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EISENBAHN
INGENIEURINTERNATIONALE FACHZEITSCHRIFT
FÜR SCHIENENVERKEHR & TECHNIKHeft 12 ·Dezember 2010
DVV Media Group GmbH · Hamburg! Erschütterungsschutz im Bereich
Birmingham Arena Tunnel

HERAUSGEBER
VERBAND DEUTSCHER
EISENBAHN-INGENIEURE E.V.

GLEISELASTIZITÄT

Erschütterungsschutz im Bereich
Birmingham Arena Tunnel
Erschütterungsmessungen nach einer Gleisneulage in Kombination mit dem Austausch vonbesohlten Holz- durch besohlte Betonschwellen im Bereich Birmingham Arena Tunnel.
Stefan Potocan

Elastizität im Fahrweg
Anfang des Jahres 2010 wurde im Bereichdes Birmingham Arena Tunnels eine Gleis­
erneuerung durchgeführt. Im Rahmen dieser
Maßnahme ersetzten die Verantwortlichen
unter anderem die bisher verwendeten
Holzschwellen mit einer 20 mm-Besoh­lung aus Korkgummi durch neue, besohl­
te Betonschwellen. Durch den Einsatz derSchwellenbesohlung sollte eine definierte
Elastizität in den Fahrweg eingebracht unddadurch eine Zunahme der Erschütterungs­
belastung für die angrenzenden Gebäude
verhindert werden. Um festzustellen, ob
dieses Ziel erreicht werden konnte, wurden
vor und nach dem Gleisumbau Erschütte­rungsmessungen durch das Ingenieurbüro
DeltaRail durchgeführt.

Beschreibung der erneuerten
StreckeDas umgebaute Gleis gehört zur zweiglei­
sigen Stour Valley Linie, die westwärts vomBahnhof Birmingham New Street nach
Wolverhampton führt. Der 161 m lange
Tunnel verläuft direkt unter dem Interna­
tional Convention Center, der Symphony
Hall und der National Indoor Arena. Er istüber die gesamte Länge gemauert und führt
in einer Tiefe von ungefähr 25 m durch den
in dieser Gegend auftretenden Sandstein.
Beide Schottergleise werden von unter­schiedlichen Fahrzeugtypen befahren. Um

die Unterschiede im Störspektrum zu be­rücksichtigen, wurden die Erschütterungs­
messungen für dieselbetriebene Fahrzeuge(DMU), elektrisch betriebene Fahrzeuge(EMU) und Pendolinozüge der Klasse 390
durchgeführt. Die Fahrgeschwindigkeit indiesem Bereich liegt bei 64 km/h (40 mph).
Bei den am 24. und 25. Januar 2010 durch­
geführten Arbeiten wurde das Gleis auf
der Strecke Richtung Bahnhof New Streeterneuert. Dabei wurden die Schienen, Zwi­
schenlagen und der Schotter durch gleich­artige, neue Komponenten ersetzt. An Stelle
der besohlten Holzschwellen kamen be­
sohlte Betonschwellen zum Einsatz.

Vergleich der verwendeten
Besohlungen
Die ursprünglich verwendete Besohlung
bestand aus einer 20 mm dicken Korkgum­
miplatte, die auf der Unterseite durch ein
Geotextil vor dem Schotter geschützt wird.
Diese Geotextilschutzschicht reicht bis an
die Schwellenflanken und wird dort mit
Hilfe von Klammern an der Holzschwellefixiert. Die Schutzschicht dient daher zu­
sätzlich als Befestigung der Besohlung ander Holzschwelle. Die Verantwortlichen
stellten während den Umbauarbeiten fest,
dass sich bei einigen Schwellen die Befesti­gung der Besohlung gelöst hatte. Dadurch
gelangte Bettungsmaterial zwischen die
Geotextilschutzschicht und die Schwelle.
Abb. 2 zeigt ein derartiges Beispiel. Die Be­
sohlungen waren laut Informationen von
Network Rail seit 1991 im Einsatz.

