A helyszín 

A 70-es számú Budapest-Nyugati–Szob oh. vasútvonal két lépcsőben, 1846-ban, illetve 1850-ben nyílt meg. A vonal második vágánya a XIX. század végén épült ki. A Vác–Szob szakasz utolsó komolyabb átépítésére a villamosítással együtt az 1970-es évek legelején került sor, amelyet az ezredfordulón végrehajtott rehabilitáció követett. A vágányok felépítménye 54-es rendszerű, a síneket Geo leerősítés rögzíti az egymástól 60 cm-re lévő LX aljakhoz. A hézagnélküli kialakítású vágányokon az en­gedélyezett sebesség 100 km/h, míg a megengedett tengelyterhelés 210 kN. A sínek, aljak és kapcsolószerek döntő többsége 1970-es gyártású. A 75-ös számú Vác–Balassagyarmat vasútvonal Váctól mintegy 8 km-es szakaszon párhuzamosan halad a fővonallal.

A tárgyalt alépítmény-károsodás a Vác–Verőce állomásköz 394+00 – 402+00 szelvények közti szakaszát érinti. A helyszínen a fővonal két vágánya és a velük párhuzamosan futó balassagyarmati vágány váltakozva töltésen, illetve vegyes szelvényben fekszik, a töltésmagasság a bal oldalon 9–11 m, a jobb oldalon változó, 0–3,5 m közé esik. A terep a pálya hossztengelyére merőlegesen, a geológiai adottságok miatt eredetileg lejtős volt a Duna felé. A szakasz elején, a 394+40 – 396+00 szelvények közötti részen a bal vágány külső oldalára a padka megtámasztása céljából korábban ZL elemes megtámasztás készült a meredekebb rézsűhajlás miatt.   

Előzmények

A 2010 tavaszán lehullott rendkívüli mennyiségű csapadék több helyen komoly károkat okozott a magyar vasúthálózatban. 2010. június 5-én a Vác–Verőce állomásköz bal vágányán, annak 395+60 – 395+80, illetve 400+20 – 400+50 szelvényei között súlyos fekszint- és irányhibák jelentek meg a pályában (1. ábra). A helyszíni szemlén megállapították, hogy a hiba oka a töltés elmozdulása, a padkában megjelenő, a tengellyel párhuzamosan futó repedés, amely a földmű, a padka és a teherhordó töltéstest függőleges és oldalirányú elmozdulásának következménye. A korábban megépült ZL szögtámfal elemeknél mintegy 10-10 cm-es vízszintes és függőleges elmozdulás volt észlelhető. A vágány kézi eszközökkel történő kiszabályozása után a 394+00 – 402+00 szelvények között 20 km/h ideiglenes sebességkorlátozást kellett bevezetni.

A hiba észlelése után haladéktalanul megkezdődött annak részletes felmérése, valamint geotechnikai szakvélemény és terv készítése. A szakvéleményben kimutatták, hogy nemcsak egyszerű elázásról, hanem az egész töltéstest átnedvesedéséről van szó. Ezt követően a bal vágányon engedélyezett sebesség további csökkentése vált szükségessé 10 km/h-ra, míg a jobb vágányon 60 km/h ideiglenes sebességkorlátozást vezettek be, fokozott pályafelügyelet mellett. 2011 első felében újabb vizsgálatokra került sor a helyszínen a korábban vizsgált és helyenként új szelvényekben, amelyek megerősítették a korábbi dokumentációkban bemutatott kedvezőtlen geotechnikai, állékonysági viszonyokat. Ezek eredményei alapján, a töltésmozgásból adódó üzembiztonsági kockázatok csökkentése érdekében,  2011. február 28-án az állomásköz bal vágányát teljes egészében kizárták a forgalomból. A teljes vizsgálati időszakban a jobb vágányban sem irány-, sem fekszinthiba nem jelentkezett [1].

