Metroradan geometriamittausten raja-arvojen määrittäminen

Abstract

Ratageometriaa mitataan, jotta voidaan varmistaa radan liikennöinnin turvallisuus, matkustusmukavuus ja kunnossapidon taloudellisuus. Asettamalla raja-arvot ratageometrian parametrien poikkeamille voidaan käynnistää välittömästi tarvittavat kunnossapitotoimet ja ennakoita kunnossapidon tulevia tarpeita. Radan geometrian kokonaisvaltaista kuntoa taas voidaan kuvata erilaisilla laskentamenetelmillä, joita kutsutaan yleisesti lyhenteellä TQI (Track Quality Index) TQI tiivistää radan geometrisen kunnon tietyn mittaiselta rataosuudelta yhteen lukuarvoon, jonka avulla kunnossapidon toimia voidaan muun muassa ohjata keskimäärin heikompikuntoisille rataosuuksille. Tämän diplomityön tavoitteena oli antaa ehdotelma radan geometriaparametrien raja-arvoille sekä TQI:n laskentamenetelmälle Suomen pääkaupunkiseudun metrossa syksyllä 2024 tehtäviä geometriamittauksia varten. Ehdotelmien tekemistä varten tehtiin kirjallisuuskatsaus, jossa tarkasteltiin ja vertailtiin erityisesti geometriamittausten eri mittausmenetelmiä, kansainvälisiä raja-arvoja sekä kansainvälisesti käytössä olevia TQI:n laskentamenetelmiä hyödyntäen lähdemateriaalina kansainvälisiä ohjeita ja standardeja sekä aiheeseen liittyviä tutkimuksia. Ehdotettujen raja-arvojen sopivuutta tarkasteltiin sovittamalla raja-arvot pääkaupunkiseudun metroradalta tehtyihin muutaman vuoden takaisiin geometriamittauksiin. Kirjallisuuskatsauksessa havaittiin, kuinka radan geometriamittaukset ovat kansainvälisesti kehittyneet erillään toisistaan ja kuinka vähän standardointia on erityisesti metroratojen kunnossapidossa. Raja-arvojen vertailusta haastavaa teki erityisesti eri mittausmenetelmät, joille raja-arvot on asetettu: kun mitataan ratageometriaa inertialla, saadaan tulokseksi hieman erilaisia poikkeamia kuin mittaamalla mittakannalla, mikä näkyi raja-arvojen suuruuden laajassa skaalassa. Kunnossapidon standardoinnin puute havaittiin erityisesti lukuisessa määrässä erilaisia TQI:n laskentamenetelmiä. Menetelmiä vertaillessa havaittiin useimpien perustuvan mittausten keskihajontoihin, mutta myös esimerkiksi raja-arvojen ylitysten määriä ja kiihtyvyyksiä voidaan käyttää TQI:n laskennan perustana. Yksinkertaisimmillaan TQI:n laskentamenetelmä voi olla summalauseke, mutta monimutkaisimmillaan laskenta voi sisältää integraaleja ja raja-arvoja. Pääkaupunkiseudun metrolle annettiin kaksi ehdotelmaa geometriaparametrien raja-arvoille: ensimmäiset olivat Suomen RATO:n mukaiset raja-arvot ja toiset väljemmät raja-arvot perustuivat kansainvälisiin raja-arvoihin. TQI:n laskentatavan valinnassa tärkeää on menetelmän yk-sinkertaisuus ja ymmärrettävyys, jotta käyttäjä pystyy soveltamaan laskennassa saatua tietoa kunnossapidossa. Eri menetelmien vertailun tuloksena pääkaupunkiseudun metrolle ehdotettiin käytettäväksi EN-standardissa esiteltyä yhdistetyn keskihajonnan menetelmää.

The track geometry is measured to ensure the safety, passenger comfort, and economy of maintenance of the track. Setting limit values for track geometry deviations enables initiation of immediate maintenance actions and helps anticipate future maintenance needs. The overall condition of track geometry can be described by various calculation methods, commonly referred to as Track Quality Indices (TQIs). TQI summarizes the geometric condition of a track over a given length into a single numerical value, allowing maintenance to be directed to track sections that are in comparatively worse condition. The aim of this thesis was to propose limit values for track geometry parameters and a calculation method for TQI for geometry measurements carried out in autumn 2024 in the metro of Finland. To make the proposals, a literature review was conducted, particularly reviewing and comparing different methods of measuring track geometry, track geometry limit values, and internationally used TQIs. The review used international guidelines, standards and related studies as source materials. The suitability of the proposed limit values was tested by applying them to geometry measurements conducted a few years ago in the metro of Finland. The literature review revealed that track geometry measurements have internationally developed independently, resulting in little standardization, especially in metro tracks’ maintenance. Comparing limit values was particularly challenging due to the different track geometry measurement methods: measuring track geometry with inertia gives slightly different deviations than measuring with chord, which was reflected in the wide range of limit values. The lack of standardization was also evident in the numerous different TQI methods. Most methods were based on standard deviation, but methods based on exceedances of limit values and accelerations were also found. TQI calculation can range from a simple summation to complex integrals and limits. Two proposals were given for the track geometry limits of the metro of Finland: the first were the limit values according to the Finnish RATO, and the second, more relaxed limit values were based on international limit values. The simplicity and comprehensibility are important when choosing the calculation method for TQI. This ensures that the user can effectively apply the results of the calculation in maintenance. From the comparison of different TQIs, the Combined Standard Deviation from EN standard was proposed for the metro of Finland.