Az első magyar, műanyag szállal erősített és füvesített villamospálya (2. rész) – A szegedi 2-es és 3-as villamosvonal
A CDM-QTrack rendszerből épített pályagerendás füvesített szerkezeteket alkalmassá tettük a kis sugarú ívekben R = 24,00 m történő alkalmazásra is. Ezt az I 80 acél összekötő elemek méretezés szerinti sűrítésével, a gerendaméretek és azok vasalásának megnövelésével értük el. Ezekben az ívekben P 37 A sínek épültek be. A vonalon 5 db vasbeton szerkezeti lemezes bazaltbeton pályalemezes átjáró létesült. A jelzőlámpát vezérlő induktív hurkok füvesített EPC mikroszál-erősített betonteknő szerkezetből épültek 3,0 m hosszban, füvesített kivitelben. A kitérők vezérlése 12,0 m hosszú füvesített EPC mikroszál-erősített betonteknő szerkezetből épült, füvesített kivitelben. A beépített kitérők talpfa és kapcsolószer nélküli CDM rendszerű beágyazott gumiprofil kialakításúak. A CDM rendszerű füvesített villamospálya Nyugat-Európában már megépült szerkezetei, keresztmetszeti méreteiben robusztusabb kialakításúak (1. ábra), mint az általunk tervezett (2. ábra) szerkezetek.


A külföldi példák esetében a síneket magukba foglaló gerendákat, azok alsó síkjában kiépített összekötő vasbeton elemek kapcsolták össze. Az ilyen keresztmetszetek alkalmazása több zsaluzással, a szerkezeti elemek kb. 10-15 cm-es magasságnöveléssel, vagyis jelentős többletköltséggel járt volna. Az alsó összekötő elemek nem teszik lehetővé a jól működő szivárgóhálózat beépítését. A szivárgóhálózat lejtését a CKT alapréteg építése során terveztük kialakítani, melyben a lejtések is pontosan megépíthetők. A 2-es villamosvonal pályagerendás szakaszának ívben, P37 a sínnel, l 80 tartóval kialakított szakasza túlemeléssel a 3. ábrán, míg egyenesben Ri 59 sínnek és I 80 tartóval történő kialakítása a 4. ábrán látható. Az itt bemutatott keresztmetszet 40 mm alatti túlemelésig, gyalogos átvezetésnél és hosszvasak toldásánál alkalmazható.


A gerenda-keresztmetszeteket az Eurocod szerinti méretezési eljárással csökkentettük, az összekötő elemek helyét és magassági elhelyezését, valamint anyagát és méreteit is a külföldi példákhoz képest megváltoztattuk, így jelentősen tudtuk csökkenteni a költségeket és a kivitelezési időt. Ezzel a változtatással a hatékony szivárgóhálózat a vágánytengelyben is kiépíthetővé vált. A csapadékvizet a szivárgóba a gerendák alá 2 m-enként beépített DN 50 KPE csövekkel vezettük át a szélső vágányzónákból és a pályatengely felől. A kész pályaszerkezetet az 5. és 6. ábrán mutatjuk be.


Az egységes megjelenés miatt a kitérőket is füvesített kivitelben készítettük (7., 8. ábra).


A 3-as villamosvonalon 343 vfm hosszban egyvágányú pálya épült füvesítéssel és öntözéssel, továbbá 367 vfm hosszban acélszál-erősítésű vasbeton szerkezeti lemez 2 rtg. hengerelt aszfalt burkolattal és 2 db acélszál-erősített kitérő épült, bazaltbeton pályalemez burkolattal. Az aszfaltburkolat és a beton pályalemez kapcsolatát tapadóhídként a betonba félig beágyazott, mosott NZ 11/22 vagy NZ 22/32 nemes zúzalék biztosította, melyet 0,8 kg/m2 forró bitumenpermet kellősített. A beépített kitérők talpfa és kapcsolószer nélküli CDM rendszerű beágyazott gumiprofil kialakításúak (9., 10. ábra).


