Kleiner Aufwand - großer Nutzen: Trassierungsfeinschliff am Beispiel des Projekts Stuttgart-Ulm
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Kleiner Aufwand – großer Nutzen:
Trassierungsfeinschliff am Beispiel
des Projekts Stuttgart—Ulm
Gleisbauseminar 2021, Videokonferenz, 16.04.2021
DB Projekt Stuttgart-Ulm GmbH | I.GV(T) | Peter Reinhart
DB Netz AG | I.NBF 2 | Dr.-Ing. Fabian Walf
Alle Abbildung, soweit nicht anders angegegeben: Deutsche Bahn
Agenda 1. Motivation 2. Vorgehen 3. Beispiele (abstrakt und konkret) 4. Nutzen 5. Ableitung grundsätzlicher Empfehlungen 6. Fazit Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 2
Das Bahnprojekt Stuttgart—Ulm: 2 Projektteile, 12 neue Strecken (120 km) für bis zu 250 km/h, neue und modernisierte Bahnhöfe, Digitale Leit- und Sicherungstechnik … Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 3
Die Konzeption der NBS Stuttgart—Ulm reicht rund 30 Jahre zurück. Die Entwurfsgeschwindigkeit wurde auf durchgehend 250 km/h fixiert, um der Autobahn bei Merklingen zu folgen. Ausriss aus Planfeststellungsunterlagen, Teil B, Abschnitt 2.1c (…) Tatsächlich realisierte Trasse, die auf der Albhochfläche über 22 km mit der Erläuterungsbericht zur Vorhabenbegründung und zu den Wesentlichen geprüften Bundesautobahn A8 gebündelt wurde. Alternativen. September 1997, S. 49. (https://bit.ly/3d83BJN) Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 4
Schlaglichter auf
Infrastrukturplanung, Rollmaterial, verkehrliche Zielsetzungen
1980er/1990er:
2022/2025 ff.:
Konzeption, 2000er: 2010 / 2012:
Baubeginn Inbetriebnahme,
Raumordnung, Planfeststellung Betrieb
Fixierung ve
überwiegend
ICE 1 ICE 3 ICE 4
ICE 3
Lok-Wagen- Lok-Wagen- Triebzüge im
200 km/h im
Züge Züge Nahverkehr
Nahverkehr
NBS, Stuttgart—
NBS/ABS, Deutschland-
Kapazität, Ulm in 31
Kapazität takt u. a.
Fahrzeit Minuten
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Die im Fildertunnel geplanten Geschwindigkeiten waren 2018
wesentlicher Zündfunke der „Task Force Trassierung“ (TFT) im Projekt.
• Im unteren Fildertunnel sind bislang 160 km/h
geplant (Abbildung).
• Maßgebend dafür war ein bis 2011 geplanter
Tunnelquerschnitt für 160 km/h.
• Der Tunnel wurde 2011 mit weitgehendem
Maschinenvortrieb vergeben und hergestellt –
mit einem fast durchgehend für 250/300 km/h
geeigneten Querschnitt.
• Die Fahrleitung erlaubt ohnehin wenigstens
200 km/h, die übrigen Gewerke auch größere
Geschwindigkeiten.
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Die Fahrdynamik moderner Triebzüge wird vielfach unterschätzt
– nicht nur im Fildertunnel
250
Beispiele (in der Ebene):
200
• Typische erwartete Regionaltriebzüge:
v (km/h)
150
• Beschleunigung von 0-160 km/h binnen 2 km
100 • Bremsweg aus 160 km/h bei Verspätungen:
50 unter 1.000 m.
0 • Betriebsbremsung eines typischen ICE aus 250 km/h:
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
• nach Sollbremskurve: rund 4,5 km
Weg (m)
• bei Verspätungen und trainiertem
Triebfahrzeugführer: rund 3,5 km
Oben: Fahrschaulinie eines beschleunigenden vierteiligen KISS-2-Triebzugs in der Ebene.
