UNTERSUCHUNG MASSE-FEDER-SYSTEM

Messung eines Masse-Feder-Systems
nach 30 Jahren Betriebsdauer
Anwohner eines Straßenbahntunnels in Zürich Schwamendingen profitieren
bis heute von weniger Erschütterungen.

Abb. 1: Der Straßenbahntunnel verläuft direkt unter den angrenzenden Wohngebäuden.

ADRIAN EGGER | MARKUS HEIMIm Jahr 1985 wurde in Zürich Schwamendingen ein Tunnel für zwei Straßenbahnlinien erbaut. Zum Schutz der Anwohner
vor Erschütterungen und sekundärem Luftschall haben die Verkehrsbetriebe Zürich imTunnel ein Masse-Feder-System (MFS) mit
einer elastisch gelagerten Gleistragplatte
installieren lassen. 2015 wurden Messungendurchgeführt, um die Wirksamkeit des Systems nach 30 Jahren Betriebsdauer zu überprüfen. Das Ergebnis: Die erschütterungsreduzierende Wirkung des MFS ist noch voll
intakt. Auch stehendes Wasser konnte derelastischen Lagerung der Fahrbahnplatte
nichts anhaben.
Systembeschreibung
Im Bereich des vor über 30 Jahren erbauten,ca. 2,2 km langen Tunnels der Züricher Stra-22

EI – Sonderheft Oberbau | NOVEMBER 2017ßenbahn (Linien 7 und 9) zwischen Milchbuck und Schwamendingen liegen sensible
Wohngebäude sehr nahe am Tunnel – dieFundamente befinden sich unmittelbar überder Tunneldecke (Abb. 1).
Um die Lebensqualität der Anwohner bei
vollem Straßenbahnbetrieb zu gewährleisten, haben sich die Verkehrsbetriebe Zürich(VBZ) zum Schutz der Anwohner für ein
schotterloses Oberbausystem mit elastischerLagerung der Gleistragplatte entschieden.
Als Vorlage für den Oberbau im Tunnel
Schwamendingen diente das damalige„Wiener System“, mit dem Unterschied, dassanstelle von Glasfasermatten als elastischeLagerung Polyurethanmatten aus Sylomer
eingesetzt werden sollten.
Der Oberbau der im Februar 1985 in Betrieb genommenen Strecke besteht auszwei Betonlängsbalken mit einer Breite vonje 88 cm, welche durch eine 44 cm breite
Längsrinne getrennt sind. Die Längsbalkensind vollflächig mit elastischen Sylomer-Matten (Sylomer LR44) gelagert. Als Querschwellen wurden Kunststoffschwellen eingesetzt, die ihrerseits in Schwellenschuhen
gelagert wurden.
Historische und aktuelle
Untersuchungen zur Wirksamkeit
Kurz nach der Inbetriebnahme der Strecke
wurden im August 1985 Untersuchungen
im Gleisbereich sowie in den angrenzenden
Gebäuden, zum Nachweis der schwingungsreduzierenden Wirksamkeit, durchgeführt.
Nach einer Betriebsdauer von 30 Jahren wurden im März 2015 erneut schwingungstechnische Messungen vorgenommen (Abb. 2).
Die Wiederholung der Messungen ermöglicht eine Aussage zur Langzeitwirksamkeit
der Erschütterungsschutzmaßnahme MFS,
maßgeblich beeinflusst durch die verbautenelastischen Matten aus Sylomer.
Im Tunnel wurden an neun Messstellen dievertikalen Schwinggeschwindigkeiten bei
regulärem Tramverkehr gemessen, sowohl

