Optimierung der Abstimmung von Fahrgeschwindigkeit und Trassierungsparametern im Wiener U-Bahn-Netz am Beispiel der Linie U3

Abstract

Die Wiener U-Bahn ist, wie auch viele andere spurgebundene öffentliche Personenverkehrsmittel, durch eine relativ hohe Fahrgeschwindigkeit, kurze Stationsabstände und das Fehlen von Zügen, die in den Stationen nicht halten, gekennzeichnet. Daher legen die Fahrzeuge der U-Bahn einen großen Anteil der Strecken in beschleunigter Bewegung mit veränderlicher Geschwindigkeit zurück. Üblicherweise beziehen sich die Regelwerke zur Wahl der Trassierungsparameter aber auf konstante Entwurfsgeschwindigkeiten. So enthält die Trassierungsvorschrift der Wiener U-Bahn zwar den Hinweis, dass die tatsächlichen Geschwindigkeiten von Zugspitze und Zugende bei der Ermittlung der Überhöhung zu berücksichtigen sind, aber keine Informationen darüber, in welcher Art und Weise das zu erfolgen hat. Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, welcher Überhöhungsverlauf bei konstanten Fahrgeschwindigkeiten hinsichtlich des Fahrkomforts und des Verschleißes zu optimalen Ergebnissen führt. Davon ausgehend werden Berechnungsansätze für die Ermittlung der optimalen Überhöhung für die beschleunigte Fahrt ermittelt. Der zweite Teil der Arbeit besteht in der Auswertung von Messdaten zur Krümmung und Überhöhung, die mit dem Gleismesswagen der Wiener U-Bahn auf der Linie U3 durchgeführt wurden. Dazu wird zunächst der Verlauf der Fahrgeschwindigkeit auf Basis der Messdaten eines regulären U-Bahn-Zuges rechnerisch modelliert. Aus der Geschwindigkeit und der Soll-Krümmung wird anschließend mit den Berechnungsansätzen für die optimale Überhöhung der Wertebereich der optimalen Überhöhung entlang der gesamten Strecke berechnet. Der Vergleich zwischen den vorhandenen, gemessenen Trassierungsdaten und den berechneten Sollwerten zeigt einerseits, dass in einigen Bereichen der Strecke die technisch mögliche Geschwindigkeit nicht ausgenutzt werden kann, da aufgrund der Überschreitung von Grenzwerten der Trassierungsparameter die Geschwindigkeit beschränkt werden muss. Andererseits kann man feststellen, dass in Bezug auf den Fahrkomfort und den Verschleiß an vielen Stellen entlang der Linie U3 Verbesserungen durch die Änderung des Überhöhungsverlaufs erzielt werden könnten. Die Arbeit liefert einen Beitrag zur Beurteilung von bestehenden Bahnstrecken des öffentlichen Personennahverkehrs sowie einen Ansatz zur Berücksichtigung von Beschleunigungsbereichen bei der Errichtung von neuen Linien.

Vienna-s metro, like many other public metropolitan railway systems, is characterized by relatively high maximum speed, short distances between stations, and the absence of trains passing through stations. Hence, metro trains are passing most of the tracks in accelerated movement. But alignment rules and standards usually imply constant design speed. In contrast to that, the consideration of the difference in speed between the head and the rear of the train is requested in the alignment rules of Vienna-s metro, although the method to be applied is not specified. The first part of this study deals with the question, which level of superelevation leads to the best results in terms of travelling comfort and abrasion. Based on this, calculation formulas for the optimal superelevation for accelerated movements are determined. In the second part, measured curvature and superelevation data of the line U3 from the rail test car of Vienna-s metro is analyzed. For that purpose, the trend of the ride speed is modelled according to measured data of a regular train. Together with the nominal curvature, this modelled speed is the base to calculate the range of the optimal superelevation along the route. Comparing the measured alignment data and the calculated nominal values shows that the technically possible speed has to be limited in some areas in order not to exceed the critical alignment values. Moreover, it was detected that - concerning travelling comfort and abrasion - improvements could be achieved through modification of the superelevation-s gradient in many parts of the line U3. This study provides a contribution to the assessment of existing public metropolitan railway lines and a basis for the consideration of the accelerated movement of trains during the construction of new lines.