Abb. 1: Der Streckenverlauf im Bereich des Birmingham Arena Tunnels

2EI-Eisenbahningenier | Dezember 2010

Ersetzt wurde dieses System durch Beton­
schwellen mit einer 10 mm dicken Be­
sohlung aus Polyurethan. Bei der Besoh­lung handelt es sich um einen elastischen
Werkstoff von Getzner vom Typ Sylomer*
SLS 1010 G. Die statische Steifigkeit dieses
Typs – ermittelt nach DIN 45673-1 (Sekan­tensteifigkeit zwischen 0,02 N/mm² und0,16 N/mm²) – liegt bei 0,1 N/mm³. Auchbei diesem Besohlungstyp schützt ein Geo­textil die Federschicht vor Perforationen
durch den Schotter. Als Anbindung an die
Betonschwelle dient jedoch ein Kunststoff­
gitter. Damit wird die Besohlung während
des Produktionsprozesses direkt in den
nassen Beton eingebracht und damit an der
Betonschwelle befestigt (Abb. 3).

Messmethodik

Die automatische Messeinrichtung wurde
neben dem umgebauten Gleis an der Tun­nelwand neben einer Fluchtnische (Kilo­
metrierung 0 miles 1100 yards) installiert.
Dabei wurden die Beschleunigungsauf­
nehmer in Vertikal-, Quer- und in Längs­richtung zur Zugstrecke ausgerichtet. Die
Messgeräte befanden sich dabei in einerMetallbox, die in ca. 0,1 m Höhe mit Hilfevon Putzgips an der Tunnelwand befestigt
wurde (Abb. 4). Die Steuerungseinheit, derDatenlogger und die Energieversorgung
waren in der daneben befindlichen Nische
positioniert.
Um die Erschütterungspegel vor und nachden Umbaumaßnahmen vergleichen zu
können, wurde am 17. Januar 2010 ein
Referenzwert, der in Folge als Zielvorgabe
diente, ermittelt. Dazu wurde die Messein­richtung am 17. Januar 2010 installiert undam 24. Januar 2010 zu Beginn der Umbau­
arbeiten wieder entfernt. Um eine Konsoli­
dierung des Gleises zu gewährleisten, wur­de die Vergleichsmessung zehn Wochen
nach Beendigung der Umbaumaßnahmen
am 6. und 7. April 2010 durchgeführt. Umeine Korrelation der Messergebnisse mit
den jeweiligen Zuggattungen herstellen zu
können, wurden während der Messung
die durch den Tunnel fahrenden Züge voneinem öffentlich zugänglichen Ort neben
dem Tunnelportal aus beobachtet und do­
kumentiert. Eine zusätzliche Messung derSylomer® SLS 1010 G ist ein eingetragenes Markenzei­chen.

Abb. 2: Ausgebaute Holzschwelle mit beschädigter
Befestigung

Durchfahrtszeit ermöglichte die Feststel­lung der jeweiligen Zuggeschwindigkeit.

Ergebnisse

Die gemessenen Beschleunigungsdatenstellten die Basis für die Berechnung derSchwinggeschwindigkeitsterzspektren dar.
Die Messergebnisse wurden anhand vonZuggattung und Geschwindigkeit gruppiertund miteinander verglichen (Tab. 1).

Zuggattung
Class 153 DMUClass 220 DMUClass 323 EMUClass 350 EMUClass 390 EMU

festgestellte Geschwindigkeit
in km/hvor
nachErneuerung
Erneuerung
51463949595750
4638
30

Tab. 1: Zuggattungen und Geschwindigkeiten

Abb. 3: Aufbau der Schwellenbesohlung vom Typ Sylomer SLS 1010 G

Die in Abb. 6 dargestellte Einfügedäm­mung ergibt sich aus der Differenz derSchwingpegel vor der Erneuerung und nachFertigstellung der Umbaumaßnahmen. Ein
positiver Wert bedeutet daher eine Verringe­
rung der festgestellten Schwingungen nachder Gleisneulage. Abb. 6 zeigt die ermit­
telten Werte für die unterschiedlichen Zug­
klassen. Die mittlere Einfügedämmung er­gibt sich aus dem arithmetischen Mittel derSchwingpegel der einzelnen Zugklassen.

