A nagysebességű vasúti projektek világszerte gyors ütemben haladnak, és olyan egyedi kihívásokat jelentenek, amelyek a mérnöki tudományok határait is kitágítják. Az alábbiakban a New Civil Engineer összeállítását közöljük az aktuális fejlesztésekről.

A nagysebességű vasúti projektek nem hétköznapi vasutak. A Nemzetközi Vasúti Szövetség (UIC) meghatározása szerint a nagysebességű vasút „a 250 km/órás vagy annál nagyobb sebességre tervezett új vasútvonalak infrastruktúrája, vagy a 200 km/órás vagy akár 220 km/órás sebességre korszerűsített meglévő vonalak infrastruktúrája”. Ezek egyenesebb útvonalakat igényelnek, mint alacsonyabb sebességű társaik. Az olyan kulcsfontosságú szerkezeteknek, mint az alagutak, ellen kell állniuk az aerodinamikai nyomóterhelésnek is, amelyet a rajtuk néha 300 km/órát is meghaladó sebességgel áthaladó vonatok okoznak.

„Az emberek korábban nem gondoltak arra, hogy a vasút bonyolultságát tekintve egyenértékű egy atomerőművel. Ám a nagysebességű vasúti projekteket átnézve, ha figyelembe vesszük a nagyságrendet, az érintett közösségek számát, a környezeti biztonságot, a megbízhatóságot és a szabályozói érdekelt felek közötti kapcsolatokat, ezek valójában igen bonyolultak” – mondja Russell Jackson, az Aecom globális tranzitigazgatója.

Az e rendszerek által támasztott kihívásokkal dacolva a nagysebességű vasútvonal kiépítése világszerte egyre nagyobb lendületet vesz. Az UIC 2022-es vasúti atlasza a világ öt régiójában tavaly épülő új vonalak hosszát valamivel több mint 19 700 km-re teszi.

Földrészeken át

A közel húszezer kilométernyi szakasz közül az Egyesült Királyságban a High Speed 2 (HS2) kelti a legnagyobb érdeklődést nemzetközi berkekben, mivel akár 360 km/órás sebességgel közlekedő járatokat terveznek London és Észak-Nyugat Anglia között. A vonatok kezdetben Londonban és Birminghamben, később pedig Manchesterben fognak megállni, majd a meglévő vasúti hálózaton haladnak tovább Skóciába és szerte az Egyesült Királyságban.

A HS2 három szakaszban épül meg: az 1. szakasz, amely jelenleg is épül; a 2a. szakasz, amely 2021-ben kapta meg a királyi jóváhagyást; és a 2b. szakasz, amely még a kormány előtt van egyyeztetésen.

A 2019-ben 44,6 milliárd fontra tervezett 1. fázis 215 km hosszú pályán, 50 km alagúton és 16 km viadukton keresztül köti össze Londont és West Midlands-t. Az első járatok várhatóan 2029 és 2033 között indulnak el a birminghami Curzon Street és a londoni Old Oak Common között, és a hálózat új szakaszainak megépítésével fokozatosan bővülni fognak.

A 2019-ben 5,2 milliárd és 7,2 milliárd font közötti költségekkel rendelkező, 58 km hosszú 2a. fázis a cheshire-i Crewe-ig hosszabbítja meg a vonalat, a tervezett átadási határidő pedig 2030-2034 lesz. A 2b. fázis, amelynek még nincs elfogadott költségvetése, jelenleg a Crewe-tól Manchesterig tartó nyugati szakaszt jelenti és 85 km-re tervezik. A tervek szerint az 1. fázis keleti szakaszát a nottinghamshire-i Midland Parkway-ig szeretnék meghosszabbítani. Az átadás tervezett időpontja 2040 és 2045 között lesz.

Ezeknél a hatalmas projekteknél nagyon sok összetevővel kell foglalkozni, az állomásoktól kezdve a vasúti rendszereken, például a pályán és a felsővezetéken át az alagutakig.

Más projektek is folyamatban vannak Európa-szerte. Franciaországban a mintegy 200 km hosszú, 8,7 milliárd fontba kerülő LGV Bordeaux és Toulouse közötti vonal építése 2024-ben kezdődik, és a tervek szerint 2030-ra fejeződik be. A vonatok 320 km/órás sebességgel közlekednek majd. A projekt a 14 milliárd eurós „Grand Projet Ferroviaire du Sud-Ouest” (GPSO) délnyugat-franciaországi projekt része. A GPSO összeköti a Párizs és Bordeaux közötti nagysebességű vonalat a Bordeaux-Toulouse és a Bordeaux-Dax vonallal.

