseits von der Fahrgeschwindigkeit unabhängig ist, andererseits jedoch sehr stark von der Ausbildung des Oberbaus abhängen kann. Als wesentliche Parameter sind hierbei die dynamisch wirksame Masse (unabgefederte Radsatzmasse plus Anteile des Oberbaus) und die Federsteifigkeit des Oberbaus 11 zu nennen. Letztere ist bei den verglichenen Oberbauarten um mehr als den Faktor 10 verschieden (s. auch [Heckl et al. (1996)]. Im übrigen sind die Diagramme als deutlicher Hinweis dafür anzusehen, dass die Anregung von Eigenfrequenzen des Tunnelbauwerks nicht als Ursache für die maximalen Körperschallpegel an der Tunnelwand infragekommen kann, da sich beide Oberbauarten in zwei Tunnelabschnitten gleicher Bauform mit identischen Querschnittsabmessungen befinden. In /1/ werden daran anschließend weitere Beispiele für den Einfluss zusätzlicher Parameter auf die Körperschallentstehung diskutiert und mit Messergebnissen veranschaulicht. Zur Körperschallausbreitung im Boden werden die maßgeblichen Einflussgrößen zwar genannt, auf eine detaillierte Beschreibung wird jedoch wegen der bestehenden großen Unsicherheiten verzichtet. Im konkreten Einzelfall eines geplanten Bauvorhabens in der Nachbarschaft einer bestehenden oder geplanten Bahnstrecke ist es in der Regel im Hinblick auf eine verlässliche Prognose des im Gebäude zu erwartenden Körperschalls notwendig, eine gewissenhafte Analyse der Ausbreitungsverhältnisse durchzuführen (Bodenart, Bodenschichtung, Hindernisse im Ausbreitungsweg usw.). Für vorsichtige und überschlägige Erschütterungsprognosen bei nicht näher bekanntem Untergrund können jedoch Ergebnisse der bislang umfangreichsten Studie zur Untersuchung der Körperschallausbreitung an Schienenverkehrswegen [ARGE (1980/81)] herangezogen werden, die in /1/ komprimiert wiedergegeben werden (s. dort Abb. 60 und Tabelle 6). 2.2 Körperschall in Gebäuden Körperschalleinleitung und ausbreitung in Gebäuden Beim Übergang vom Erdboden in das Fundament eines Gebäudes erfährt der Körperschall zunächst eine Verminderung. Diese hängt ab von der Bauart und Masse des Fundaments, von der Gebäudemasse sowie von der Bodenart, in der das Gebäude gegründet ist [Auersch (1984)]. Bei der Ausbreitung im Gebäude erfährt der Körperschall in der Regel eine Zunahme infolge der Anregung von Deckeneigenfrequenzen. Die Pegelerhöhung in Deckenbauteilen ist stark von deren Konstruktion abhängig. 11 Diese wird vielfach auch mit "Bettungssteife" bezeichnet. Dabei ist zu beachten, dass hiermit eigentlich nur die Steife von Schotterbett einschließlich Planum oder Betonunterbau gemeint ist, während die Federsteifigkeit des Oberbaues auch die Biegesteife der Schiene und die Steife der Zwischenlagen (Zw) zwischen Schiene und Schwelle beinhaltet. 11

16 Die entscheidenden Parameter sind Masse, Deckenspannweite, Biegesteifigkeit, Dämpfungsverhalten und Einspannbedingung der Decken. Zu Problemen können Fußbodenaufbauten wie schwimmende Estriche führen, da diese Konstruktionen schwingungsfähige Systeme darstellen, deren Eigenfrequenzen oft im Bereich der Hauptanregungsfrequenzen des aus dem Schienenverkehr herrührenden Körperschalls liegen. Die Höhe eines Bauwerkes ist für die Körperschallausbreitung in Gebäuden in der Regel von untergeordneter Bedeutung [Auersch (1984)]. In /1/ werden Ergebnisse der statistischen Auswertung einer Vielzahl von Messberichten zur Einleitung und Übertragung von Körperschall in Gebäuden angegeben (s. Abb. 61 und Tabelle 7). Diese können als Grundlage für überschlägige Abschätzungen dienen. Es wird gezeigt, dass man bei derartigen Abschätzungen zumindest tendenziell richtig liegt, wenn man den Summenpegel aus Messwerten in den drei Schwingungsrichtungen (x,y,z) im Boden, z.b. am Ort eines zu errichtenden Gebäudes, als Wert des auf Geschossdecken (z-richtung) im Gebäude zu erwartenden Körperschallpegels annimmt. In vielen Fällen macht sich Körperschall in der Nachbarschaft von Bahnstrecken weniger in Form von fühlbaren Schwingungen (Erschütterungen) sondern vielmehr in Form von so genanntem Sekundär-Luftschall bemerkbar. Dieser wird von den schwingenden Raumbegrenzungsflächen abgestrahlt und als tieffrequenter (meist störender) Luftschall wahrgenommen. Die