Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sanierung von Bauwerksteilen für Schienenfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bahnschwellen gehören zu einem Teil des Gleisoberbaus, der die Schienen für Schienenfahrzeuge trägt und der die bei Belastung auftretenden Kräfte auf den Gleisunterbau überträgt und verteilt. Dabei werden die darauf befestigten Schienen in ihrer Lage fixiert. Üblicherweise kommen Betonschwellen zum Einsatz, die maschinell aus Beton gegossen werden.
Seit Mitte der 90er Jahre sind auch schotterlose Gleise bzw. ein schotterloser Oberbau bekannt, der als "Feste Fahrbahn" bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um einen Schienenoberbau, bei dem das Schotterbett durch einen festen Oberbau-Fahrbahnstrang aus Beton oder Asphalt ersetzt ist. Hierfür werden die starren Betonschwellen in einen zuvor hergestellten Betontrog oder in eine Schalung derart vormontiert, dass ein Vergussraum zwischen Sohle und Wand des Betontrogs (Schalung) entsteht. Zur Vermeidung von Körperschall wird der Trog häufig mit elastomerem Schaumstoff ausgekleidet. Die Schwellen werden in ihre endgültige Einbauposition gebracht, was jedoch sehr aufwändig ist, da sie hierfür aufgeständert und feinjustiert werden müssen. Die Justierung ist erforderlich, damit die später durchzuführende Gleisverlegung den Exaktheitsansprüchen entsprechend möglich ist. Nach exakter Fixierung des Gleiskörpers wird der Hohlraum unterhalb der Schwelle mit einem dafür geeigneten Vergussbeton verfüllt und die Schwelle bis ca. zur Hälfte ihrer Bauhöhe eingebunden. Bei der Bauart zur Festen Fahrbahn gibt es unterschiedliche Systeme, beispielsweise Rheda 2000, System Züblin, System Bögel, etc.
Die Feste Fahrbahn hat den Vorteil, dass sie eine bessere Gleislagestabilität bei hohen Geschwindigkeiten bietet, sodass die Wartungskosten deutlich geringer sind. Ferner ist sie auch witterungsbeständiger. Die Systeme zur Festen Fahrbahn haben jedoch die Nachteile einer aufwändigeren Montage und sind mit deutlich höheren Investitionen im Vergleich zu einem klassischen Oberbau verbunden, denn die Lage der Schienenbefestigung muss bereits beim Gießen der Betonbettung präzise eingemessen sein. Dabei werden hohe Anforderungen an die Stabilität des Untergrundes gestellt, da größere Korrekturmöglichkeiten beim Schienenbefestigungssystem nicht mehr möglich sind.
Der klassische Schotteroberbau kann den bei häufigen Zugüberfahrten auftretenden Kräften nicht immer ausreichend standhalten und es kommt nach einiger Zeit häufig zu Verschiebungen des Oberbaus, was letztendlich zu Gleislagefehlern führt. Aus Sicherheitsgründen müssen solche Stellen deshalb mit niedrigen Fahrgeschwindigkeiten gefahren werden.
Nicht nur der klassische Schotteroberbau, sondern auch die Feste Fahrbahn ist bei einer Zugüberfahrt enormen Belastungen ausgesetzt. Die Bahnschwellen schwingen beim Überfahren und geben bei Beaufschlagung mit Kraft nach. Dabei schwingt die überfahrene Schwelle von oben nach unten. Benachbarte Schwellen müssen die Last aufnehmen. Problematisch wird die Situation bei den Schwellen, bei denen sich Hohlräume an der Unterseite der Schwelle gebildet haben. Solche Hohlräume umfassen häufig Lufteinschlüsse. Diese führen dazu, dass mit der Zeit Wasser eindringt, welches bei Temperaturen unter 0 °C zu Eis gefriert, was zu einer Beschädigung der Schwelle führt. Auch entstehen bei einzelnen Schwellen Fugen, die nach dem Schwinden des Betons bei einer Betonschwelle einen Wassereintritt in geringen Mengen zulassen. Schließlich findet man selbst bei einem sorgfältigen Ausbetonieren des Raumes unterhalb der Betonschwellen Hohlräume, weil Luft unterhalb der Schwelle beim Betonverdichtungsvorgang oftmals nur schwer entweichen kann.