Franciaországot és Olaszországot a 270 km hosszú Torino-Lyon nagysebességű vonal köti össze. A 21,5 milliárd fontra becsült összköltségből 7 milliárd fontot a határon átnyúló szakaszra különítettek el, amely a vonal egyetlen olyan része, ahol a munkálatok már megkezdődtek. Ez a szakasz, a Lyon-Turin projekt egy 65 km hosszú vasúti összeköttetés kiépítését jelenti az olaszországi Piemontban található Susa és a franciaországi Savoyában található Saint-Jean-de-Maurienne között. Ebből 57,5 km a Mont Cenis bázisalagúton keresztül vezet, amely a világ leghosszabb vasúti alagútja lesz, amikor 2032-ben elkészül. Az alagútépítési munkálatok három, összesen 2,58 milliárd font értékű szerződésre oszlanak, amelyek elvégzésével 2021-ben az Eiffage, a Vinci és az Implenia cégeket bízták meg.

Olaszországban, Szicíliában szintén egy 2,9 milliárd font értékű, 178 km hosszú vonal épül Palermót és Cataniát összekötve. Ezt több szerződésre osztották fel, a WeBuild-Ghella JV májusban 1,04 milliárd font értékű szerződést, júniusban pedig 1,14 milliárd font értékű szerződést nyert.

Északabbra, az olasz-osztrák határon, a Brenner-hágó alatt épül a 13,2 milliárd font értékű, építés alatt álló Brenner-alagút, amelyet 2032-ben adnak át használatra. Az ausztriai Innsbruck és az olaszországi Fortezza közötti fő alagút 55-64 km hosszú lesz, ha a meglévő alagutakhoz csatlakozik, és lehetővé teszi, hogy a vonatok 250 km/órás sebességgel közlekedjenek a két ország között.

Északkelet-Európában az 5 milliárd fontba kerülő, 870 km hosszú Rail Baltica hálózat, amely a tervek szerint 2030-ra készül el, Észtországot, Lettországot és Litvániát fogja összekötni, további összeköttetésekkel Finnországgal és Lengyelországgal.

Idén júniusban az Európai Bizottság 64 millió eurót ítélt oda a Varsó és Łódzź közötti 140 km hosszú, nagysebességű vasúti rendszer első szakaszának tervdokumentációjára. Az építkezés a tervek szerint 2024 elején kezdődik.

A Cseh Köztársaság is foglalkozik a nagysebességű vasútvonalakkal. A Prága és Lovosice közötti 67 km hosszú, 4,6 milliárd fontba kerülő nagysebességű vasútvonal tervezési szerződését 2022 augusztusában a Valbe és Mott MacDonald konzorciummal kötötték meg. A vonal építése várhatóan 2030-ban kezdődik.

Távolabbra tekintve is komoly fejlesztések zajlanak: Dél-Törökországban a tervezett 286 km hosszú Mersin-Adana-Gaziantep nagysebességű vasútvonal javítani fogja a kulcsfontosságú városok és Mersin – Törökország második legnagyobb kikötője – közötti összeköttetést.

A marokkói kormány nemrégiben jelentette be, hogy egy új nagysebességű vasúti projektet tervez, amely 200 km hosszú összeköttetést jelent a főváros, Rabat és Fez között és a Maghreb-vonal nevet fogja viselni.

Az észak-amerikai kormányok szintén nagysebességű vasúti rendszereket fejlesztenek. Az Egyesült Államokban a 128 milliárd dollár értékű, 1300 km hosszú kaliforniai nagysebességű vasúti rendszer két nagy szakaszban épül meg. Az 1. fázis 840 km-es szakasza San Franciscót és Los Angeles-t köti majd össze, míg a 2. fázis észak felé Sacramentóig, majd Los Angeles keleti részén San Bernardinón és Riverside-on keresztül a Kalifornia legdélebbi nagyvárosáig, San Diegóig hosszabbítja meg az útvonalat.

Kanadában is vannak javaslatok egy 800 km hosszú, Quebec és Ontario közötti összeköttetésre, amely a 2020-30-as évek közepén indítaná el a járatait.

Kínában a China Railways több mint 2000 km hosszú nagysebességű vasútvonalat helyezett üzembe 2022-ben. Eközben az Indonéziában nemrég elkészült 142 km hosszú, Jakartából Bandungba tartó nagysebességű vasútvonal szerelvényei a júliusi tesztek során elérték a 350 km/órás sebességet.

Ausztráliában 2023 júniusában új nagysebességű vasúti hatóságot hoztak létre, amely az ország keleti partvidéke mentén húzódó hálózat fejlesztését felügyeli. Az első projekt a Sydney és az új-dél-walesi Wollongong tengerparti város között tervezett 85 km hosszú összeköttetés.