in Abb. 13 dargestellten Ergebnisse von Messungen in einem S-Bahntunnel und im Keller eines benachbarten Gebäudes sollen dies veranschaulichen. Anhand der Darstellung kann man den gesamten Körperschallübertragungsweg von der Schiene über die Tunnelwand bis zur Kellerwand des Gebäudes und schließlich bis hin zum Sekundär-Luftschall im Kellerraum verfolgen, dessen A- Schallpegel im vorliegenden Fall bei ca. 35 db(a) liegt Beurteilung von Körperschallimmissionen Bei der Beurteilung der durch Schienenverkehr in Gebäuden verursachten Körperschall-Immissionen ist zu unterscheiden nach der Art der Wahrnehmung der Körperschall-Immissionen (fühlbar oder hörbar). Dementsprechend ist dieser Abschnitt in /1/ gegliedert in Beurteilung von Körperschall, Erschütterungen und Beurteilung von Sekundärluftschall. Beurteilung von Körperschall, Erschütterungen Zur Bewertung der Einwirkung von Erschütterungen auf Menschen werden sogenannte KB-Werte herangezogen. Das KB-Signal ist gemäß [DIN (1995)] das durch Frequenzbewertung und Abb. 13 Körperschall im Tunnel sowie Körperschall und Sekundärluftschall im Keller eines ca. 10 m seitlich dieses Tunnels mit 3,5 m Überdeckung gelegenen Gebäudes bei Durchfahrt von Triebzügen ET 471 der Hamburger S-Bahn mit einer Geschwindigkeit von 60 km/h (s. Abb. 63 in /1/) Normierung des unbewerteten Körperschall-Schnellesignals v(t) entstandene Signal KB(t). Daraus wird der KB- Wert KB F als Momentanwert des gleitenden Effektivwerts mit der Zeitbewertung Fast (τ = 125 ms) ermittelt. Der während der Beobachtungsdauer aufgetretene höchste KB F -Wert wird als KB Fmax -Wert bezeichnet. In [DIN (1999)] wird ein in /1/ näher beschriebenes Taktmaximalverfahren vorgeschlagen. Danach ist die unter Berücksichtigung der Einwirk- und Beurteilungszeiten gebildete Beurteilungsschwingstärke KB FTr zur Beurteilung heranzuziehen. Im Gegensatz zur Situation bei der Beurteilung von (primären) Luftschallimmissionen existiert noch immer keine gesetzliche Regelung, die ein Einhalten bestimmter Grenzwerte für Erschütterungseinwirkungen aus dem Schienenverkehr vorschreibt. Üblicherweise wird daher zur Beurteilung der Erschütterungsimmissionen die DIN 4150, Teil 2 aushilfsweise herangezogen. In dieser wird bei der Beurteilung der Erschütterungen aus dem Schienenverkehr unterschieden zwischen Neubau- und Ausbaustrecken. Für neu zu bauende Strecken gelten die darin angegebenen Anhaltswerte. Die Norm nennt jedoch keine Anhaltswerte für bereits bestehende Bahnstrecken. Die momentane Regelung hat zwar keinen rechtsverbindlichen Charakter, erfordert jedoch gemäß einem Verwaltungsgerichtsurteil [BVGH (1995)], dass sich die vorhandene Vorbelastung aus dem Schienenverkehr durch das Hinzutreten neuer Immissionen nach dem Ausbau von Bahnstrecken nicht wesentlich erhöht. Zur Beurteilung einer zukünftigen Erschütterungssituation ist es daher von Bedeutung, welche Erhöhung einer Erschütterungseinwirkung deutlich wahrnehmbar ist. Dieser Frage und weiteren Aspekten zur Wahrnehmung von Erschütterungen aus dem Eisenbahnverkehr sowie deren Auswirkungen auf die Anwohner von Schienenwegen wurde in einer Reihe von Studien nachgegangen, über die in /1/ auszugsweise berichtet wird. Beurteilung von Sekundärluftschall Der sekundäre Luftschall ist ein relativ tieffrequentes Verkehrsgeräusch, das infolge von Schwingungsanregung von Gebäuden durch Eisenbahnverkehr von den Begrenzungsflächen eines Raumes abgestrahlt wird und das keine identifizierbare Schalleinfallsrichtung hat. Da jedoch die Bestimmungen nach [BImSchV-16 (1990)] hier nicht anwendbar sind, gibt es derzeit keine gesetzlichen Regelungen über Grenzwerte hinsichtlich zumutbarer 12