A műanyag EPC szerkezeti szálas szálerősítésű beton pályalemezek előnyei a vasbeton szerkezetekkel szemben:
- A vasbeton szerkezetekhez képest nincs kóboráram okozta korrózió, és kiküszöbölhető a sínszálak közötti rövidzárlat lehetősége.
- A műanyag szál tömegmennyisége a vasbeton acél szerkezetekhez viszonyítva 8-12%-a, acélszál-erősítésű szerkezetekhez képest 10-15%, azonos szerkezeti, teherbírási és statikai feltételek között.
- Nincs betontakarásból származó minőségi meghibásodás, ami növeli a zsaluzás építésének és a beállítás ellenőrzésének hatékonyságát, és 8-10% értékben csökken a ráfordított idő.
- Elmarad a betonvas szállítása, hajlítása, szerelése, és a zsaluzathoz történő betontakarás beállítási igénye, ami további 15-20%-kal növeli az építés hatékonyságát, és összességében 25-30%-kal csökkenti az építési időt.
- Az építési munkaterületen nincs szükség a vasbetét tárolására, nem foglal helyet a helyszínen összeszerelt vagy előre szerelt armatúra.
- Növelhető a betonszerkezetek használati élettartama. Elmarad a vasbetétek korróziója, a betonacél feletti betonréteg leválása. Csökken a karbantartási, fenntartási igény.
- Dinamikus terheléssel szemben ellenállóbb, mint a vasbeton szerkezetek.
- Betonozás közben nem keletkezik fészkesedés a sűrű betonacél között.
- A felfekvő lemez- és gerendaszerkezeteknél teljesen helyettesíti a vasbetéteket. Konzolos szerkezeteknél erősítő betonacéllal betonkompozitként is alkalmazható.
- A szerkezeti műanyag szálak alkalmazásával megszüntethető a lemez- és gerendaszélek repedezése, töredezése, felületi táskásodás, lerepedt részek kipergése.
- Az egyes rétegek (EPC alaplemez–bazaltbeton pályalemez) kapcsolata bekötő kengyelekkel és betonacél hálóval vagy hosszvasakkal biztosítható. A pályalemez és szerkezeti lemez együttdolgozását biztosító kapcsolat a terheléstől és a lemezvastagságtól függően tapadóhíd is lehet az egyes lemezrétegek között szigetelt szerkezeteknél. A felső pályalemez és az alsó szerkezeti lemez vastagságainak függvényében kell az együttdolgozást kialakítani, és az együttdolgozó lemezek közötti kapcsolat módját megválasztani.
- A szál adagolásával megszüntethető a különböző eltérő mértékű egymásra épülő dilatációs mozgásból származó vékony, a betontakarás miatt nem vasalható vasbeton lemez tönkremenetele.
- Alkalmazható tönkrement pályalemezek utólagos átépítésére, javítására bazaltbeton burkolatoknál is.
- Alkalmazható nagyvasúti pályaszerkezeteknél, útátjáró panelek, egyedi lemez és gerenda pályaszerkezetek építésénél.
- Utólagosan épülő pályalemezcserék együttdolgoztatása az alsó szerkezeti lemezzel BarChip szálerősítésű bazaltbeton és horgonyzó ragasztott vasszerelés beépítésével. Ezzel a technológiával 1,5 km már megépült, de 1-2 év alatt tönkrement villamospályák végleges javítását tudjuk tervezni és kijavítani.
- Bármilyen vasúti és közúti tengelyterhelésre és teherállásra is méretezhető.
- A szálakkal kevert beton 50-70 m hosszban szivattyúzható.
- Megakadályozza a beton szilárdulása közben a kezdeti mikrorepedések kialakulását, ezáltal a repedésekbe szivárgó víz okozta fagyásveszély, a betonhámlás kiküszöbölhető.