Unten: Sollbremskurve und „straffe“ Bremskurve (Warnkurve) eines ICE in der Ebene, Release Speed 15 km/h
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Bahntechnik lässt häufig mehr als 160/200/250 km/h zu. Mit ETCS L2 verliert im Übrigen die bisherige 160-km/h-Schwelle an Bedeutung. Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 8
Agenda 1. Motivation 2. Vorgehen 3. Beispiele (abstrakt und konkret) 4. Nutzen 5. Ableitung grundsätzlicher Empfehlungen 6. Fazit Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 9
Im Fokus der TFT standen fahrzeitwirksame (und damit
auch kapazitätsrelevante) Geschwindigkeitserhöhungen.
Trassierungsoptimierung
Fahrdynamisch relevante
ETCS, ATO, …
Geschwindigkeitserhöhungen
Kürzere Fahrzeiten (Fahrzeitgewinn)
Kürzere Belegungszeiten/
Kürzere Fahrplanfahrzeit Kompensation Fahrzeitrisiken Zusätzliche Pufferzeiten
Kapazitätsgewinn
Reisezeitgewinn Bessere Betriebsqualität
Höherer Kundennutzen
(zugleich Chance für Mehrerlöse)
Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 10Das Vorgehen war durch starke Iteration zwischen Verkehr/Betrieb und Infrastruktur geprägt. Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 11
Agenda 1. Motivation 2. Vorgehen 3. Beispiele (abstrakt und konkret) 4. Nutzen 5. Ableitung grundsätzlicher Empfehlungen 6. Fazit Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 12
Für den Hauptbahnhof in Stuttgart wurden bis zu 40 km/h schneller
befahrbare Fahrwege innerhalb der geplanten Kubatur aufgezeigt.
Grün: Tunnelbauwerk (als Zwangspunkt gesetzt)
Grau: Bestehende Planung
Rot (unter grau): Optimierungsvorschlag innerhalb grün
(dargestellt nur für Südost-Quadrant, Optimierung wird nicht umgesetzt)
Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 13Im drittlängsten Eisenbahntunnel in Deutschland bestand/besteht
erheblicher Spielraum in der Trassierung.
• Im Mittelteil des Tunnels könnte die Geschwindigkeit
per se um 90 km/h angehoben werden.
• Durch größere Überhöhungen sowie seitliche
Verschiebungen von bis zu 25 cm hätte die
Geschwindigkeit um bis zu 70 km/h angehoben werden
können.
• Potentiale durch geringfügige Änderungen bzw.
Ausnutzung der Trassierung werden noch untersucht.
Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 14Auch in der Strecke lagen Potentiale selbst in vermeintlich
„aussichtslosen“ Bereichen.
Blau: Optimierungsvorschlag im
Bogenweichenbereich auf Basis der in
Bau befindlichen Bauwerke (Brücken,
Tunnel, Rettungszufahrt, …);
Beispiel für 290...300 km/h anstelle
250 km/h in Abschnitt mit
fahrdynamisch relevanter
Längsneigung
Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 15Ulm: Trotz „gesetzter“
Zwangspunkte viel erreicht
Bestehende Bauwerke als Zwangspunkte
in Lage und Höhe:
− Tunnel NBS (inkl. schwerem Masse-
Feder-System)
− Trog Ulm / NBS
− Trog Friedrichshafen
− „Fachwerkbrücke“ (Brenzbahn)
− Kienlesbergbrücke (preisgekrönt)
Trassierungsanpassung inkl. Änderung
und Verschiebung von Weichen sowie
„Seitenwechsel“ im eingleisigen Trog
Bogenkreuzung „aufgebogen“
Umsetzung ist im Gang, Inbetriebnahme
erfolgt 2022
Abbildung: Armin Kilgus
Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 16Agenda 1. Motivation 2. Vorgehen 3. Beispiele (abstrakt und konkret) 4. Nutzen 5. Ableitung grundsätzlicher Empfehlungen 6. Fazit Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 17
Bis zu 0,5 Minuten Fahrzeitgewinn sowie deutlich kürzere
Belegungszeiten wären im Südkopf von Stuttgart Hbf möglich gewesen.