die bis dahin verwendeten Holzschwellen
mit einer 20 mm dicken Besohlung ausKorkgummi durch neue Betonschwellen
mit der Besohlung Sylomer SLS 1010 G er­
setzt. Im Rahmen der Messungen wurden
Schwingungsspektren für fünf verschiedene
Zugklassen ermittelt und – zur Abschät­zung der Emissionsunterschiede – gemit­
telt. Vor allem in den Bereichen unterhalb
von 6,3 Hz und über 40 Hz konnte eine
deutliche Reduktion der Erschütterungengemessen werden. Im Frequenzbereich zwi­
schen 6,3 Hz und 40 Hz zeigt die gemittelte
Einfügedämmung praktisch keine Verände­rungen.
Es ist nicht bekannt, welche Steifigkeit dieverwendeten
Korkgummibesohlungenin Kombination mit den Holzschwellen
aufwiesen. Außerdem ist es aufgrund zu­
sätzlicher Änderungen im Oberbau – wie
Schienentausch und Erneuerung des Schot­

Da die Beschleunigungen in vertikaler
Richtung dominieren, dienen diese Werte
als Basis für den Vergleich der Maßnah­men. Der Großteil der Schwingungsenergie
liegt in den Frequenzbereichen zwischen
12,5 Hz und 40 Hz. Vor der Erneuerung
lagen die Spitzen in den Bereichen 25 Hzund 31,5 Hz. Nach der Gleisneulage sindSpitzen in den Bereichen 20 Hz, 25 Hz und31,5 Hz festzustellen. Dies deutet auf eineleichte Frequenzverschiebung nach untenhin (Abb. 5).
Aus den zwei Spektren lässt sich im An­
schluss eine Einfügedämmung berechnen.

Fazit

Abb. 4: Die Messausrüstung

Abb. 5: Gemessene Schwingungsspektren vor und nach der Gleiserneuerung – Klasse 323

Um festzustellen, wie sich die Gleisneulage
auf die auftretenden Vibrationsemissionen
auswirkt, erfolgten im Bereich Birmingham
Arena Tunnel Erschütterungsmessungenvor und nach dem Umbau. Bei den Um­
baumaßnahmen kam es zu einer Erneu­
erung der Schienen, der Zwischenlagenund des Schotterbetts. Außerdem wurden

EI-Eisenbahningenieur | Dezember 20103

GLEISELASTIZITÄT

Dipl.-Ing. Stefan Potocan MSc.
Produkt Manager fürEisenbahnprodukte,Getzner Werkstoffe GmbH, Bürs
stefan.potocan@getzner.com

Summary
Vibration protection in the area of theBirmingham Arena tunnelAbb. 6: Einfügedämmung auf Grund der Gleisneulage

terbetts – schwierig, den Effekt der Besoh­lung isoliert zu bewerten.
Das grundlegende Ziel der Gleissanie­
rungsmaßnahme war es, dass es durch den
Austausch der besohlten Schwellen – vonelastischen Holzschwellen mit 20 mm
Besohlung auf steife Betonschwellen mit
10 mm Besohlung – zu keiner Zunahme
der Erschütterungsbelastung in den umlie­

genden Gebäuden kommt. Diese Vorgabe
konnte durch den Einsatz der Schwellenbe­
sohlung erfüllt und mit Hilfe der durchge­
führten Messungen nachgewiesen werden.

LITERATUR[1] Block, J.: Birmingham Arena Tunnel vibration measurement
report, internal report reference: LD15959 Issue 2, 05/2010

In early 2010, track improvement work was
carried out in the area of the Birmingham Are­na tunnel. The basic objective of the upgrading
was to prevent any increase in the amount ofvibration affecting buildings in the vicinity. The
work comprised replacement of rails, rail pads
and ballast bed. The original wooden sleepers
were replaced by concrete sleepers with Getz­
ner Sylomer® SLS 1010 G pads. Subsequent­ly vibration measurements were taken, andvibration spectrums for different train classes
were recorded and – to estimate differencesin emissions – averaged. A marked reduction
in vibrations was measured in particular atfrequencies below 6.3 Hz and above 40 Hz.
Between 6.3 Hz and 40 Hz the averaged inser­
tion loss was practically unchanged. The target
was met and success demonstrated.

Elastic solutions
for track superstructure
Getzner‘s range of elastic components for track
superstructures consists of the following:– rail pads
– baseplate pads
– elastic insert pads
for sleeper boots– sleeper pads

Getzner Werkstoffe GmbH
Herrenau 56706 Bürs
Austria
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