Stap goed in! Landmeetkunde bij het spoor? Jazeker!

Transcriptie

1 Stap goed in! Landmeetkunde bij het spoor? Jazeker! Leon van Osnabrugge, Junior specialist Bouwmanagement & Survey, Het instappen van een trein gaat niet altijd even soepel: de instap is te hoog, te laag of te groot. Arcadis werkt voor ProRail in het Programma Toegankelijkheid aan het deelproject aanpassen perronhoogte P76, om een gelijkvloerse instap in de (toekomstige) treinen mogelijk te maken. Voor de realisatie van een gelijkvloerse instap brengen wij met een landmeetkundige meting de huidige stationssituatie in kaart. Daarna ontvangt ProRail advies over de noodzakelijke infrastructurele aanpassingen en deze werken wij uit in een doeltracé en een ontwerprapportage. Een goede integrale samenwerking tussen verschillende spoordisciplines is daarbij een sleutel tot succes. In 2020 wil ProRail dat 90% van de reizigers zelfstandig met de trein kan reizen. Hiervoor zijn diverse Stefan Leenaars, projectleider P76: Integraliteit staat in dit project centraal. Door het grote aantal stations dat binnen de scope van het project valt, zijn we in staat een goed op elkaar ingewerkt projectteam neer te zetten. Dit komt de kwaliteit van het eindproduct ten goede. Ook focussen we ons op integratie bij andere lopende projecten, wat tot synergievoordeel bij ProRail leidt. Ondertussen heeft elk stationsproject binnen Arcadis wel van ons gehoord. Figuur 1 Het stations realisatie Programma Toegankelijkheid (bron: ProRail). 4 Geo-Info

2 aanpassingen aan de stations nodig (zie figuur 1). Integrale samenwerking Voor de uitvoering van het project P76 werken verschillende disciplines binnen Arcadis samen. De adviesgroepen Rail Survey (meten), Baan & Spoor (spoorconstructies) en TEV (tractie en energievoorziening) zorgen samen voor de goede uitwerking van het project. Bij stations waar specifieke oplossingen nodig zijn, wordt een beroep gedaan op andere binnen Arcadis aanwezige specialismen, zoals kunstwerken en grondmechanica. De processtappen in het project P76 zijn: Figuur 2 - Meten van een Harmelen overweg met een spoormal. Processtappen Meting Nultracé Advies Doeltracés Ontwerptekening & rapportage Meting Voor een goed advies meten wij de huidige situatie van het perron en het spoor in. De metingen voeren we uit met een tachymeter, een waterpasinstrument, een laserscanner en met een GPS-toestel. Het spoor wordt tot 300m voor en na het perron ingemeten of tot de dwangpunten in het spoor, zodat wij een eventueel spoorontwerp kunnen aansluiten op de bestaande spoorligging. Bij een meting van een station worden alle punten in XYZ-coördinaten bepaald en meten wij de volgende objecten: de perronpunten; de spoorpunten met de verkanting; de dwangpunten in het spoor, zoals wissels, overwegen en bruggen (zie figuur 2); alle punten die een belemmering vormen voor het tracé, zoals (dwerg) seinen, lichtmasten, trekblokken en bovenleidingpalen. De meting sluiten we aan de op de bekende coördinaten van de Permanente Vastlegging Spoorgeometrie (PVS)-bouten. De bouten zitten in de bovenleidingpalen en het werkelijke meetpunt wordt zichtbaar gemaakt door een prisma of een adapter op de bout te klikken. De punten zijn bekend in het RD- en NAP-stelsel. Per station maken wij minimaal 5 nieuwe PMG-punten (Primaire Meetkundige Grondslag) in zettingsvrije objecten. Deze punten blijven in het hele proces van inmeting tot uitvoering stabiel. De aannemer kan aan deze punten zijn maatvoering ontlenen. Voor deze punten gebruiken we nieuw geplaatste bouten (zie