Radan päällysrakenteen kunnossapidon optimointi
Kalliomäki, Jaana-Kaisa (2023)
Kalliomäki, Jaana-Kaisa
2023
Rakennustekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Civil Engineering
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-08-01
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202307027030
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202307027030
Tiivistelmä
Suomen rataverkkoon kohdistuu paljon korjausvelkaa, mistä suurin osa liittyy radan päällysrakenteeseen. Suuren korjaus- ja kunnossapitotarpeiden vuoksi on olennaista ymmärtää mistä radan kunnossapitokustannukset syntyvät, sekä miten niitä voidaan optimoida. Suomalaisen rataverkon korjausvelka vuonna 2021 julkaistun tutkimuksen mukaan oli 1,25 mrd. €. Radan kunnossapidolla tarkoitetaan toimenpiteitä, joilla rata ja siihen liittyvät rata-alue, rakenteet ja laitteet pidetään käyttökuntoisina. Rataympäristön kuntoa tarkkaillaan säännöllisesti niille tehtävillä tarkastusmittauksilla, joiden perusteella suunnitellaan aikaan tai kuntoon perustuvia kunnossapitotoimenpiteitä. Radan päällysrakenteen osalta radantarkastusmittauksissa saadaan tietoa raidegeometriasta, jonka muutokset yleisesti kuvaavat radan kunnon heikkenemistä.
Suomessa päällysrakenteen kunnossapitotoimenpiteenä pidetään yleisesti tukemiskoneella tehtävää radan tukemista. Tukemista käytetään yleisesti palauttamaan raidegeometrialtaan heikentynyt rata suunnitelman mukaiseen asemaan ja varmistamaan siten turvallinen liikennöinti. Tukemisen tiedetään kuitenkin samanaikaisesti hienontavan raidesepeliä, minkä takia päällysrakenteen tukikerroksen toiminta heikkenee ajan saatossa. Tukikerroksen elinkaaren loppuvaiheessa jokaisen tukemiskerran jälkeen päällysrakenne palautuu yhä nopeammin heikentyneelle tasolle, mikä puolestaan vaatii uudelleen tuentaa. Rataosasta ja sen liikennemäärästä riippuen lopulta voidaan päätyä tilanteeseen, missä taloudellisesti tarkasteltuna on perusteltua suorittaa päällysrakenteen vaihto ja uusia rakenne, vaikka sitä pidetään huomattavasti kalliimpana vaihtoehtona.
Tässä työssä luotiin radan päällysrakenteen toimintaa ja kunnossapitoa koskevan kirjallisuuskatsauksen avulla rautatien kunnossapidon optimoinnin ratkaisumalli. Työssä luotua ratkaisumallia hyödynnettiin päällysrakenteen kunnossapitotoimien kustannuksien vertailuun radan käyttöiän aikana. Kustannuksia verrattiin päällysrakenteen vaihtamisen ja tukemisen kustannusten välillä työssä luoduissa kahdessa teoreettisessa skenaariossa. Ratkaisumallin ja skenaarioiden tarkastelun myötä työssä muodostettiin tapa optimoida radan kunnossapitokustannusten minimi. Työssä tehdyissä laskelmissa suoritettiin herkkyystarkasteluja radan kuormituksen sekä kunnossapitotoimien määrän ja ajankohdan näkökulmasta. Lisäksi laskelmissa otettiin huomioon radan kunnon heikkenemisestä johtuvat junaliikenteen täsmällisyyden häiriöistä aiheutuvat kustannukset. Ratkaisumallissa radan päällysrakenteen toimintaa tutkittiin tukikerroksen osalta. Jatkotutkimuksessa ratkaisumallia voitaisiin soveltaa muihin päällysrakenteen komponentteihin kuten kiskoihin tai vaihteisiin.
Suomessa päällysrakenteen kunnossapitotoimenpiteenä pidetään yleisesti tukemiskoneella tehtävää radan tukemista. Tukemista käytetään yleisesti palauttamaan raidegeometrialtaan heikentynyt rata suunnitelman mukaiseen asemaan ja varmistamaan siten turvallinen liikennöinti. Tukemisen tiedetään kuitenkin samanaikaisesti hienontavan raidesepeliä, minkä takia päällysrakenteen tukikerroksen toiminta heikkenee ajan saatossa. Tukikerroksen elinkaaren loppuvaiheessa jokaisen tukemiskerran jälkeen päällysrakenne palautuu yhä nopeammin heikentyneelle tasolle, mikä puolestaan vaatii uudelleen tuentaa. Rataosasta ja sen liikennemäärästä riippuen lopulta voidaan päätyä tilanteeseen, missä taloudellisesti tarkasteltuna on perusteltua suorittaa päällysrakenteen vaihto ja uusia rakenne, vaikka sitä pidetään huomattavasti kalliimpana vaihtoehtona.
Tässä työssä luotiin radan päällysrakenteen toimintaa ja kunnossapitoa koskevan kirjallisuuskatsauksen avulla rautatien kunnossapidon optimoinnin ratkaisumalli. Työssä luotua ratkaisumallia hyödynnettiin päällysrakenteen kunnossapitotoimien kustannuksien vertailuun radan käyttöiän aikana. Kustannuksia verrattiin päällysrakenteen vaihtamisen ja tukemisen kustannusten välillä työssä luoduissa kahdessa teoreettisessa skenaariossa. Ratkaisumallin ja skenaarioiden tarkastelun myötä työssä muodostettiin tapa optimoida radan kunnossapitokustannusten minimi. Työssä tehdyissä laskelmissa suoritettiin herkkyystarkasteluja radan kuormituksen sekä kunnossapitotoimien määrän ja ajankohdan näkökulmasta. Lisäksi laskelmissa otettiin huomioon radan kunnon heikkenemisestä johtuvat junaliikenteen täsmällisyyden häiriöistä aiheutuvat kustannukset. Ratkaisumallissa radan päällysrakenteen toimintaa tutkittiin tukikerroksen osalta. Jatkotutkimuksessa ratkaisumallia voitaisiin soveltaa muihin päällysrakenteen komponentteihin kuten kiskoihin tai vaihteisiin.