Helyreállítási lehetőségek

A helyreállításra több műszaki javaslat és költségbecslés készült, amelyek közül öt lehetséges módszert részletesen kidolgoztak. Felmerült a statikailag jól bevált CFA cölöpök alkalmazása, a kavicscölöpözés, valamint a jet-grouting eljárással kialakított alá-, illetve megtámasztás lehetősége. Kidolgozták a részleges töltéscsere alkalmazását, valamint egy másik variáció szerint támasztótöltések építését a töltésmag mindkét vágány alatti megtámasztásának biztosítására. Az első három megoldás, a gépek nagy magassága és kiterjedése miatt, a felsővezetéki keretek elbontását tette volna szükségessé a munkatér biztosítása érdekében, míg a részleges töltéscsere a vasútvonal mindkét vágányának egyidejű kizárását, a földmű, a felsővezeték, a MÁV távközlési és vonalkábel-hálózatának megbontását vonta volna maga után. A legideálisabb megoldásnak a támasztótöltések építése bizonyult, amely megoldható csak a bal vágány kizárásával, a jobb vágányon a forgalom az építés alatt is fenntartható [2]. A bennmaradó töltésmag fölött a pályáról a kellő teherbírású földmű elérése érdekében viszonylag kis mélységű talaj cseréjével, erősítő, vízelvezető rétegek beépítésével megvalósítható. A szakma e változat mellett döntött, ennek alapján kezdődött meg a tervek készítése és a kivitelező kiválasztása. A munka elvégzésére vonatkozó szerződést a kiválasztott kivitelezővel 2013 áprilisában írták alá, a helyreállítás pedig májusban kezdődött el.

A megtámasztás szerkezeti rendszere

A 9–11 m magas töltés megtámasztásához kétszintű támfal készült, amely súlyával stabilizálja a köríves vagy a rézsűvel párhuzamos csúszólap mentén kifele mozdulni szándékozó tömeget. A megtámasztás a bal vágány 394+00 és 402+00 szelvények közötti szakaszán készült, amely négy alsó és három felső támfalszakaszból áll. A töltéslábnál épülő alsó (A jelű) támfal a helyszínrajzi és magassági adottságoktól függően 3,20–7,25 m közötti magasságú, míg a padkát megtámasztó felső (F jelű) támfal magassága 3,20–4,85 m közé esik. A támfalakat a 397+15 szelvényben lévő áteresznél és a 399+80 szelvényben lévő vasúti hídnál megszakították. Az alsó támfal ezenkívül a 395+63 szelvényben lévő áteresznél is tagozódik. A 395+63 szelvénynél lévő áteresz felett a felső támfal egy 8 m hosszú, keresztirányban 5 m széles tervezett teherelosztó lemezen halad át. 

A támfalak egyirányú teherviselő geo­rá­csokkal kialakított talajtámfalak, amelyekben a földnyomást a falat alkotó földanyag, míg a húzófeszültségeket a georácsok veszik fel. A támfal homlok­felülete, hogy jobban illeszkedjen a tájba, kiselemes nyers betonfelület (2. ábra). A homlokfelület elemeinek alapozása 1,0 m széles és 60 cm vastag vasalt beton síkalap, amelynek viszonylag erős a vasalása, így a talpnál lévő talaj esetleges mozgásainak felvételére is képes. Az alapozási sík kijelölésénél az 1,0 m mély fagy elleni védekezést és a terep hajlásának változását egyaránt figyelembe kellett venni. A terephajlás változása miatt lépcsőzésre volt szükség, hogy az alapozási sík végig vízszintes maradhasson (3. ábra). A síkalap felületére habarcságyazatba helyezték a homlokfelület első elemsorát (4. ábra).

A kiselemes, 15 cm magas modulokból készült homlokfelület elemeihez rögzítették a georácsot, amely a talajtömegben ébredő húzóerők felvételére szolgál. Az első és a második elemsor között helyezkedik el az első réteg georács, ezt követően függőleges irányban 45 cm-enként minden harmadik elemsor elhelyezése után épült be. A hátrahorgonyzó, egy irányban teherviselő georácsok 80 kN/fm szakítószilárdságúak, hosszuk – a támfal magasságától függően – 3,0 és 5,4 m között van, és a támfalelemekbe épített azonos szakítószilárdságú rácshoz rögzülnek (5. ábra). Az elemek hossza 40 cm. A támfal homlokfelülete a vízszintessel 86 fokos szöget zár be, tetejét 5 cm vastag záróelem fedi. A támfal homlokfelülete és a támfaltest anyaga közé 15 cm széles páraszellőztető kavicsréteg került (6. ábra). Az alsó támfal homlokfelülete 16,0 – 18,0 – 20,0 m, a felső támfalé 10,66 – 13,0 m távolságra helyezkedik el a bal vágány tengelyétől.

A két támfal együttdolgoztatása érdekében az alsó támfalnak a felső támfal alapozási síkja alá eső két legközelebbi georácssorát bekötötték a felső támfal alapozása alá.