17 Einwirkungen aus sekundärem Luftschall. In der gutachterlichen Praxis behilft man sich daher durch die Anwendung verschiedener Normen und Richtlinien. Diese in /1/ benannten Vorschriften sind jedoch ausnahmslos nicht für die unmittelbare Anwendung zur Beurteilung von sekundärem Luftschall vorgesehen, so dass hier nach wie vor ziemlich große Unsicherheit besteht. 2.3 Körperschall-Minderungsmaßnahmen Abb. 14 Prinzipskizze eines Schotteroberbaus mit Unterschottermatte am Beispiel eines eingleisigen S-Bahn-tunnels mit kreisförmigem Tunnelquerschnitt. 1 Gleisrost; 2 Schotterbett; 3 Unterschottermatte (USM); 4 Seitenmatte; 5 Aufbeton (seitl. Fluchtweg); 6 Tunnelschale; 7 Kabelkanal (s. Abb. 64 in /1/) Abb. 15 Gemessenes und berechnetes Einfügungsdämmmaß einer Unterschottermatte (USM). a Messergebnis für die im Münchner S-Bahntunnel eingebaute USM; Mittelwert und Streubereich aus Messungen der Vorbeifahrt von Triebzügen ET 420 an 6 Tunnelwand-Meßpunkten vor/nach Einbau der USM; b Rechnerergebnis für diese USM nach [z32]; Parameter: Impedanz der Tunnelsohle; elastischer Halbraum mit s T = N/m; ,8 m dicke Betonplatte mit Z T = 10 7 Ns/m (s. Abb. 67 in /1/) Grundsätzlich gilt in der Technik des Schallschutzes allgemein oder des Körperschallschutzes im Besonderen, dass Minderungsmaßnahmen dann am effektivsten sind, wenn sie an der Quelle bzw. nahe an dieser durchgeführt werden. Diesbezüglich ist also bei Eisenbahnstrecken die regelmäßige Wartung des Oberbaus, wie das Schleifen der Schienen bei beginnender Verriffelung bzw. Wellenbildung, der Austausch von abgenützten Schienen und die Erneuerung oder Durcharbeitung des Schotterbetts eine wichtige Schutzmaßnahme genereller Art. Dies reicht jedoch in der Regel bei Strecken durch dicht besiedelte Gebiete nicht aus, um betroffene Anwohner vor unzumutbarer Einwirkung aus dem Betrieb hinreichend zu schützen. Daher bestand bereits frühzeitig (etwa in den 60-er Jahren) der Bedarf an wirksamen Maßnahmen zur Minderung der vom Eisenbahnbetrieb ausgehenden Körperschall-Emissionen bzw. der auf betroffene Gebäude einwirkenden Körperschall-Immissionen.. In /1/ wird die ausführliche Behandlung dieser Thematik unterteilt in die Bereiche Maßnahmen im Bereich der Körperschallentstehung unterirdischer und oberirdischer Strecken (s. dort Abschn. 3.7), Maßnahmen im Ausbreitungsweg (s. Abschn. 3.8) und Maßnahmen an Gebäuden (s. Abschn. 3.9). Im Folgenden werden die wichtigsten Erkenntnisse daraus in zwei Teilen - Minderungsmaßnahmen am Oberbau und Minderungsmaßnahmen im Ausbreitungsweg und an Gebäuden - zusammengefasst Maßnahmen am Oberbau Für unterirdische Strecken existiert ein ausgereiftes und bewährtes Instrumentarium an Maßnahmen, das aufgrund der klar erfassbaren Randparameter in Tunnelbauwerken zum Teil auch rechnerisch gut abgesichert ist. In /1/ wird hierzu die maßgebliche und teilweise grundlegende Literatur benannt. Demnach haben sich hauptsächlich bei Nahverkehrsbahnen, aber auch im Bereich des Fernverkehrs, der Einbau von Unterschottermatten und sog. Masse-Feder-Systeme als wirksame Maßnahme zur Körperschallminderung bewährt. Unterschottermatten (USM) sind elastische Matten aus verschiedenen Materialien, hauptsächlich auf Polyurethan- oder Kautschukbasis, die das Tunnelbauwerk (Bereich der Tunnelsohle) und das Schotterbett vollflächig dauerelastisch voneinander trennen. In Abb. 14 ist der prinzipielle Aufbau eines Schotteroberbaus mit USM am Beispiel eines Tunnelbauwerkes mit kreisförmigem Querschnitt dargestellt. Die akustische Wirksamkeit von Körperschallminderungsmaßnahmen allgemein bzw. von USM im Besonderen wird durch das Einfügungsdämmmaß beschrieben. Anfang der 80-er Jahre wurde ein einfaches Verfahren entwickelt [Wettschureck, Kurze (1985)], [Kurze, Wettschureck (1985)], [Wettschureck, Doberauer (1985)], mit dem bereits in der Planungsphase die Wirksamkeit einer USM rechnerisch ermittelt werden kann [Wettschureck (1994) u. (1995)]. In Abb. 15 ist in Teilbild a zunächst das gemessene Einfügungsdämmmaß für die im Münchner S-Bahntunnel nahe der Philharmonie Am Gasteig eingebaute USM dargestellt, während das Teilbild b das nach [Wettschureck, Kurze (1985)] für diese USM berechnete Einfügungsdämmmaß zeigt. Eine ähnlich gute Übereinstimmung zwischen Messergebnis und Rechenergebnis hat sich bei späteren Anwendungen des Rechenmodells im Laufe der vergangenen ca. 20 Jahre ergeben (s. z.b. [Wettschureck et al. (1999-1), (1999-2)], [Wettschureck, Daiminger (2001-1), (2001-2)], so dass dieses in der Zwischenzeit bei einigen europäischen Bahnen und Verkehrsgesellschaften im Rahmen von Ausschreibungsverfahren zu einer Art Standard geworden ist. 13

