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Bestimmung der Charakteristik von punktuellen Instabilitäten anhand
von Gleismessdaten
Bachelorarbeit
Bachelorarbeit von Anastasia Frolenkow
Betreut von Dr.-Ing. Sebastian Rapp
Bearbeitungszeitraum 11.2018 - 05.2019
Bahnstrecken sind linienförmige Bauwerke, die durch Witterungsfaktoren und Verkehrslasten bean-
sprucht werden. Die damit einhergehenden Einwirkungen können Unstetigkeitsstellen, wie beispiels-
weise punktuelle Instabilitäten, am Gleis verursachen, die in der Regel aufwendige Instandsetzungs-
maßnahmen erfordern.
Folgende Punkte wurden in der Bachelorarbeit bearbeitet:
Beschreibung des Aufbaus des Bahnkörpers in Schotterbauweise und seine Systemkomponenten
Analysieren und Kategorisieren von kurz,- mittel– und langwelligen Schienen- und Gleislagefeh-
lern am Gleis
Bestimmung der Ursachen die zu einer punktuellen Instabilität führen Foto: Anastasia Frolenkow
E-2019/05
Erläuterung der Fahrwegzustandserfassung mithilfe von Gleismesszügen der DB Netz AG
Analysieren die vom Gleismesszug RAILAB (Rollendes- Analyse und Inspektions-Labor) erzeugte Gleismessdaten
Detaillierte Beschreibung der am IEV entwickelten MATLAB-Logiken zur Einzelfehlerauswertung mit der Software Enterprise Architekt
Anwenden der MATLAB-Logiken auf die vom RAILAB gemessenen Rohdaten und Analyse der Längshöhen im Bereich einer
punktuellen Instabilität
Erstellung von 7 Fehlerkennlinien für vier 4 Fehlerklassen (punktuelle Instabilität, Isolierstoß, Brückenüberfahrt, periodischer Längshö-
henfehler) zur Unterscheidung von Längshöhenfehlern im Messschrieb
Beurteilung der ausgeführten Instandhaltungsmaßnahmen zur Behebung von punktuellen Instabilitäten
Wesentliche Ergebnisse (siehe Abbildung 1):
die untersuchten punktuellen Instabilitäten besitzen einen Wellenlängenbereich zwischen 4 m ≤ λ ≤ 25 m
zu wirksamen Instandhaltungsmaßnahmen zählen: Einbau einer Planumsschutzschicht in Kombination mit einem Geokunststoffflies
kaum wirksame Instandhaltungsmaßnahmen sind: händisches/ maschinelles Stopfen, Durcharbeiten, Schotteraustausch,
Durchführen von Schürfen/ Bohrungen und Reinigen der Entwässerungsanlagen
class Charakteristik punkutelle Instabilität
Charakteristikpunktuelle Instabilität
Ursachen für die Entstehung
einer punktuellen Instabilität
Vorraussetzung für das Entstehen einer
punktuellen Instabilität
visuelles Erscheinungsbild
Schadensbildam Bahnkörper
Messschrieb Längshöhe(formtreu)
Folgen von nicht - rechtzeitigem Instandsetzen einer
punktuellen Instabilität
Instandhaltungs-maßnahmen
Voraussetzungen für das Entstehen einer punktuellen Instabilität
aufgrund einer Schotterzertrümmerung
harter Boden/ Sohle z.B. Tunnel, Brücke
Betonsohle ohne zusätliche elastische Elemente, z.B
Unterschottermatte, Schwellensohle
Wasseransammlung am Bahnkörper
erhöhte Verkehrsbelastung
bindiger Boden im Unterbau/ Untergrund
mit einem Betttungsmodul zwischen 20 - 50 MN/m³
Voraussetzungen für das Entstehen einer punktuellen Instabilität
aufgrund eines Aufweichen des anstehenden bindigen Bodens
Fehlen einer
PSS/ FSS
Überbean-spruchung