figuur 3). Op niet geëlektrificeerde baanvakken sluiten wij de meting aan op bekende PMGpunten van ProRail langs de spoorbaan. Deze punten zitten gemiddeld om de 4km in zettingsvrije objecten. De PMG-punten meten we in met GPS en worden via een virtueel referentiestation (VRS-station) verbonden met de meetlocatie. De GPSbasislijnen worden berekend in het softwarepakket TBC (Trimble Business Centre) Figuur 3 Nieuw PMG-punt bij station Rosmalen. Teun Vorselman, landmeetkundige: Het aantrekkelijke van een P76 meting is dat per station alle aspecten van het landmeten aan de orde komen. Je begint met het maken van een goede grondslag: goed verdeeld over het meetgebied en in zettingsvrije objecten. Daarna wordt de situatie ingemeten met tachymetrie, waterpassen, GPS-metingen en laserscannen. Het resultaat is een betrouwbare en nauwkeurige meting. Geo-Info

3 Figuur 4 Meetopzet bij station Voorst Empe, waarbij we aansluiten op de PMG-punten van ProRail en deze via een VRS-station verdichten naar de meetlocatie. Alle tachymetrische standplaatsen in het meetgebied zijn met een GPS-meting aan de PMG-punten gekoppeld. Nultracé Met het tracéprogramma maken wij een nultracé. Een nultracé is een wiskundige gedefinieerd model van het spoor, waarbij wij de meetdata zo goed mogelijk benaderen. Het horizontale tracé bestaat uit rechtstanden, bogen, overgangsbogen en wissels. Het verticale tracé bestaat uit hellingen en bogen. Bij het maken van een tracé houden we rekening met: 1. de dwangpunten van het spoor, zoals de perrons, de wissels, de overwegen en de vaste spoorstaafbevestiging (zie figuur 13); 2. de eisen zoals die gelden bij het maken van een nultracé: de maximale schiften lichtwaardes bij de diverse spoorconstructies; en de metingen worden verwerkt met het softwarepakket MOVE3 (zie figuur 4). Voor een goed overzicht van de huidige stationssituatie meten wij het hele station inclusief bovenleiding in met de laserscanner. De laserscanmeting sluiten wij aan op dezelfde PVS-bouten zoals gebruikt bij de tachymetrische meting. Op de PVSbouten wordt nu een adapter met een bol geplaatst. Per standplaats maken wij een scan en alle scans worden aan elkaar gerekend tot 1 groot bestand. Uit dit scanbestand bepalen waaruit wij coördinaten van de rijdraad en eventueel de draagkabel ter plaatse van het steunpunt (zie figuur 5). Deze punten gebruiken we om in het nul- en doeltracé de rijdraadhoogte en eventueel de systeemhoogte te bepalen. Figuur 5 Rijdraad, draagkabel en zijwaartse bij een ophangpunt. Voor een goed advies is het van belang om de juiste perrontypes te weten. De landmeter classificeert het type perron. Een geconstrueerd perron is nu eenmaal lastiger aan te passen dan een perron met keerwandstukken(zie figuur 6). Het advies dat wij bij dit station geven is om het spoor aan te passen ter plaatse van het geconstrueerde perron, zodat daar geen perronaanpassing nodig is. Voor het gedeelte met de keerwanden wordt het perron aangepast, waarbij de juiste positie van de keerwanden wordt afgeleid uit het nieuwe doeltracé (zie figuur 12. Figuur 6 Verzakte perronrand bij station Rotterdam Lombardijen. Rechts het geconstrueerde perron en links de perronrand met keerwandstukken model Geo-Info