18 Neueste Untersuchungen, die 18 Jahre nach dem Einbau der USM im Münchner S-Bahntunnel nahe der Philharmonie Am Gasteig durchgeführt wurden haben ergeben [Wettschureck et al.(2002)], dass hinsichtlich der Wirksamkeit dieser USM auch nach der langen Zeit der extremen Betriebsbelastung von ca Lasttonnen keine signifikante Einbuße zu verzeichnen ist (s. Abb. 16). Das Prinzip eines als "Masse-Feder-System" ausgebildeten Oberbaus in Trogbauweise ist in Abb. 17 dargestellt. Danach ist ein Betontrog (Fertigteil- oder Ortbetonbauweise), in dem der Gleisrost entweder im Schotterbett liegt oder in Füllbeton 12 einbetoniert ist, über Elastomerlager (Einzellager oder streifenförmige Lager) auf der Tunnelsohle elastisch gelagert. Mit Oberbauformen dieser Bauart können je nach Anforderungen und konstruktiver Auslegung Abstimmfrequenzen um 5 Hz erreicht werden. In Abb. 18 ist das Einfügungsdämmmaß eines Abb. 16: Schnellepegel-Terzspektren, gemessen an der Tunnelwand der Münchner S-Bahn, nahe der Philharmonie Am Gasteig, während der Vorbeifahrt von Triebzügen ET 420 mit einer Geschwindigkeit von 60 km/h, vor/nach Einbau der Unterschottermatten des Typs Sylomer B 851 (nach [z35], Abb. 13) (a) südliche Tunnelröhre: Messpunkt ausserhalb des Bereichs mit Unterschottermatten, (b) nördliche Tunnelröhre: Messpunkt innerhalb des Bereichs mit Unterschottermatten, (c) südliche Tunnelröhre: Messpunkt innerhalb des Bereichs mit Unterschottermatten schotterlosen Masse-Feder-Systems dargestellt, dessen Abstimmfrequenz etwas unter 12 Hz liegt. Zum Vergleich ist das Einfügungsdämmmaß der im Münchner S-Bahntunnel eingebauten USM angegeben, deren statische Federsteife den niedrigsten für S-Bahnbetrieb zulässigen Wert hat. Abb. 18 zeigt, dass die Körperschalldämmung des MFS im besonders kritischen Frequenzbereich von ca. 20 Hz bis 63 Hz durch die wesentlich tiefere Abstimmung beträchtlich größer ist, als sie mit USM bei Berücksichtigung der Vorgaben hinsichtlich der zulässigen statischen Steifigkeit erreicht werden kann. Weitere, in der Regel weniger wirksame, weil höherfrequent abgestimmte Alternativen, wie z.b. hochelastische Schienenbefestigungen, vollflächig elastisch gelagerte Betontragplatten ( floating slabs ) werden in /1/ mit Bezug zur einschlägigen Literatur genannt. Bei oberirdischen Strecken sind die Verhältnisse grundsätzlich schwieriger, da wichtige Parameter und Randbedingungen, wie Planumsimpedanzen, Interaktionen zwischen Untergrund und Oberbau etc., nicht hinreichend definiert oder aber einer direkten Messung nicht zugänglich sind. In /1/ wird die einschlägige Literatur ausgewertet und es wird gezeigt, dass bei Beachtung einiger grundlegender Voraussetzungen auch hier eine nennenswerte Minderung des in den Untergrund eingeleiteten Körperschalls erreicht werden kann. Abb. 17 Prinzipskizze eines Masse-Feder- Systems (MFS) in Trogbauweise am Beispiel eines zweigleisigen S-Bahntunnels mit Rechteckquerschnitt. 1 Gleisrost; 2 Schotter bzw. Füllbeton; 3 Betontrog; 4 Elastomerlager mit Lagersockel; 5 Tunnelsohle; 6 dauerelastisches Fugenband; 7 Kabelkanal (s. Abb. 70 in /1/) Abb. 18 Einfügungsdämmmaß einer USM und eines MFS jeweils gemessen an der Tunnelwand bei Überfahrt des Triebzuges ET 420; USM: S-Bahntunnel München; MFS: Flughafentunnel Frankfurt/Main (s. Abb. 71 in /1/) 12 Bei schotterlosen "Masse-Feder-Systemen" ist in der Regel die Bauhöhe im Vergleich zur Prinzipskizze in Abb. 17 deutlich geringer. 14

19 Abb. 19 Einfügungsdämmmaß einer USM auf verdichtetem Planum; Messergebnis: Mittelwert und Streubereich. Rechnung: Abschlussimpedanz endlich (verdichtetes Planum); Abschlussimpedanz näherungsweise unendlich, z.b. Tunnelsohle (nach Abb. 80 in /1/) Eine der wichtigsten und hinsichtlich der konstruktiven Lösung oberbautechnischer Details inzwischen auch erfolgreichen Maßnahmen ist der Einbau von Unterschottermatten in Verbindung mit einer Planumsverbesserung oder dem Einbau einer zusätzlichen Tragschicht, wie z.b. einer HGT (hydraulisch gebundene Tragschicht) oder einer ZVT (zementverfestigte Tragschicht). Die Abb. 19 zeigt als Beispiel die erfolgreiche Anwendung einer derartigen Maßnahme an der Arlbergzulaufstrecke der Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) [Wettschureck (1997)], [Wettschureck et al. (1997)]. In