A támfalépítéssel érintett szakaszon három műtárgy található, egy 1,5, illetve 2,0 m nyílású áteresz, valamint egy 5,0 m nyílású boltozott híd. Ezeken a helyszíneken a támfalak folytonossága megszakad, így itt, illetve a szakasz elején és végén a támfalak rézsűfelületbe történő fellépcsőzése és befordítása vált szükségessé (7. ábra). Ehhez figyelembe kellett venni a homlokfelület kialakítása miatti modulszabályokat, valamint azt, hogy a műtárgyra többletteher ne kerüljön. A befordítások hosszai 2,5–9,1 m közé esnek. 

A kivitelezés alatt a munkatér biztosítása érdekében 5,0–5,5 m magasságig talajszögeléssel kellett megtámasztani a töltéstömeget. A vert, vibrált, 22 mm átmérőjű betonacél talajszegekre 8 mm-es, 15 × 15 cm kiosztású acélhálót kellett elhelyezni, és azt lőtt betonnal lezárni. A viszonylag nagy, hozzávetőlegesen 5,0–7,0 m magasságú lőttbeton fal függőleges mozgásainak lehatárolásához a munkagödör síkján egy 20 × 20 cm-es végigfutó vasalt monolit gerendát kellett kiképezni. A szögelés a talajtámfal építése során bennmarad, és a végleges szerkezet passzív részét képezi. Ennek megfelelően a támfal építése közben utólag gondoskodni kellett arról, hogy szögeléses biztosítás később ne akadályozza a töltéstestbe esetlegesen beszivárgó csapadék útját, és kizárja a talaj lokális telítődését. A munkába bevont szakasz elején a kevésbé állékony rézsűfelület miatt a padkához közeli részeken lőtt betonos lezárás nélkül további talajszegezésre volt szükség (8. ábra) [3].

Víztelenítés

A fekszinthibák kialakulásához a rendkívüli időjárási körülmények között lehullott csapadék és annak a töltéstömegben történt feldúsulása vezetett. Mivel a töltéstest cseréje nem volt lehetséges, a bennmaradó töltéstömeget védeni kell a csapadék további áztató hatásától, valamint biztosítani kell a vasúti pálya földműkoronájában lévő anyagok megfelelő teherbírását. Ennek érdekében a pályára hulló csapadékvíz elvezetését geoműanyag szivárgópaplan és padkaszivárgó beépítése segíti. A támasztótöltések felületére hulló vizek elvezetése – a felületek esésének megfelelően kialakított – zárt csatornarendszer kiépítésével valósul meg.

A bal vágány alatti földmű teherbíró képességének növelését és a követelményeknek megfelelő szintre hozását a zúzottkő ágyazat alsó síkja alá beépített 20 cm vastag SZK2 típusú vízáteresztő kiegészítő réteg és 40 cm vastag cementes talajkezelés biztosítja. A szivárgópaplant a kiegészítő réteg és a cementstabilizáció közé építik be (9. ábra). A pályára hulló csapadékvíz a szivárgópaplanból a bal vágány bal oldalán lévő, a vasútvonal esésével azonos lejtésű padkaszivárgóba kerül. 

A támfalak felső felületén a vágánytengellyel párhuzamosan előre gyártott, illetve monolit betonelemekből készült folyókák épültek, amelyek a támfalak felületére hulló csapadékot gyűjtik össze. A folyókák lejtése – a padkaszivárgóhoz hasonlóan – megegyezik a vasútvonal esésével. A padkaszivárgó és a folyókák által összegyűjtött csapadékvizet keresztcsatornák vezetik a támfal mentén létesített árokba, amelyhez a folyókák vonalában 25 m-enként elhelyezett hordalékfogós víznyelő aknák és ejtőcsövek szükségesek (10. ábra). A keresztcsatornák kemény műanyag csőből készülnek, gumigyűrűs kötéssel, az ejtőcsöves szakasz alján betonmegtámasztás beépítésével.

A levezetett csapadékvizek a támfal aljánál lévő, azzal párhuzamosan megépülő tározó, párologtató árokba jutnak. Az árok 1:1 rézsűhajlással, 0,8–1,0 m mélységgel és 0,8 m folyásfenék-szélességgel épült. A földmederként készülő árok a 25 m-enkénti csatornakivezetéseknél 5 m hosszon kap burkolást, és 25 m-enként földgátak szakítják meg. A felső támfalon lévő folyókából először az alsó támfal felületére kerül a csapadékvíz, majd az alsó folyóka segítségével jut tovább a tározó árokba. 

A támfalak közel vízszintes záró­fe­lü­le­tei­­nek esése 3 és 5% közötti, rajtuk 10 cm humuszréteg elterítése után növénytelepítésre került sor [4]. 