4 Figuur 7 Schiftplot van het nultracé station Middelburg. Figuur 8 Precisie en betrouwbaarheid van de nieuwe PMG-punten bij station Diemen-Zuid. 3. de eisen uit de ontwerpvoorschriften (OVS) voor het maken van een tracé. In figuur 7 zie je een voorbeeld van een schiftplot bij station Middelburg. In de plot zie je de gemeten perronrand met perrontype, een kruiswisselcomplex, een overweg, de schiftmaten en de afstanden tot het perron en de bovenleidingpalen. Bij de producten wordt een rapportage geleverd. Hierin staan de gegevens over de kwaliteit van de meting (precisie en betrouwbaarheid, zie figuur 8), grafieken met de huidige perronhoogte (zie figuur 9) en een overzicht van de nieuwe zettingsvrije PMG-punten. Met de gegevens uit het nultracé maken wij een advies waarin we beschrijven welke aanpassingen nodig zijn om tot een gelijkvloerse instap te komen. Advies Sinds begin jaren negentig geldt voor de perronhoogte een norm van 84cm boven BS (bovenkant spoorstaaf). Volgens de nieuwe Europese normen voor gelijkvloerse instap moet de perronhoogte in de toekomst op 76cm boven BS liggen, zodat reizigers zonder obstakels in de trein kunnen stappen. Daarnaast kijken we binnen het project P76 naar de perronafstand. Deze moet tussen de 1.650m en 1.735m liggen. Hierbij houden we rekening met een gecorrigeerde perronafstand en hoogte als het spoor in verkanting ligt: de trein Bart Oosterveld, ontwerper Baan &Spoor Het op 76 cm +BS brengen van perrons lijkt een simpele klus, maar geen enkel station is hetzelfde. Elk station heeft zijn eigen dwangpunten en bijzonderheden, dit vergt een goede afstemming tussen verschillende disciplines. Het gezamenlijk komen tot het beste ontwerp is telkens weer een uitdaging. Figuur 9 Perronhoogte van spoor 2 in Diemen-Zuid. Geo-Info

5 kantelt van het perron af of naar het perron toe. Met de gegevens uit het nultracé maken wij een advies om de perronhoogte aan de eis van 76cm boven BS te voldoen. Bij het maken van het advies kijken we naast de huidige perronhoogte en -type naar de ligging van de wissels, kunstwerken, overwegen en beperkende objecten op het perron, zoals trappen en liften. In het advies maken wij een keuze tussen een spooraanpassing, een perronaanpassing of een combinatie van beide. In de praktijk komt het vaak voor dat we kiezen voor een combinatie van spoor- en perronaanpassing. Het nultracé en het advies worden beoordeeld door de afdeling TEV. Hierbij geven wij aan wat consequenties voor de bovenleiding zijn bij de gekozen oplossingsrichting. Daarnaast geven we aan waar er ontheffing moet worden aangevraagd als de rijdraadhoogte niet aan de normwaardes voldoet. Bij elk advies maken wij een duurzaamheidscan, waarbij wij aangegeven hoe duurzaam de gekozen oplossing is. Figuur 10 Duurzaamheidsscan van station Almere-Buiten. Daarbij kijken we naar: de toekomstvastheid, in hoeverre voldoet de oplossing aan de scope van P76 en worden er nog verbeteringen aan het tracé meegenomen; het materieel, de benodigde inzet van machines voor de realisering; het materiaal, de hoeveelheid materiaal, zoals omvang van de perronaanpassing; de integraliteit, worden verschillen projecten gelijktijdig uitgevoerd en zijn deze op elkaar afgestemd. Bij verschillende oplossingsrichtingen kan de duurzaamheidsscan gebruikt worden bij het maken van de uiteindelijke keuze (zie figuur 10). Het advies en het nultracé leggen wij ter goedkeuring voor aan ProRail. Na goedkeuring door ProRail maken wij het doeltracé. Doeltracé Nadat ProRail akkoord is met de gekozen oplossingsrichting in het advies maken wij Figuur 11 Lichtplot van het doeltracé station bij Rotterdam Lombardijen, waarbij door de spooraanpassing het geconstrueerd perron binnen de bandbreedte valt. 8 Geo-Info