dieser Abbildung ist zu dem Rechenergebnis für die vorliegende Einbausituation auch das rechnerisch zu erwartende Einfügungsdämmmaß angegeben, das mit der gleichen USM beim Einbau auf einer üblichen Tunnelsohle mit näherungsweise unendlicher Eingangsimpedanz zu erwarten wäre. Man erkennt, dass sich der Einfluss des endlich steifen, selbst federnden Planums in einem mit zunehmender Frequenz abnehmenden Einfügungsdämmmaß bemerkbar macht. Eine wesentliches Problem bei Maßnahmen dieser Art betrifft die Stabilisierung der seitlichen Bettungsschulter des Schotterbetts. Die in dieser Hinsicht bei verschiedenen europäischen Bahnen gefundenen Lösungen werden in /1/ mit Quellenangabe vorgestellt. Am Ende des Abschnitts 3.7 in /1/ wird mittels einer Grafik eine Übersicht zur Wirksamkeit der bis zum Jahr 1997 erprobten Minderungsmaßnahmen an oberirdischen Vollbahnstrecken vermittelt, die im Abschlußbericht des vom ERRI (European Railway Research Institute) geförderten Projektes [RENVIB II (1997)] anhand der Angaben in der Literatur zusammengestellt worden waren (s. Abb. 81 in /1/). Diese an oberirdischen Vollbahnstrecken erprobten Maßnahmen sind: > elastische Schwellenlager ( besohlte Schwellen ), > Unterschottermatten auf verdichtetem Planum, > Bodenverbesserung und > elastisch gelagerte Fahrbahnplatten ( floating slabs ) Maßnahmen im Ausbreitungsweg und an Gebäuden Für Maßnahmen zur Minderung des Körperschalls auf dem Ausbreitungsweg seitlich von Bahnstrecken kommen im wesentlichen zwei physikalisch unterschiedliche Prinzipien in Frage: > Absorption von Schwingungsenergie mit Hilfe von geeigneten Absorbern, > Reflexion bzw. Dämmung des Körperschalls an Unstetigkeiten (Impedanzsprüngen) im Ausbreitungsweg durch Schichten mit hoher spezifischer Masse oder mit niedriger dynamischer Steife, jeweils verglichen mit dem umgebenden Boden. Wie in /1/ ausgeführt wird, hat das erst genannte Prinzip in der Praxis wegen der im Verhältnis zum Aufwand nicht nennenswerten Wirksamkeit keine Bedeutung erlangt. Bedeutender und im Hinblick auf praktische Anwendungen erfolgversprechender sind Maßnahmen nach dem Prinzip der Reflexion bzw. Dämmung an einem Impedanzsprung. Hierzu wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, die man unterteilen kann in > schwere Abschirmwände im Boden, z.b. aus Beton und > senkrechte Erdschlitze, verfüllt mit elastischen Matten (auch gasgefüllten) oder offene (Luft)Gräben. Eine gewisse Zwischenstellung nehmen Abschirmwände aus sog. Bohrlochreihen ein. Mit diesen wurde unter günstigen Voraussetzungen, nämlich bei einer Tiefe der Bohrlöcher von mehr als dem Zweifachen der Wellenlänge der ungestörten Oberflächenwelle, zwar eine nennenswerte Abschirmwirkung erzielt, sie kommen jedoch aus technischen und wirtschaftlichen Gesichtpunkten für praktische Einsatzfälle nicht in Frage [Prange, Huber (1982)]. Zu den Erfahrungen mit Bodenschlitzen, insbesondere im Hinblick auf Dimensionierungsregeln, wird die einschlägige Literatur in /1/ analysiert. Danach kann nach dem vorliegenden Erkenntnisstand mit dem Einsatz von Bodenschlitzen nach Abwägung technischer und wirtschaftlicher Gesichtspunkte am ehesten eine nennenswerte Abschirmwirkung erzielt werden, wenn diese so dicht wie möglich am zu schützenden Objekt angeordnet und entsprechend den dort herrschenden Randbedingungen hinsichtlich Tiefe und Länge des Schlitzes dimensioniert werden. 15

20 Gebäude können beim Bau durch konstruktive Maßnahmen gegen Körperschalleinleitung geschützt werden. In Frage kommt hierbei vor allem die elastische Lagerung von Gebäuden, die in den typischen Ausführungsformen der punktförmigen (diskrete Einzellager), streifenförmigen oder vollflächigen Lagerung bei Bauvorhaben in unmittelbarer Nachbarschaft von Eisenbahnstrecken vermehrt zur Anwendung kommt. Hierzu wird in /1/ einschlägige Literatur angegeben. Auf Details wird nicht weiter eingegangen, weil im Prinzip jedes Gebäude als Einzelfall betrachtet und dementsprechend behandelt werden muss. Auch bestehende Gebäude können nachträglich elastisch gelagert werden, wenn sie grundsätzlich dafür geeignet sind. Die Kosten für nachträgliche Maßnahmen dieser Art sind allerdings in der Regel beträchtlich. Innerhalb von Gebäuden kann durch körperschalltechnisch günstige Formgebung und Dimensionierung der Fundamente und der Bauteile dafür gesorgt werden, dass möglichst wenig Körperschall ins Gebäude eingeleitet und in diesem weitergeleitet wird. Besondere Aufmerksamkeit ist hierbei den Deckenbauteilen und Fußbodenaufbauten zu widmen. So ist zum Beispiel unbedingt darauf zu achten, dass die Eigenfrequenz von Decken und schwimmenden Estrichen möglichst nicht im Bereich des spektralen Maximums der Körperschallanregung aus dem Zugverkehr liegt. 