Kihívások és tanulságok

Neil Henderson, a Mott MacDonald HS2 fő ügyfélkapcsolati igazgatója szerint a nagysebességű vasúti projektek tanulságai folyamatosan fejlődnek. A brit HS2 esetében ezeket a tanulságokat a HS2 Ltd. Learning Legacy platformja rögzíti, ahová a projekt résztvevői és az iparági szakértők feltölthetik tapasztalataikat és megoszthatják tudásukat.

A már rögzített mérések kiváló példaként szolgálnak a nagysebességű vasúti alagutak aerodinamikai hatásainak megértéséhez. A HS2 alagútjait nagyobb keresztmetszetűre tervezték, hogy csökkentsék az alagutakban a vonatok által okozott összetett nyomásminták hatását. Amikor egy nagysebességű vonat behajt az alagútba, a bejárat közelében a benne lévő levegő gyorsan összenyomódik, és nyomáshullám terjed az alagútban. Nyomáshullámok keletkeznek akkor is, amikor a vonat farka belép az alagútba, és amikor az orr és a farok kilép az alagútból, ami átfedő és visszapattanó hullámmintákat okoz. A HS2 alagutak nagyobb alagútkeresztmetszete enyhíti ezeket a mintákat.

John Bettles, a Mott MacDonald brit vasúttársaság vasúti mérnöki irányításért felelős vezetője a Crossrailt említi olyan projektként, amelynek tanulságait a HS2 is hasznosította. A Crossrail nem volt nagysebességű vasúti projekt, de inkubátor volt az olyan területeken szerzett ismeretek számára, mint például a rendszertechnika alkalmazása.

Crossrail leckék

„A Crossrailnél megtanultuk, hogyan lehet sokféle rendszert használatba venni. Ez magában foglalta az állomások és az útvonal integrálását a pályával, és mindent teszteltünk, hogy már az első naptól kezdve megbízható rendszerünk legyen. Ez a megközelítés jól bevált a HS2 esetében is” – osztotta meg John Bettles.

A tanácsadók, köztük a Mott MacDonald és az Aecom is bővítik tudásukat a nagysebességű vasúti rendszerek parametrikus tervezésében.

Ez a tudásmegosztó kezdeményezés az algoritmusok segítségével újrafelhasználható, testre szabható terveket hoz létre, ami a kulcsfontosságú szerkezetek gyorsabb tervezését eredményezi. Ez komoly előnyt jelent, mivel míg a kisebb sebességű vasutak követhetik a terep kontúrjait, a nagysebességű vasút egyenesebb vonalvezetésre vonatkozó követelménye miatt nagyobb szükség van hidakra, viaduktokra, vágatokra és alagutakra, ami növeli az építési költségeket és időt.

Russell Jackson, az Aecom globális tranzitigazgatója véleménye szerint az Aecom kooperatív kivitelezésben szerzett tapasztalata döntő fontosságú a nagysebességű vasúti projektek esetében. A tanácsadót 2022 végén bízták meg a kaliforniai nagysebességű vasúti projekt programmenedzsmentjének ellátásával. Jackson szerint az együttműködésen alapuló megvalósítás megszünteti a rendszerben a siló gondolkodást. Hozzátette – „Az állomásoktól kezdve a vasúti rendszereken, például a síneken és a felsővezetékeken át az alagutakig nagyon sok komponenssel kell foglalkozni ezekben a hatalmas projektekben. Úgy gondolom, hogy a világ számos nagysebességű vasúti projektje még csak most kezdi feltérképezni, hogyan lehet ezeket a különböző kihívásokat hatékonyan integrálni, és ez tagadhatatlanul nehéz feladat.”

Jackson elismerte, hogy a nagysebességű vasúti projektek gyakran drámai költségnövekedéssel találkoznak, ugyanakkor hozzáteszi: „Úgy gondolom, minél több nagysebességű vasúti projektet valósítunk meg, annál jobb lesz a megvalósításuk, különösen az olyan területeken, mint a költségtervezés.”

A brit HS2 költségproblémái gyakran kerülnek a címlapokra. A projekt költségvetése 2019-ben 51,8 milliárd font volt, de a legutóbbi becslések szerint a költségek közelebb vannak a 155 milliárd fonthoz, és a terv költségekkel kapcsolatos áldozatai között szerepel az a vitatott döntés, hogy felfüggesztik az Euston végállomás fejlesztését.

Jonathan Sharrock, az Arcadis HS2 ügyfélkapcsolati igazgatója szerint azonban a hosszú távú előnyök igazolhatják a HS2 és más tervek magas költségeit. Következtetése szerint: „Olyan infrastruktúráról beszélünk, amely évtizedek alatt megtérül az ország nemzetgazdaságának.”

Forrás: Future of Rail | High speed rail networks spring up worldwide despite engineering challenges | New Civil Engineer