6 een doeltracé voor de spooraanpassing. Bij alleen een perronaanpassing wordt deze stap overgeslagen en maken wij gelijk een ontwerprapportage. Het resultaat van het doeltracé is een schiften lichtplot met de verschillen tussen de meetdata en de geoptimaliseerde spoorligging. Met deze tekeningen kan de aannemer zien hoeveel hij het spoor moet schiften en lichten en waar er perronwerk gedaan moet worden. Bij station Rotterdam Lombardijen wordt het spoor zo aangepast, dat de perronhoogte bij het geconstrueerd perron voldoet aan de eisen voor de perronhoogte (zie figuur 11). Het perron met de keerwandstukken moet worden aangepast. Het berekende doeltracé is daarbij het uitgangspunt voor de juiste plaatsing van de keerwandstukken. Het doeltracé toetsen wij op de ontwerpvoorschriften van ProRail. Daarbij kijken we bijvoorbeeld naar de elementlengtes, de lengte van de overgangsbogen voor de opbouw van de verkanting, de minimale en maximale boogstralen en de combinatie van horizontale en verticale bogen. Het resultaat is een verificatiematrix met daarin de afwijkingen van het tracé op de norm- en uitzonderingswaarde uit de OVS. Voor iedere afwijking op de OVS moet een ontheffing worden aangevraagd. Ontwerptekening en rapportage Nadat het doeltracé is goedgekeurd door ProRail maken we een ontwerptekening en een rapportage. De ontwerptekening maken we met het programma MX. In MX wordt de nieuwe perronrand ontworpen op basis van het doeltracé. Hiervan maken wij een lengteen dwarsprofieltekening, met daarbij een overzicht van de gemeten en ontworpen perronhoogte en afstand. Daarnaast staat op deze tekening de lengtes van de sporen die geschift en gelicht gaan worden. In de rapportage lichten wij het ontwerp toe, maken we een lijst met de afwijking op de OVS en geven we een overzicht van de werkzaamheden aan het bovenleidingsysteem. Voorbeelden van werkzaamheden aan de bovenleiding zijn: het uitwisselen van de zijwaartse; het op de juiste hoogte brengen van het bovenleidingsysteem door het corrigeren van de rijdraadhoogte; het aanpassen van de bovenleidingpalen die op het perron staan bij een perronaanpassing; het vervangen van de gehele bovenleidingconstructie. Daarnaast geven we een gedetailleerd advies bij verlaagde bovenleidingconstructies, zoals bij tunnels en viaducten. In figuur 12 staat een grafiek van de rijdraadhoogtes op station Almere Muziekwijk na uitvoering van het doeltracé. Bij specifieke oplossingen maken wij extra ontwerptekeningen, zoals bij station Almere Muziekwijk. Bij dit station wordt het spoor verlaagd door de regelbare spoorstaafbevestiging te vervangen door ingegoten spoor. Hierdoor komt de perronhoogte bij het geconstrueerd perron binnen de bandbreedte (zie figuur 13). Een andere oplossing was het geconstrueerd perron verhogen, maar dan vormt de aansluiting op trappen en liften een probleem. Van elk doeltracé leveren wij een detaillering van het spoor, waarmee de aannemer zijn spoor kan uitzetten en maatvoeren. In de detaillering staan de: de XYZ-coördinaten van de tangent- en spoorpunten; de XYZ-coördinaten van de wissels; de baanvaksnelheid; de toegepaste verkanting en opbouw; de horizontale- en verticale tracéelementen, zoals bogen, rechtstanden en overgangsbogen. Figuur 12 Overzicht van de rijdraadhoogtes bij station Almere Muziekwijk, na uitvoering doeltracé. Henk van Es (ProRail), rail system engineer P76 Arcadis is al direct vanaf de start van P76 betrokken bij de werkzaamheden. Werd eerst nog uitgegaan van binnen ProRail beschikbare informatie, al gauw bleek dat een meting noodzakelijk was om een actueel inzicht van de huidige situatie te krijgen. Dat betekende een gestage uitbreiding van de werkzaamheden, en daarmee ook het aantal bestanden. Om dat te faciliteren is door Arcadis de toepassing Insite Online ontwikkeld, waarin de bestanden op een zeer overzichtelijke wijze zijn terug te vinden. Dit is noodzakelijk omdat P76 een groot aantal verschillende stations kent, met elk zijn specifieke oplossing. Uiteraard heeft Insite Online voor ProRail een toegevoegde waarde, niet alleen voor P76, maar ook voor andere afdelingen binnen ProRail. Geo-Info

