Oberbau für den schienengebundenen Verkehr

Vergleicht man den Energieverbrauch pro Tonne transportierter Güter ergeben sich deutliche Vorteile für die Bahn: Auf der Strecke Rotterdam – Duisburg verbrauchen LKW 227 MJ/t, die Bahn 112 MJ/t [1]. Deshalb ist es politischer Wille, möglichst viel des zu erwartenden Mehraufkommens im Güterverkehr über die Schiene abzuwickeln. Die Verkehrsverflechtungsprognose 2030 [2] prognostiziert einen Anstieg des Güterverkehrsaufkommens auf der Schiene von 43 %. Da das Schienennetz nur noch begrenzt ausbaubar ist, muss eine Leistungssteigerung des bestehenden Netzes angestrebt werden. Dichtere Zugfolgen, höhere Geschwindigkeiten und höhere Auslastung sind hier einige Stichworte.

Dabei überschreitet aber der klassische Schotteroberbau der Bahnkörper seine Leistungsgrenzen: Auf die hohen Querkräfte in Kurven reagiert er mit Verschiebungen des Oberbaus. Die ständige Krafteinwirkung der Achsen zertrümmert  mit der Zeit den Schotter und führt zur Bildung von Feinmaterial, so dass ein Austausch in kurzen Zeitabständen erforderlich wird. Häufige Sperrzeiten für Instandsetzungsarbeiten setzen die Leistungsfähigkeit einer Strecke erheblich herab. In Tunnelstrecken sind diese Arbeiten nicht nur besonders aufwendig, sondern auch gefährlich.

Die Deutsche Bahn AG entschloss sich deshalb dazu, einen Großteil der 180 km langen Schnellfahrstrecke Köln–Rhein/Main (siehe Bild oben) mit einer Festen Fahrbahn anstelle des herkömmlichen Schotteroberbaus auszustatten. 127 Gleiskilometer, davon 6,5 Gleiskilometer über Massivbrücken, wurden als Feste Fahrbahn System Rheda – Betontrog mit einbetonierten Schwellen – hergestellt [3].

Unterbau und Oberbau bilden den Trassenkörper. Der Unterbau hebt das eigentliche Gleis mindestens 1,5 m über den Grundwasserspiegel. Der klassische Oberbau besteht aus einer Schotterschicht von 30 bis 50 cm Dicke. Schotter und Schienen bilden gemeinsam ein schwingungsfähiges System, das die gleichmäßige Verteilung der Kräfte und Stöße auf den Unterbau sicherstellt. Wird der Schotter infolge der dynamischen Einwirkungen zertrümmert oder durch hohe Querkräfte verschoben, ändert sich die Gleislage. Spätestens dann muss die Geschwindigkeit auf der Strecke beschränkt werden. Verspätungen der Züge breiten sich in Kettenreaktion über das gesamte Streckennetz aus.

Bei der Festen Fahrbahn wird der Schotteroberbau durch eine Tragplatte aus Beton ersetzt. Auf einer Hydraulisch gebundenen Tragschicht (HGT) wird eine Betontragschicht – meist als Trog - hergestellt, in die ein Gleisrost (Schienen mit Betonschwellen) eingesetzt und einbetoniert wird. 1972 wurde im Bahnhof Rheda erstmals in größerem Umfang in Deutschland eine Feste Fahrbahn hergestellt. Der Ort war namensgebend für das System, das heute in vielen Varianten eingesetzt wird. Ziel weiterer Entwicklungen war es, das System technisch weiter zu optimieren und den Bau wirtschaftlicher zu gestalten, z. B. mit dem Ersatz der aufwendigen Schalarbeiten durch den Einsatz von Gleitschalungsfertigern für die Tröge und speziell konstruierten Taktfertigern für das Einbringen des Füllbetons [3].

Aufgabe der Bahnschwelle ist es einerseits, die Schienen in der richtigen Spurweite zu fixieren und andererseits die dynamischen Belastungen aus den Achsen der Schienenfahrzeuge in den Oberbau weiterzuleiten. Bahnschwellen wurden und werden aus Holz, Stahl oder Beton hergestellt. Die hohen Anforderungen an die Dauerhaftigkeit erfüllt die Holzschwelle nur mit dem intensiven Einsatz von Imprägnierungen, die aber dazu führen, dass eine spätere Entsorgung nur als Sondermüll möglich ist. Eine Weiterverwendung an anderer Stelle ist untersagt.

Spannbetonschwellen werden seit 1949 unter den Gleisen der Deutschen Bundesbahn und unter Gleisen von Industrie-, Straßen- und Untergrundbahnen eingebaut. Die Vorspannung ermöglicht eine wirtschaftliche Schwelle mit langer Lebensdauer. Ihre Bemessung ist abhängig von der Geschwindigkeit der Züge, deren Lasten und von der Spurweite. Die werksmäßige Fertigung erlaubt hohe Qualität und Maßgenauigkeit. Das hohe Eigengewicht ist der Grund für die verglichen mit anderen Systemen bessere Lagestabilität. Im Werk werden bereits die Vorrichtungen für die Schienenbefestigungen eingebaut.

Straßenbahngleise werden im innerstädtischen Bereich häufig vom Kraftfahrzeugverkehr mitgenutzt. Die Gleisanlagen sind dann Bestandteil der Fahrbahn, wobei die Unterhaltungslast beim Betreiber der Gleisanlagen liegt, die Sorge der Verkehrssicherheit aber in der Obliegenheit des Straßenbaulastträgers verbleibt. Aus diesem Grund bedarf es beim Bau von Gleisanlagen im öffentlichen Straßenraum einer intensiven Abstimmung zwischen den Beteiligten.

Das Merkblatt für die Ausführung von Verkehrsflächen in Gleisbereichen von Straßenbahnen [4] enthält die hierfür notwendigen Begriffsbestimmungen, Baugrundsätze und eine Liste der relevanten Regelwerke. Fast alle im „Merkblatt für die Ausführung von Verkehrsflächen in Gleisbereichen von Straßenbahnen“ vorgeschlagenen Bauweisen nutzen Beton, sei es als Tragschicht oder sei es als „Feste Fahrbahn“ [5]. Die Dimensionierung des Straßenoberbaus erfolgt nach den RStO, wobei ein gemeinsames Planum mit dem Gleisbau anzustreben ist. Ist von unterschiedlichen Belastungen auf Fahrbahn und Gleisfläche auszugehen, sollten die Bauklassen für beide Bereiche getrennt berechnet werden.

[1]    Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes: Verkehrswirtschaftlicher und ökologischer Vergleich der Verkehrsträger Straße, Bahn und Wasserstraße

[2]    Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI): Verkehrsverflechtungsprognose 2030

[3]    Alexander von Wilcken, Walter Fleischer und Hagen Lieschke: Die Herstellung von Festen Fahrbahnen auf langen Brücken. beton 8-2001, S. 422

[4]    Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Merkblatt für die Ausführung von Verkehrsflächen in Gleisbereichen von Straßenbahnen

[5]    Oesterheld, Rene; Peck, Martin; Villaret, Stephan: Straßenbau heute – Betondecken