Pályaépítés

Az alépítményi munkák idejére a bal vágány hézagnélküli felépítményét meg kellett szakítani, és a 393+80 – 402+20 szelvények között el kellett bontani. A síneket a szélső vágási helyek között 120 m hosszú darabokra vágták fel, majd a vágánytengellyel párhuzamosan a munkaterületről elhúzták. Az aljakat és a zúzottkő ágyazatot a 393+90 – 402+10 szelvények közötti szakaszon teljes egészében el kellett szállítani. 

Az alépítmény-javítás elkészülte után a bal vágányt a tervezett vízszintes és függő­leges vágánygeometria szerint kellett visszaépíteni. A tömörített alsóágyazatra visszahúzták a 120 m-es darabokba vágott síneket úgy, hogy közéjük a vasbeton aljak kiosztása elvégezhető legyen. A pályába használt, de a korábban bent lévőknél jobb állapotú aljak és új Geo kapcsolószerek épültek be. A sínek visszagombolása után a vágány ideiglenes hevederekkel történő összekötése és kiirányítása következett. A zúzottkő anyagolás után a végleges vágánygeometria eléréséig többszöri FKG-szabályozásra és kőpótlásra volt szükség, majd a hézagnélküli vágány kialakításával zárult a helyreállítás pályás része (11. ábra). A jobb vágányban 1100 m hosszon nagygépes vágányszabályozás és zúzottkőpótlás történt.

Mérőrendszer kiépítése 

A pályaépítés után a töltéstest esetleges mozgásainak megfigyelése (detektálása) céljából mindhárom vágányban a vasúti pálya keresztaljaira dőlésmérő szenzoro­kat rögzítettek. Az elektronikus elven mű­ködő szenzorok kizárólag a mérési síkban történő dőlést érzékelik, nem ad­nak információt süllyedésről vagy a mé­rési síkra merőleges szögelfordulásról. A szen­zo­rokat 1 m hosszú és 40 × 40 mm keresztmetszetű alumíniumgerendára rög­­zí­tették, amely két, M10-es men­etes csappal kapcsolódik a betonaljhoz. A csaphoz szükséges furatok távolsága 1000 mm, a szenzor magassága a betonalj legalacsonyabb pontjától számítva 150 mm (12. ábra).

A szenzorok a védőcsőben elhelyezett, a zúzottkő ágyazatba sekélyen beágyazott vezetékkel kapcsolódnak a műszerdobozhoz, amely a dőlésmérő szenzorok jeleit mérő dataloggert, az adatkommunikációt biztosító rádiómodemet és a beépített akkumulátort tartalmazza. A műszerdoboz működéséhez állandó, 230 V-os áramellátás szükséges, ennek kimaradása esetén a beépített akkumulátor a mérőrendszer működését maximum egy napig tudja biztosítani. A mért adatok a mobilinternet-kapcsolaton keresztül egy budapesti szervergépre érkeznek [5].

Na­gyobb felé­pít­­mény-kar­­ban­­tar­­tá­si  munkák esetén (pl.: sín­csere, FKG-sza­bá­­­lyo­­zás) a szenzorok rövid időn belül el­tá­vo­­lít­­hatók, és a munkák befejezése után visszaszerelhetők.

Összegzés

A helyreállítási munkák kivitelezése 2013 májusában kezdődött, és a nyár végére olyan stádiumba jutott, hogy a bal vágányt augusztus 31-én – két és fél év után – újból forgalomba helyezték. A támfalépítési és vízépítési munkák az ősz végén fejeződtek be, a tározó, párologtató árok végleges kivitelezése, valamint a növénytelepítés az év végéig elkészül. Következő fázisként a jobb vágány és a 75-ös vonal érintett szakaszának víztelenítési megoldása szükséges, amely által a 394–402 szelvények közti pályaszakasz komplex vízrendezése megvalósul. A beavatkozások a számítások szerint tartósan biztosítják a helyreállítással érintett 800 m-es szakaszon a bal oldali rézsű és a vágány stabilitását. 

Nem hagyható figyelmen kívül az a tény, hogy a Vác–Szob vonalszakasz alépítménye hasonló anyagú és szerkezetű, így a vonalszakasz veszélyeztetettsége kismértékben továbbra is fennáll. Szükség lenne egy átfogó geotechnikai vizsgálatra, amely az egész állomásközre, illetve az egész vonalszakaszra kiterjed. Ennek alapján lehetne megállapítani a további alépítmény-javítás mértékét, illetve lehetőség lenne a fokozottabban ellenőrzendő szakaszok kijelölésére és az ezekhez szükséges monitoring rendszerek kiépítésére.