Interne Ursachen Externe Ursachen
konstruktive Ursachen
ein zu großer Schwellen-
abstand
BaumaßnahmenInstandhaltung
fehlerhafte Dimensionierung
der System-
komponenten
fehlerhafte Bauausführung
fehlende Schutzschichten
unzureichende Entwässerung
Bauwerke
starke Erschütterungen
defekte Entwässerung
veränderter Grundwasser-
horizont
defekte Entwässerung
Aufsteigen der Bettungskanten
Bildung eines Längshöhenfehlers
Aufsteigen des feinkörnigen Bodenmaterials
Scherfestigkeitsverlust des Schotterbetts
Entstehung von Schottersäcken
Akkumulation von plastischen Verformungen
Porenwassserüberdruck auf Planumshöhe
Konsistenzänderung des bindigen Bodens
Auflösung des Korngerüsts
Hohllagenbildung
vergleichsweise große Einsenkung des Gleises
unter Belastung
Spritzstellen
weiße Stellen
Hohllagenbildung unter den Schwellen
Bruch, Absplitterung und Abrieb von Schotter
Schotterstaub - Wassergemisch
grauer SchlammAustreten des feinkörnigen Bodenmaterials an
der Oberfläche
Verschmutzung des Schotterbetts
Zumahme von Distanzkorn und Füllkörn, Abnahme des scharfkantigen Skelettkorns
dauerhaft wirksame Maßnahmen
Überbrückungs-maßnahmen
händisches und/oder maschinelles Stopfen
PSS Einbau in Kombination mit Geokunststoffflies
Entwässerung reinigen/
austauschen
Geschwindigkeits-begrenzung
Durcharbeiten
Schotteraustausch
Durchführung von Schürfen, Bohrungen
Erstellung von Bodengutachten
kaum wirksame Maßnahmen
Entgleisungen
Streckensperrungen
verminderter Fahrkompfort
aufwendige Instandhaltungsmaßnahmen
Langsamfahrstellen
maximale Wellenlänge
durch den Fehler beeinträchtigte
Gleisabschnittslänge
Fehlerentwicklungmaximale Amplitude
Standardabweichung
Anzahl Ausschläge
linke Schiene Median bei 2
rechte Schiene Median bei 2,5
linke Schiene starke Fehlerentwicklung,Median bei 0,38
rechte Schiene starke Fehlerentwicklung,Median bei 0,35
positiverBereich
negativerBereich
linke Schiene große Ausschläge,Median bei 14
rechte Schiene große Ausschläge,Median bei 10
linke Schiene kleine Ausschläge,Median bei 5
rechte Schiene kleine Ausschläge,Median bei 4
positiverBereich
negativerBereich
linke Schiene schwache Fehlerentwicklung,Median bei 0,1
rechte Schiene schwache Fehlerentwicklung,Median bei 0,12
5 bis 30 m
linke Schiene hohe Standardabweichungen,Median bei 3,2
rechte Schiene hohe Standardabweichungen,Median bei 4,5
linke Schiene niedrige Standardabweichungen,Median bei 0,8
rechte Schiene niedrige Standardabweichungen,Median bei 0,5
positiverBereich
negativerBereich
linke Schiene Kurzwelligkeit der Längshöhenfehler, Median bei 8
rechte Schiene Kurzwelligkeit der Längshöhenfehler, Median bei 11
linke Schiene Kurzwelligkeit der Längshöhenfehler, Median bei 4
rechte Schiene Kurzwelligkeit der Längshöhenfehler, Median bei 3
positiverBereich
negativerBereich
Abbildung 1: Charakterisierung einer punktuellen Instabilität
Abbildung 2: Durchgeführte Instandhaltungsmaßnahme: Einbau einer Planumsschutzschicht in Kombination mit einem Geokunststoffflies
Abbildung 3: Finaler Zustand einer punktuellen Instabilität (Quelle: Australien Rail Track Company LTD)
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