Der Schadeneintritt durch über die Fuge beziehungsweise in die Hohlräume eingedrungenes Wasser macht es erforderlich, dass die Schwelle aus Sicherheitsgründen ausgetauscht werden muss. Bei der Festen Fahrbahn kommt hinzu, dass die Stahlbetonplatte Risse erleiden kann, die ebenfalls zu einem Wassereintritt von oben in die Konstruktion und damit in vorhandene Hohlräume unterhalb der Schwelle führen können. Bei den betroffenen Schwellen findet man deshalb häufig auch Abplatzungen um die Schwellen herum sowie die erwähnten Hohlräume unterhalb der Schwellen, die dazu führen können, dass die fest eingebundenen Schwellen bei Belastung, das heißt bei Überfahrt eines Zuges, spürbare Bewegungen aufweisen. Dazu kommen nutzungsbedingte und umweltbedingte Schäden an der Betonkonstruktion. Solche Schadensbilder sind mit den herkömmlichen Verfahren entweder nicht oder nur mit erheblichem Aufwand zu sanieren.
Die EP 2 690 218 A2 beschreibt ein solches Verfahren zur Risssanierung von Betonschwellen durch Injektion eines Verfüllstoffes, wobei der oder die Risse zumindest partiell mit einer Verdämmung im oberen Bereich der Betonschwelle verdämmt werden. Hierfür wird eine Rissanalyse durchgeführt und der Riss anschließend so verdämmt, dass die Verdämmung streifenförmig entlang des Risses aufgebracht wird. Anschließend wird eine Freifläche hergestellt, um in den Riss mittels einer Niedrigdruckpumpe den Verfüllstoff zu injizieren.
Ein ähnliches Verfahren beschreibt auch die DE 10 2012 202 877 A1, bei dem ein Harz mit einem besonders niedrigen Druck von 0,1 bis 2,6 bar quasi drucklos in die Bahnschwelle eingebracht wird. Die DE 10 2015 119 884 A1 beschreibt ein Verfahren zur Sanierung von Betonschwellen, die Risse oder Beschädigungen aufweisen.
Die genannten Verfahren sind nur für eine Sanierung von Betonschwellen, nicht aber für die Instandsetzung von Hohlräumen oder Lufteinschlüssen um die Schwellen herum geeignet. Dies liegt unter anderem daran, dass die verwendeten Drücke keine Verpressung des Injektionsmaterials zulassen.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives und zugleich verbessertes Verfahren für die Sanierung von oben genannten Bauteilbereichen für Schienenfahrzeuge bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in einem ersten Schritt das Identifizieren von Hohlräumen oder Luftblasen in dem zu bearbeitenden Bauteilabschnitt. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine Bahnschwelle. Solche Hohlräume treten insbesondere unterhalb der Schwelle auf. Das Identifizieren von beschädigten Schwellen erfolgt vorzugsweise durch visuelle Begehung, kameragestützte Verfahren oder Ultraschallbehandlung.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt die Vorbehandlung einer Fuge entlang des Umfangs der zu behandelnden Schwelle. Die Fuge wird somit unmittelbar im Grenzbereich der Schwelle zu der darunterliegenden Stahlbetonplatte vorbereitet. Vorzugsweise erfolgt das Erzeugen der umlaufenden Furche durch Schleifen, Nadeln, Strahlen oder Bürsten. Die Fuge wird vorzugsweise anschließend sauber ausgebürstet.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden Eintrittsöffnungen für das Einbringen eines Füllmaterials und Austrittsöffnungen zur Luftabführung im Fugenbereich angebracht und die Fuge mit einem Verdämmungsmaterial verdämmt. Durch die Verdämmung bildet die Fuge eine Art Kragen, der aus der Verdämmung besteht. Die Eintrittsöffnungen sind vorzugsweise gegenüberliegend den Austrittsöffnungen an der Längsseite der Bahnschwelle angeordnet. Die Abstände der jeweiligen Eintrittsöffnungen und der Austrittsöffnungen, die Breite und Höhe sowie Form der Verdämmung sind abhängig von der jeweiligen Schwellenart und der Gleiskonstruktion. Die Eintrittsöffnungen für das Füllmaterial und die Austrittsöffnungen zur Luftabfuhr werden entweder vor oder nach Ausformen der Verdämmung an den Längsseiten der Schwelle angebracht.
Ziel ist es im weiteren Verfahrensverlauf nun, die Luft unterhalb der Schwellen auszutreiben und die Hohlräume mit einem Füllmaterial auszufüllen. Durch die Verdämmung ist die Fuge vollständig geschlossen und lediglich über die Zugänge in Form der Eintrittsöffnungen offen. Um die Luft auszutreiben und die Hohlräume zu füllen, wird in einem weiteren Verfahrensschritt ein verpressbares Füllmaterial in die an der Fuge ausgebildeten Eintrittsöffnungen unter Druck injiziert. Durch das Injizieren des Füllmaterials wird die Luft in den Hohlräumen verdrängt und zu den Austrittsöffnungen zur Luftabführung geleitet. Das Entlüften der Hohlräume ist dann abgeschlossen, wenn aus den Austrittsöffnungen das überschüssige Füllmaterial heraustritt. Wenn dies der Fall ist, kann davon ausgegangen werden, dass sämtliche Hohlräume ausreichend mit Füllmaterial gefüllt sind.