Gleis 4 Gleis 3 Gleis 2 Gleis 1
NBS (4813)2
N. N. ca. 0,4‘1 29 Sekunden 23 Sekunden
Optimierung
mit
ohne
8 Sekunden 7 Sekunden 6 Sekunden 4 Sekunden
Strecke 4703
(Abstellbahn
bzw. Filstal)3
In Summe (alle Zugfahrten einer Stunde in diesem Bahnhofskopf) ca. 3,5 Minuten Fahrzeitgewinn/Stunde
Großteil dieses Fahrzeitgewinns reduziert unmittelbar die Zugfolgezeiten und wirkt somit positiv auf die Kapazität bzw. Qualität.
(1) abgeschätzt aus Rechnung von Gleis 2 (2) ICE-3-Doppeltraktion inkl. Regelzuschläge (3) typischer Regionalzug inkl. Regelzuschläge
Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 18Optimierung Ulm: Bis zu 30 km/h schneller sowie ¾ Minute verkürzte Fahr-/Sperrzeiten auf fünf regelmäßig befahrenen Fahrwegen Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 19
Alle „kleinen“ Potentiale summieren sich auf der NBS Stuttgart—Ulm
auf 2 Minuten Fahrzeit.
Mit allen „kleinen“ Potentialen, d. h.
− ausgereizte Überhöhungen und
Überhöhungsfehlbeträge
− veränderte Radien, mit seitlichen
Verschiebungen um bis zu 25 cm1
− Hebungen und Senkungen bis zu 10 cm
− veränderte Weichen und Kreuzungen
wären u. a. drei fahrdynamisch nutzbare 300-
km/h-Abschnitte entstanden (rot).
Das entspricht einem Fahrzeitpotential von 2
Minuten je Richtung.2
Bei frühzeitiger Berücksichtigung hätte dies – im
Maßstab eines Großprojekts – keine Mehrkosten
verursacht.
Durch Vergrößerung dreier, überwiegend im
Tunnel liegender Bögen, hätte der Großteil der
Strecke3 für 300 km/h ausgelegt werden können.
(1) auf der freien Strecke (2) ICE-3-Doppeltraktion mit Sollbremskurven (3) km 21 bis 69 für weitgehend 300 km/h
Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 20Bei genauerem Hinsehen lässt auch die Bestandstrassierung größere
Geschwindigkeiten zu – zum Beispiel im Tunnel Feuerbach.
Der zukünftig am stärksten belastete Zulauf zum
Hauptbahnhof fällt mit bis zu 25 Promille ab.
Selbst ohne jedwede Änderung lässt die
Trassierung bis zu 40 km/h größere
Geschwindigkeiten zu.
Mit geringfügigen späteren Änderungen an der
Trassierung (Überhöhung durch Unterlegplatten,
seitliche Verschiebungen von wenigen
Millimetern) wären größere Geschwindigkeiten
möglich.
Höhere Geschwindigkeiten werden durch
geringfügige Anpassungen (Stützpunktabstände)
an der Deckenstromschiene (einziges kritisches
Gewerk) offengehalten.
Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 21Agenda 1. Motivation 2. Vorgehen 3. Beispiele (abstrakt und konkret) 4. Nutzen 5. Ableitung grundsätzlicher Empfehlungen 6. Fazit Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 22
Bei Bögen ein „Ausholen“ prüfen Durchgängig größeren Radius durch „Ausholen“ ermöglichen (vgl. Ski- oder Auto-Rennen) Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 23
Bei (langen) Bögen durchgehenden Radius hinterfragen; falls möglich, mit (nahezu) konstantem uf trassieren Niedrigere Überhöhungen / Überhöhungsfehlbeträge (Weichenbereich) durch „Abflachungen“ des Bogen; „Ausholen“ noch wichtiger Bei wechselnden Radien/Überhöhungen, (nahezu) konstanten Überhöhungsfehlbetrag prüfen Komfortsteigerung Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 24
Insb. in Beschleunigungs- und Bremsbereichen Ermessensbereich
in Erwägung ziehen, ggf. sogar mit Vorteilen für Komfort und IH
Weichen: gleicher oder besserer Komfort, wenn nicht alle Zugbereiche die volle Geschwindigkeit fahren (können)
Beispiel: Bahnhofskopf unter Berücksichtigung einer restriktionsfreien Beschleunigung bei der Ausfahrt nach Halt:
nur Zugschluss langer Züge erreicht zulässige Geschwindigkeit
− Überhöhungsrampe (Klothoide) für 100 km/h auf 100 mm: Regellänge = 100 m, Ermessensgrenze = 80 m
− Je nach Beschleunigungsvermögen nutzt nur ca. ¼ der Zuglänge die Ermessensgrenze; Trassierung mit
Regellängen oft nicht verhältnismäßig
In Fahrwegen mit niedrigerer (Ausgangs-)Geschwindigkeit ohnehin unproblematisch
Freie Strecke: Zulässige Geschwindigkeit ist Grundlage der technischen Fahrzeit(berechnung), wird in der Praxis
aber in der Regel nur im Verspätungsfalle benötigt / ausgefahren Ermessensgrenze bzw. Überhöhungsfehlbeträge
werden in der Praxis nur teilweise ausgenutzt.