7 Levering De levering van alle producten doen wij via een door Arcadis ontwikkelde internet / GIS-applicatie, Insite Online (zie figuur 14). Bij insite online kan je per station de producten uploaden, die de gebruiker zelf kan downloaden wanneer hij ze nodig heeft. Ook de aannemer krijgt via deze weg de gegevens. Daarnaast staat er informatie op welke stations in uitvoering zijn, wie de bouwmanager is en wanneer de uitvoering gepland staat. Conclusie Het is voor Arcadis een leuk en uitdagend project, waarin alle aspecten van het landmeten aan de orde komen en waarbij verschillende spoordisciplines nauw samenwerken om een groot aantal stations op bovenstaande wijze geschikt te maken voor de toekomst! Samenvatting In 2020 wil ProRail dat 90% van de reizigers zelfstandig met de trein kan reizen. Arcadis werkt voor ProRail in het Programma Toegankelijkheid aan het deelproject aanpassen perronhoogte P76, om een gelijkvloerse instap in de (toekomstige) treinen mogelijk te maken. Figuur 14 GIS-applicatie insite online. Figuur 13 Vervangen van de regelbare spoorstaaf bevestiging naar ingegoten spoor bij station Almere Muziekwijk om het spoor 45mm te verlagen. Hierdoor komt het geconstrueerd perron binnen de bandbreedte te liggen. Arcadis meet de huidige situatie van het spoor en het perron in en berekend op basis hiervan een nultracé. Met het nultracé wordt een advies gegeven hoe het station het beste kan worden aangepast: een spooraanpassing, een perronaanpassing of een combinatie van beide. Afhankelijk van de keuze volgt de berekening van een doeltracé en een ontwerp. Deze gegevens worden met een GIS-applicatie via internet verstrekt. Begrippenlijst nultracé: Wiskundige gedefinieerd model van het spoor, waarbij de huidige spoorligging zo goed mogelijk wordt benaderd; doeltracé: tracé waarbij een optimalisatie in de huidige spoorligging wordt berekend, schiftmaten: de horizontale verschillen tussen de meetpunten en het horizontale tracé; lichtmaten: de verticale verschillen tussen de meetpunten en het verticale tracé; rijdraad: elektrische geleider in de bovenleiding die contact maakt met de stroomafnemer; draagkabel: kabel in de bovenleiding die de rijdraad draagt; systeemhoogte: het hoogteverschil tussen de rijdraad en draagkabel; verkanting: het hoogteverschil tussen beide spoorstaven, om de zijdelingse krachten in een boog te compenseren; overgangsboog: een element in het tracé tussen rechtstand - boog of tussen 2 bogen, waarbij de kromming wordt opgebouwd van R= naar de kromming K van de boog (K=1/R). De overgangsboog wordt wiskundig beschreven door de clothoïde. Daarnaast wordt in een overgangsboog de verkanting opgebouwd van nul millimeter in de rechtstand naar de toegepaste verkanting in de boog. Verdere informatie ProRail site Toegankelijkheid Pages/default.aspx Het artikel draag ik op aan onze onlangs plotseling overleden collega Onno Hoekstra. Hij heeft voor dit project diverse metingen verwerkt en tracés berekend. Wij zullen zijn humor, kennis, kunde en betrokkenheid op de afdeling gaan missen. 10 Geo-Info