Tutkimus

Suurnopeusradat ja raideliikennetärinä työllistävät TerraRail-tutkimusryhmää

TerraRail mittaamassa uuden Dr21-vaihtotyöveturin rataan kohdistamia voimia Kouvolan ratapihalla.
Rautatiet ovat myötätuulessa. Uusia nopeita junaratoja suunnitellaan, hiilipäästöt ohjaavat tavaraa raiteille ja muutenkin ilmapiiri raideliikennettä kohtaan kehittyy hyvään suuntaan. Nopeammat radat ja raskaammat kuljetukset edellyttävät myös tutkimustietoa radanpidon tueksi.

TerraRail-tutkimusryhmä eli tuttavallisemmin rataryhmä tutkii radan rakenteita sekä liikkuvan kaluston rataan kohdistamia kuormituksia ja niiden vaikutuksia radan käyttäytymiseen. Yhteistyö Väyläviraston kanssa on tutkimuksen keskeinen tukipilari, jota täydentävät teollisuuden kanssa toteutettavat tutkimushankkeet. Yhteistyötä ratojen elinkaaritehokkuuden parantamiseksi on tehty myös ulkomaisten yritysten, yliopistojen ja tutkimuslaitosten kanssa.

Ratarakenteiden tutkimuksella on pitkät perinteet Tampereen yliopistolla osana maa- ja pohjarakenteiden tutkimusta.

– Tällä hetkellä ajankohtaisia tutkimusaiheita ovat suuremman ajonopeuden junaradat, jotka aiheuttavat paljon mietittävää monella eri osa-alueella. Jo pelkästään ratalinjauksen on oltava aikaisempaa suorempi, jotta on mahdollista ajaa suuremmilla nopeuksilla. Toisaalta itäisen yhdysliikenteen mukanaan tuoma liikennetärinä on aiheuttanut paljon asiakaspalautetta ja tärinän vaimentamiseen etsitään aktiivisesti uusia ratkaisuja, kertoo tutkimusryhmän vetäjä, projektipäällikkö Heikki Luomala.

– Kaiken lisäksi nopea henkilöliikenne ja raskaat tavarajunat pitäisi saada mahtumaan samoille raiteille. Käytännössä tämä yhtälö on lähes mahdoton ratkaista, sillä eri nopeuksilla liikkuvat junat syövät radan kapasiteettia ja vaativat hyvään kulkuun erilaiset kallistukset kaarteisiin. Lisäksi radan kunnossapito on haastavaa – noin joitakin esimerkkejä mainitakseni, Luomala jatkaa.

Suurnopeusrata edellyttää uusia radan komponentteja

Suuremmat ajonopeudet edellyttävät entistä tasaisempaa rataa. Routavauriot eivät tule kysymykseenkään eikä suuria painumaeroja voida sallia. Vaihderakenteissa joudutaan siirtymään yhä pidempiin ja kääntyvän risteyskärjen omaaviin vaihteisiin, jotka ovat edellytys yli 200 km/h ajonopeuksissa. Uudet radan komponentit edellyttävät huolellista suunnittelua, valmistelua ja testausta ennen laajempaa käyttöönottoa.

– Uuden radan rakenteet ovat jo nykyisellään hyvin routamitoitettuja, mutta ongelmia on havaittu esimerkiksi eristys- ja välikerroksessa käytettävien luonnonmateriaalien laadussa. TerraRail-tutkimusryhmä on osaltaan mukana kehittämässä ohjeita ja yleisiä laatuvaatimuksia, kuten InfraRYL:iä, johon on juuri tehty päivitysesitys eristys- ja välikerrosta koskeviin osiin.

– Rakeisuusaluetta muutettiin karkeampaan suuntaan, jotta ratarakenteelta edellytettävät kantavuusvaatimukset pystytään saavuttamaan ja rata toimii tarpeeksi hyvin myös tulevaisuuden kuormitusympäristössä, Luomala täsmentää.  

Kenttämittaukset ovat keskeinen osa tutkimusta 

TerraRailin tutkimus on varsin käytännönläheistä ja pyrkii ratkomaan esimerkiksi kunnossapidon arjessa ilmeneviä ongelmia.

– Joskus vaihteet eivät käänny lumen ja jään takia, toisinaan ne antavat virheellisiä ilmoituksia asennostaan, välillä juna suistuu oikeasti. Olemme mukana löytämässä syitä ja kehittämässä ratkaisuja, jotta vastaavaa ei tapahtuisi jatkossa, Heikki Luomala kertoo. 

Tutkimus jakautuu karkeasti kahtia teoreettiseen ja kokeelliseen tutkimukseen. Teoreettisesti pyritään selvittämään esimerkiksi erilaisen vaunukaluston rataystävällisyyttä simuloimalla tai mallintamaan raidegeometrian heikkenemistä.

– Vahvat kokeelliset tutkimusvalmiudet auttavat selvittämään monia asioita suoraan mittaamalla ja voimme siten myös varmentaa teoreettisen tutkimuksen paikkansapitävyyttä, Luomala kiteyttää.  

Inertiamittauksella raidegeometria talteen

Keskeinen radan käyttäytymistä kuvaava suure on raidegeometria, jota tarkastetaan radantarkastusvaunun avulla useita kertoja vuodessa. Tarkastuksia tehdään radan liikennöitävyyden varmistamiseksi. Radantarkastustulokset mahdollistavat myös monenlaisia analyysejä radan kunnon kehittymisestä ja tätä tietoa voidaan edelleen hyödyntää kunnossapidossa ja rataomaisuuden hallinnassa. Radantarkastustuloksia on analysoitu muun muassa tiedonlouhinnan keinoin.

– TerraRail-tutkimusryhmällä on Suomen ainoa inertiamittaukseen perustuva käsikäyttöinen mittauslaitteisto, jonka avulla raidegeometria voidaan mitata absoluuttisen tarkasti. Epätasaisuuden kehittyminen on kuitenkin vain seuraus jostakin rakenteessa ilmenevästä epäjatkuvuuskohdasta tai materiaalierosta. Suurnopeusratoja varten kaikki epäjatkuvuuskohtien vaikutukset täytyy minimoida, Luomala sanoo.

Keitä me olemme?

Projektipäällikkö TkT Heikki Luomalan lisäksi TerraRail-tutkimusryhmään kuuluvat väitöskirjatutkijat ja tutkijat:

Tutkimusryhmää täydentävät tutkimusapulaiset ja ratatyöturvallisuudesta vastaava Marko Happo.

Teksti ja kuva: Heikki Luomala ja Elina Soininen

Uusimmat uutiset kategoriassa Tutkimus

Uusimmat uutiset