(Dies gilt insb. dann, wenn durch entsprechende Trassierung Verspätungspuffer vergrößert werden können, ohne die
Fahrplanfahrzeit zu verlängern.)
Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 25Mit der Digitalisierung der Leit- und Sicherungstechnik können
schlummernde Potentiale in der Trassierung gehoben werden.
ETCS Level 2 ermöglicht eine flexiblere
Geschwindigkeitssignalisierung:
• Nahezu beliebig feine, metergenaue Staffelung.
• Bisherige Restriktionen (z. B.
Mindestsignalabstände) entfallen.
• Zulässige Geschwindigkeiten in 5-km/h-Schritten
(damit z. B. 65 km/h in einfachen 500er
Weichen).
• Mit automatisiertem Fahrbetrieb mit
Triebfahrzeugführer (ATO GoA 2) werden
Geschwindigkeitsvorgaben bei Bedarf
weitestmöglich abgefahren.
Im Vorgriff auf den flächenhaften Rollout sollten schon
heute die mit ETCS möglichen Geschwindigkeiten
ausgewiesen werden.
Abbildung: Deutsche Bahn / Max Lautenschläger
Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 26Agenda 1. Motivation 2. Vorgehen 3. Beispiele (abstrakt und konkret) 4. Nutzen 5. Ableitung grundsätzlicher Empfehlungen 6. Fazit Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 27
Es lohnt sich, Feinschliff zu betreiben!
… bringt viel
Feinschliff …
Mehrkosten von Änderungen in der Regel
gering bis vernachlässigbar im Vergleich
… kostet Zeit und Geduld zum Gesamtwertumfang – insbesondere
(auch infolge erforderlicher Iterationen) LOHNT wenn frühzeitig berücksichtigt
… erfordert Offenheit und gute SICH! Hoher Nutzen (Fahrzeit, Qualität, ggf.
Kommunikation („muss“, „soll“, „kann“) Kapazität, ggf. Energie, ggf.
Instandhaltung, …)
Sehr gutes Nutzen-Kosten-Verhältnis
Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 28Resümee: Mit geringem Aufwand konnten ein erheblicher betrieblich-
verkehrlicher Nutzen gehoben und weitere Potentiale aufgezeigt werden.
Das Projekt Stuttgart—Ulm (über-) erfüllt alle
vertraglich vereinbarten verkehrlichen
Anforderungen, beispielsweise an Fahrzeiten und
Kapazitäten.
Ein Großteil der untersuchten Optimierungen
musste mit Rücksicht auf Baufortschritt und Risiken
letztlich leider verworfen werden.
Durch die Arbeit der Task Force Trassierung konnten
gleichwohl einige Potenziale gehoben sowie weitere
Langfristpotenziale aufzeigt werden.
Mit einzelnen noch ausstehenden Untersuchungen
wird die Arbeit der Task Force Trassierung in diesem
Jahr ihren Abschluss finden.
Weiterführend:
Artikel im aktuellen „Eisenbahningenieur“
www.bsu.link/task-force-trassierung
Weitere Berichte werden folgen.
Abbildung: Artikel in „Der Eisenbahningenieur“ 4/2021
Gleisbauseminar 2021 | Peter Reinhart und Dr.-Ing. Fabian Walf | 16.04.2021 29Vielen Dank
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