2.4 Prognose von Körperschall-Immissionen Anders als auf dem Gebiet der Prognose von Luftschallimmissionen [Schall 03 (1990)], [Akustik 04 (1990)] existiert für die Prognose von Körperschall-Immissionen noch immer kein allgemein gültiges Verfahren. Dies liegt vor allem daran, dass für viele Randparameter, deren Kenntnis für die Prognose nötig ist wie z.b. die Ausbreitungsbedingungen im Boden, die Körperschallübertragung im Gebäude etc. keine allgemein gültigen Annahmen über die zugrunde zulegenden Parameter getroffen werden können. Diese können vielmehr mit ausreichender Sicherheit für jeden zu untersuchenden Immissionsort nur durch Messungen vor Ort ermittelt werden. Das heute von den meisten auf diesem Gebiet tätigen Ingenieurbüros angewandte Verfahren ist ein empirisches Rechenverfahren. Bei diesem werden vorhandene Randbedingungen, die im konkreten Anwendungsfall idealerweise durch Messungen ermittelt werden, kombiniert mit Parametern, die in einer Vielzahl von Grundsatzuntersuchungen ermittelt wurden. Ansätze zur mathematischen Beschreibung von Teilbereichen der Körperschallprognose hat es in der Vergangenheit durchaus gegeben [Diehl et al. (1997)]. Die Zuverlässigkeit solcher mathematischen Modelle ist jedoch sehr stark von der Kenntnis der in die Rechnung eingehenden Parameter abhängig. In /1/ werden einige wesentliche Parameter beschrieben, von deren Kenntnis die Genauigkeit von Körperschallprognosen, sowohl bei Anwendung empirischer Methoden als auch im Falle von mathematischen Rechenmodellen, maßgeblich abhängt. Das heute übliche (empirische) Prognoseverfahren wird in den Grundzügen dargestellt. Dieses ist entsprechend dem Übertragungsweg von der Körperschallentstehung bis hin zum betroffenen Gebäude in die Bereiche Körperschallemission, Körperschallausbreitung und Körperschallimmission unterteilt. Die grundsätzliche Vorgehensweise bei der Erstellung einer Körperschallprognose wird in /1/, sofern verallgemeinert darstellbar, für die genannten Teilbereiche skizziert. 3 Luftschall und Körperschall bei Nahverkehrsbahnen Hinsichtlich der Entstehung, Ausbreitung und Bewertung des von diesen Bahnen (Straßenbahnen, Stadtbahnen und U-Bahnen) erzeugten Luftschalls bzw. Körperschalls gelten im großen und ganzen die unter der Überschrift Eisenbahnen (Vollbahnen, S-Bahnen) bisher behandelten Aspekte. Dennoch erscheint es angebracht, auf einige Besonderheiten einzugehen, die sich aus den speziellen verkehrstechnischen Randbedingungen und damit zusammenhängend auch hinsichtlich der technischen Möglichkeiten zur Realisierung von Körperschallminderungsmaßnahmen ergeben. Vor allem bei den Straßenbahnen sind dies die durch die Trassierung im innerstädtischen Bereich sowie durch den gemischten Straßen- und Schienenverkehr vorgegebenen Randbedingungen. Zunächst wird in /1/ eine kurze Übersicht über die spezielle Literatur zu den Nahverkehrsbahnen gegeben. Daran anschließend werden einige Besonderheiten, wie das vermehrte Auftreten des Kurvenquietschens und weitere fahrweg- und fahrzeugtypische Besonderheiten (z.b. Rasengleis, Niederflurbahn) behandelt, um sodann auf spezielle Körperschallminderungsmaßnahmen für den innerstädtischen Bereich von Straßenbahnen einzugehen. 3.1 Besonderheiten bei Nahverkehrsbahnen Das Kurvenquietschen tritt vermehrt im innerstädtischen Bereich dort auf, wo die Streckenführung bei Straßenbahnen im Vergleich mit Vollbahnen häufig sehr kleine Kurvenradien erfordert. Das Phänomen des Kurvenquietschens ist auf das Quergleiten der starr verbundenen Räder und die damit verbundene hochfrequente Haft- Gleit- (stick-slip) Bewegung zurückzuführen. Es kann durch Einzelradaufhängung, durch einachsige Laufwerke und durch Verwendung von lenkbaren Radsätzen weitgehend verhindert werden. Als Sekundärmaßnahmen gegen das Kurvenquietschen wurde bisher die Körperschalldämpfung der Räder, das Besprühen der Schienen sowie auch die Körperschalldämpfung der Schiene mittels spezieller Schienenstegdämpfer angewandt. 16