Im nächsten Verfahrensschritt werden die an der Fuge angebrachten Austrittsöffnungen verschlossen. Anschließend wird weiteres Füllmaterial unter hohem Druck über die Eintrittsöffnungen gegeben, wodurch ein Verpressen des Füllmaterials erfolgt. Anschließend kann das Füllmaterial aushärten. Vorzugsweise beträgt der Injektionsdruck zwischen 3 und 18 bar, bevorzugt zwischen 8 und 16 bar, vorzugsweise etwa 12 bar. Die anschließende Verpressung des Füllmaterials erfolgt bei einem Verpressdruck von vorzugsweise zwischen 3 und 18 bar, bevorzugt zwischen 8 und 16 bar, vorzugsweise etwa 12 bar. Vorzugsweise erfolgt die Injektion des Füllmaterials durch eine Hochdruckpumpe.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Eintrittsöffnungen für das Auffüllmaterial und/oder den Austrittsöffnungen zur Luftabführung um Injektionspacker, Winkelpacker, Schlauchstutzen oder Verpressnippel. Bei dem Verdämmungsmaterial handelt es sich vorzugsweise um einen Kunststoff, ein Kunstharz, einen kunststoffmodifizierten Mörtel, ein Reaktionsharz oder ein Polymer. Bevorzugte Polymere sind Silikon, Polysulfid, Acrylat oder PMMA oder auch Mörtelstoffe auf rein mineralischer Basis.
Bei dem Füllmaterial handelt es sich vorzugsweise um ein Reaktionsharz, Kunstharz, Zweikomponentenklebstoff, Epoxidharz, Polyurethanharz, Polyesterharz, Silikonharz oder einen anderen chemisch aushärtbaren Klebstoff oder Harz oder auch Injektionsstoffe auf mineralischer Basis.
Die Wahl des Verdämmungsmaterials, des Füllmaterials sowie die Abstände der Eintrittsöffnungen und der Austrittsöffnungen hängen vom jeweiligen Schadensbild und der jeweiligen Gleisbauart ab.
Vorzugsweise kommt das erfindungsgemäße Verfahren bei der Festen Fahrbahn zum Einsatz.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert:
In Fig.1 sind verschiedene Ansichten einer Betonschwelle 1 gezeigt mit einer darauf angeordneten Schiene, die von Federelementen 3 eingefasst ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Untergrund um eine Stahlbetonplatte, wie sie bei der "festen Fahrbahn"-Konstruktion zur Anwendung kommt. Entlang der Betonschwelle wird zunächst die Fuge vorbehandelt, bevorzugt durch Schleifen, Nadeln, Strahlen oder durch Bürsten. Die Fuge wird gereinigt. Anschließend wird in der so bearbeitenden Fuge eine Verdämmung ausgeformt und in die Verdämmung werden Zugänge in Form von Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen eingebracht. Hierfür sind entsprechende Packer vorgesehen, die eine Injektion eines Kunstharzes ermöglichen. Vorzugsweise werden als Packer 4 Injektionspacker eingesetzt. Die Abstände der Injektionspacker hängen von dem Schadensbild ab und können bedarfsweise angepasst werden. Die Verdämmung besteht vorzugsweise aus einem kunststoffmodifizierten Mörtel, einem Kunstharz, einem Reaktionsharz oder Dichtstoffen auf Basis bauchemischer Polymere.
Nachdem die Verdämmung ausgehärtet ist, wird über die an der Längsseite der Betonschwelle eingebrachten Eintrittsöffnungen ein Füllmaterial, beispielsweise in Form eines Reaktionskunstharzes, mit hohem Druck von ca. 12 bar injiziert. Durch die Injektion des Füllmaterials entweicht die in den Hohlräumen gespeicherte Luft aus den Austrittsöffnungen auf der gegenüberliegenden Seite der Betonschwelle. Die Injektion des Füllmaterials erfolgt so lange, bis das Harz aus den Austrittsöffnungen austritt. Anschließend werden die Injektionspacker für die Luftabführung verschlossen und über die Eintrittsöffnungen erneut Füllmaterial bei einem Verpressdruck von etwa 12 bar eingebracht, um das Füllmaterial in den Hohlräumen der Schwelle zu verdichten. Der Verpressvorgang dauert etwa 20 Minuten. Das Zuführen des Füllmaterials kann beispielsweise über Rohrleitungen oder Schläuche erfolgen. Für die Luftabführung können ebenfalls Schläuche oder Rohrleitungen verwendet werden.