- Bármilyen segédszerkezet, szekrény, aknafedlap, érzékelő, díszburkolat, aszfaltburkolat, segédszerkezet, horgonyzócsavar beleépíthető. Fúrható, véshető. A szálak a lerepedt betonrészeket is összetartják, emiatt nehezen bontható.
- A műanyag EPC szerkezeti szálas szálerősítésű beton pályalemezek hátrányai a vasbeton szerkezetekkel szemben:
- A 2010–2013-ban kiépült szerkezetek vonatkozásában nincs értékelhető hátránya a szerkezetnek.
- A terhelésektől függően konzol vagy alátámasztatlan szerkezeti rész kialakítása csak korlátozott méretben lehetséges, ami maximum 1,50 m. Kiegészítő vasszereléssel a fesztáv növelhető.
Az EPC BarChip48 szálerősített villamospálya külföldi megítélése és alkalmazása
A szegedi villamospálya-projekt hatalmas sikerrel zárult, híre még a szálakat forgalmazó Elasto-Plastic Concrete (EPC) anyacéghez is eljutott. A jól működő és bevált rendszer után teljesen hasonló megoldással és ugyancsak BarChip48-as szintetikus makroszállal készültek villamospályák Szentpéterváron (Oroszország) és Tallinnban (Észtország). A hazai folytatás sem maradt el: ezzel a megoldással készült a budapesti 18-as és 1-es villamos részleges, valamint a 3-as villamos teljes szakaszának felújítása.
Összefoglalás
A Szegeden épült 1-es és 3-as számú villamospályák igazolják azt, hogy a részletesebb tervezési módszerrel megtervezett új szerkezeti megoldásoknak, melyeknek minden részlete átgondolt, kidolgozott és méretezett, elsődlegesen a beruházás megvalósítását kell szolgálniuk. A kiviteli terveknek elsődlegesen a kivitelezőnek és a kivitelezést ellenőrző mérnöki szervezeteknek kell szólniuk. Az engedélyezési tervek elsősorban a hatóságoknak, a pályázatot elbírálóknak készülnek. Az egyes tervfejezeteknek más a céljuk, és azokat annak megfelelően kell elkészíteni, kezelni. A szegedi villamospályák az elmúlt 3-4 évben – eddigi működési idejük alatt – jól vizsgáztak, problémamentesek voltak.
A megépült szerkezetek bebizonyították, hogy a villamospályák vegyes forgalom esetén nemcsak aljakra leerősítéssel, függőleges és vízszintes kapcsolószerek beépítésével bebetonozva és aszfaltozva épülhetnek 10-20 éves elavult, kifutott technológiák szerint, hanem merőben új, eddig még nem alkalmazott anyagok, módszerek bevezetése is szükséges a fejlődéshez. Ezek a munkák bebizonyították, hogy kis, 5-6 fős tervezőirodák is képesek kiváló megoldásokat kidolgozni. Bebizonyították, hogy a megfelelő emberek összehangolt munkájának eredménye kimagasló lehet. A precizitás és a mindenre kiterjedő intellektuális tervezés nem cél, hanem eszköz kell, hogy legyen a tervezők kezében. A meggyőződés, a képesség és a tudás a gondolkodás és a tapasztalat eredménye. Meggyőződésünk hogy az EPC makroszál-erősített villamospálya rövid időn belül elterjed, és további, eddig nem várt előnyökkel járhat.
Tervezők
Szálerősített villamospálya tervezése: Nagy és Társai Bt., Nagy József, www.nagyestarsai.hu
Statikai méretezés, kutatás: JKP Static Kft., Juhász Károly Péter, www.jkpstatic.com
Forgalmazás, kutatás: Fiberguru Kft., Mészáros Attila, www.fiberguru.hu
Kutatás, laboratórium: BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék Czakó Adolf Laboratóriuma, http://szt.bme.hu/index.php/labor
Az anyag összeállításában részt vett még dr. Herman Sándor a Temesvári Műszaki Egyetem Vasúti Tanszékének docense és Herman Krisztián mérnök.