21 In /1/ wird hierzu die einschlägige Literatur angegeben und es wird auf Forschungsaktivitäten eingegangen [STUVA (1994)], die ausgehend von den nicht befriedigenden Bewertungskriterien zur Berücksichtigung des Kurvenquietschens von Straßenbahnen im Rahmen von Immissionsberechnungen veranlasst wurden. Unter der Überschrift fahrweg- und fahrzeugtypische Besonderheiten von Straßenbahnen werden in /1/ zunächst die wegen des gemischten Straßen- und Schienenverkehrs im Bereich von Innenstädten sich ergebenden Effekte angeführt. Dazu gehört z.b. die große Streuung der Schallemission durch Verschmutzung der Schienenfahrflächen durch Straßenstaub, Splitt oder dergleichen und damit auch der Radlaufflächen und durch die sehr unterschiedlichen Arten der Gleisverlegung (in Pflaster, in glatten Straßen, auf eigenem Gleiskörper, Rasengleis etc.). Wegen der rauhen Radlaufflächen gelten für Straßenbahnen, obwohl diese heute generell nicht mehr mit Klotzbremsen ausgestattet werden, im Rahmen von Prognosen nach [Schall 03 (1990)] grundsätzlich die höheren Schallemissionspegel für Fahrzeuge mit Klotzbremsen. Des weiteren wird auf ein Forschungsvorhabens zu Geräuschemissionen von Straßenbahnen näher eingegangen, das vom Umweltbundesamt zwecks Überprüfung der auf ältere Messungen zurückgehenden Festlegungen zu Emissionswerten von Straßenbahnen in der Richtlinie [Schall 03 (1990)] durchgeführt worden war [Giesler (2000)]. Auf den Ergebnissen dieses Vorhabens basiert ein Vorschlag zur Überarbeitung der Pegelzuschläge D Fz bzw. D Fb für Fahrzeuge bzw. Fahrbahnen bei Straßenbahnen nach [Schall 03 (1990)]. Als Resumeé ist diesem Vorschlag zu entnehmen (s. Tabelle 8 in /1/), dass die Geräuschsituation bei herkömmlichen Straßenbahnen bei nicht regelmäßig gepflegtem Rad/Schiene-System durch das Rechenverfahren der Schall 03, mit Ausnahme des Betonschwellengleises, zum Teil deutlich unterschätzt wird, so dass eine Korrektur der betroffenen Werte im Rahmen einer Überarbeitung der Richtlinie angebracht erscheint. 3.2 Spezielle Körperschallminderungsmaßnahmen für den innerstädtischen Bereich von Straßenbahnen Grundsätzlich sind die bisher für Vollbahnen und S-Bahnen behandelten Maßnahmen auch auf Straßenbahnen, Stadtbahnen und U-Bahnen übertragbar. Dabei sind jedoch die durch niedrigere Achslasten und Fahrgeschwindigkeiten gekennzeichneten Randbedingungen zu beachten. Dies bedeutet, dass bei der üblicherweise vorgegebenen Grenze für die zulässige Schieneneinsenkung generell niedrigere Werte für die Steifigkeit der elastischen Oberbauelemente anzusetzen sind. Insbesondere auch wegen des gemischten Verkehrs im innerstädtischen Bereich ergeben sich bei Straßenbahnen spezielle Anforderungen hinsichtlich konstruktiver Lösungen für Körperschallminderungsmaßnahmen. Die vor diesem Hintergrund für Anwendungsfälle mit hoher Anforderung entwickelten und heute hauptsächlich eingesetzten Oberbauformen werden sodann in /1/ mit Bezug zur einschlägigen Literatur vorgestellt. Diese werden im Folgenden auch hier beschrieben. Abb. 20 Prinzip einer hoch elastischen kontinuierlichen Schienenlagerung (KES) in der Ausführung als Rillenschiene (s. Abb. 83 in /1/). Kontinuierlich (hoch)elastische Schienenlagerung KES Wesentliches Merkmal dieser Oberbauform ist - im Gegensatz zur klassischen (Rillen-)Schienenlagerung mit diskreten Stützpunkten - die kontinuierliche Lagerung des Schienenfußes auf einem Elastomerband. Bei den konstruktiv aufwendigeren Lösungen, z.b. entsprechend der Darstellung in Abb. 20, sind beide Schienen ohne spurführende Querverbindung in einem Längsprofil, in sogen. selbstzentrierenden Elastomerpaketen kontinuierlich elastisch eingebettet. Auf die Mitteilung von Ergebnissen zur Wirksamkeit dieses Systems, die z.b. im Rahmen von Prognosen verwendet werden könnten, wird in /1/ verzichtet, da nach Aussagen in der einschlägigen Literatur die diesbezüglichen Untersuchungen bisher nicht ausreichend abgesichert sind. 17

22 Leichtes Masse-Feder-System LMFS Das LMFS kann aus akustischer Sicht als die günstigste Lösung einer Körperschallminderungsmaßnahme für Straßenbahnen im innerstädtischen Bereich angesehen werden. Das Prinzip eines LMFS, wie es z.b. im Streckennetz der Münchner Straßenbahn eingebaut ist, zeigt die Abb. 21 (siehe z.b. auch Anhang zur [DIN (2000)]). Bei diesem System ist die gesamte Masse der Gleistragplatte inklusive Oberbau auf einer vollflächig ausgelegten Elastomermatte abgefedert, die üblicherweise sogar als verlorene Schalung beim Betonieren fungiert. Das bedeutet, dass die Lagerung der Rillenschiene relativ Abb. 21 Vollflächig elastisch gelagerte Gleistragplatte für Straßenbahnen, sogen. Leichtes Masse-Feder-System (LMFS). 1 Bordstein, 2 Elastischer Fugenverguss, 3 Rillenschiene, 4 Schienenkammerfüllelement, 5 Asphalt (alternativ Pflaster oder Beton), 6 Betonfüllung, 7 Gleistragplatte aus (bewehrtem) Beton, 8 Elastische Boden- und Seitenmatte (z.b. zelliges PUR- Elastomer), 9 verfestigte untere Tragschicht, 10 Ausgleichsschicht (elastischer Schienenunterguss, kontinuierlich elastische Schienenlagerung - KES) steif ausgeführt werden kann, woraus sich der Vorteil kleiner Schieneneinsenkungen (üblicherweise < 1 mm) und damit geringer Relativbewegungen zwischen Schiene und Fahrbahn ergibt. Ein weiterer Vorteil dieses Systems besteht darin, dass die Gleistragplatte (siehe Teil 7 in Abb. 21) nahezu jede der bei den verschiedenen Verkehrsbetrieben üblichen Oberbauformen aufnehmen kann (wie z.b. die diversen Varianten des Rahmen- und Querschwellengleises sowie auch Einzelstützpunkte). Hierzu werden in /1/ typische Ausführungsvarianten in europäischen Städten (Grenoble, Genf u.a.) aus der Literatur genannt. Zur Wirksamkeit des in Abb. 21 dargestellten Systems wird in /1/ auf Ergebnisse von neuesten Messungen Bezug genommen, die an identischen Messpunkten vor und nach Einbau dieses Oberbaus bei der Münchner Straßenbahn durchgeführt worden waren [Müller-BBM (2001)]. Daraus wurde das Einfügungsdämmmaß des LMFS bezogen auf den Rillenschienenoberbau vor dem Umbau ermittelt, das hier in Abb. 22 dargestellt ist. Es ist der typische Verlauf mit einer Abstimmfrequenz von ca. 20 Hz und Körperschallminderungen von ca. 9 db bei 63 Hz und bis zu ca. 20 db in dem bezüglich der Wahrnehmung von sekundärem Luftschall in Gebäuden wichtigen höheren Frequenzbereich zu erkennen. 4 Simulationsmodelle Zunächst wird in /1/ ein Überblick über die grundsätzlich unterschiedlichen Verfahren bei der Prognose von Luftschall und Körperschall von Bahnen gegeben. Dies sind zum einen empirische Verfahren und zum anderen numerische und analytische Verfahren. Abb. 22 Einfügungsdämmmaß des Leichten Masse- Feder-Systems (LMFS) der Straßenbahn München, Maximilianstraße. Ergebnisse von Messungen vor / nach Einbau des LMFS an identischen Messpunkten am seitlichen Fahrbahnrand des Straßenraumes, abhängig von den örtlichen Gegebenheiten an den 5 Messorten jeweils ca. 4 m 8,5 m vor den Gebäuden Zu den empirischen Verfahren zählt das hier im Abschnitt 1 bereits mehrfach angesprochene Verfahren der [Schall 03 (1990)] zur Prognose der Luftschallimmissionen in der Nachbarschaft von Bahnstrecken, das nach der 16. BImSchV [BImSchV-16 (1990)] im Rahmen von Planfeststellungsverfahren in Deutschland gesetzlich vorgeschrieben ist. Auch das im Abschnitt 2.4 skizzierte Verfahren zur Prognose der von Bahnen verursachten Körperschallimmissionen ist hier zu nennen. Die numerischen und analytischen Verfahren werden überwiegend im Bereich Forschung und Entwicklung eingesetzt, da es diese z.b. durch Simulationsrechnungen ermöglichen, mit vergleichsweise geringem Aufwand eine Vielzahl an Parameterkonstellationen zu studieren. Zu diesen Verfahren zählen alle Modelle mit Rauhigkeitsanregung, die in den vergangenen Jahren mit gutem Erfolg für Studien zur Rollgeräuschentstehung und damit zusammenhängend hinsichtlich der Fahrzeug- und Fahrwegoptimierung eingesetzt wurden. Zu den bekanntesten zählen TWINS (Track Wheel Interaction Noise Software [Thompson (1993), (2000)]) und RIM (Rad/Schiene-Impedanz-Modell [Diehl, Hölzl (1998)]). 18