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im mit MFS ausgestatteten Bereich als auchin einem angrenzenden Gleisabschnitt ohne
einer erschütterungsreduzierenden Maßnahme (Abb. 3). Im Bereich des MFS wurden
am Tunnelboden neben der Tunnelwand
dieselben Messpunkte wie bei der Messung
1985 verwendet (Abb. 2).
Zusätzlich zum historischen Messpunkt wurden zwei weitere Messpunkte 12 m links und12 m rechts davon installiert, um Aussagen
zur Dämmleistung des MFS statistisch besser absichern zu können. Im Gleisbereich
des Tunnels ohne MFS wurde ebenfalls ein
Messquerschnitt eingerichtet.
Zur Bestätigung der nachhaltigen Wirksamkeit der Schutzmaßnahme wurden in den
Kellerräumlichkeiten zweier Wohngebäude,die sich sehr nahe über dem Tunnel befinden, an denselben Messpunkten wie bei derMessung im Jahre 1985 die Erschütterungen
der Tramvorbeifahrten erfasst – und zwar inallen drei Raumrichtungen (Abb. 2).
Insgesamt wurden über 50 Vorbeifahrten
mit aktuell verkehrenden Straßenbahntypen(Be 4/6 Tram 2000, Be 4/8 Tram 2000 „Sänfte“[teilweise niederfluriger Typ], Be 5/6 Tram
„Cobra“) gemessen.
Erschwerte Bedingungen –stehendes Wasser im Tunnel
Die Trassengradiente des in einem Bogenbereich liegenden Tunnels fällt von beiden
Richtungen leicht ab, wodurch sich in Tunnelmitte eine Senke bildet.
Bei einem Lokalaugenschein wurde in derLängsrinne der tieferliegenden Strecke(Gleis 800) in einem Großteil des Streckenbereiches mit MFS Wasser mit einer Höhe vonbis zu ca. 20 cm festgestellt (Abb. 4).
Das Wasser stand somit ca. 15 cm über dem
Niveau der elastischen Lagerung. In diesem
Bereich der Senke war keine voll wirksame
Querentwässerung der Fahrbahn vorhanden. Beim Gleis 700 herrschten trockene Verhältnisse.
Dadurch eröffnete sich die Möglichkeit, in
ein und demselben Messquerschnitt im Bereich des MFS – neben der Untersuchung derLangzeitwirksamkeit der Erschütterungsschutzmaßnahme „MFS über 30 Jahre Betriebsdauer“ – den „Einfluss des stehenden
Wassers“ auf die Dämmwirkung des MFS zu
untersuchen.
Ergebnisse aus den Messungenin den Wohngebäuden
Zum Nachweis der Wirksamkeit des MFS
wurden Immissionsmessungen in den Kellerräumlichkeiten durchgeführt.
Im Jahr 1985 wurden als Beurteilungskriterium
die maximalen Schwinggeschwindigkeiten
während der Tramvorbeifahrten an den diversen Messpunkten, die in den Gebäuden und
im Tunnel gewählt wurden, herangezogen.
Damals mussten die Werte noch von Hand aus
analogen Aufzeichnungen auf Papierstreifen

Kellergeschoss

MesspunkteMasse-Feder-System

Abb. 2: Darstellung des Masse-Feder-Systems und Lage der Messpunkte

herausgemessen werden, während heutzutage durch die weiterentwickelte Messtechnik
die Auswertungen digital erfolgen.
Um einen aussagekräftigen Vergleich derMessdaten von 1985 und 2015 zu erhalten,
wurden zur Auswertung ausschließlich Fahrten des Tramtyps „Tram 2000“ herangezogen, da diese bereits bei der früheren Messung aufgezeichnet wurden.
Tab. 1 zeigt eine Gegenüberstellung der ge­
messenen maximalen Schwinggeschwindigkeiten von 1985 und 2015 an den Mess­punkten in den Untergeschoßen der zu
schützenden Gebäude. Dargestellt sind die
Ergebnisse in den drei Raumrichtungen x, y,z sowie die Resultierende R.
Im Untergeschoß der Wohngebäude liegen
die maximalen Schwinggeschwindigkeiten
aller Richtungskomponenten und deren Resultierende deutlich unter der Fühlbarkeitsgrenze, die (streng genommen auch in Abhängigkeit von der Frequenz und dem FaktorMensch) im Bereich von etwa 0,1 mm/s bis
0,2 mm/s liegt.

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EI – Sonderheft Oberbau | NOVEMBER 201723

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Wie die Ergebnisse zeigen, ist das MFS
nach 30 Jahren im Einsatz noch vollkommen wirksam. Die gemessenen Schwinggeschwindigkeiten liegen, absolut betrachtet,
in einer betragsmäßig sehr geringen Größenordnung. Es ist festzustellen, dass sicheinerseits die gemessenen Immissionswerte
an keinem Ort und in keiner Raumrichtung
erhöht haben; die heute ermittelten Werte
sind sogar noch deutlich geringer. DieserAnschein einer Verbesserung liegt aber mit
hoher Wahrscheinlichkeit an der heute verwendeten genaueren Mess- und Auswertetechnik.
Insgesamt konnte eindrucksvoll bestätigt
werden, dass die erschütterungsreduzierende Wirkung am Immissionsort nach wie vorvorhanden ist. Nach 30 Jahren im Einsatz ist
das untersuchte MFS in Zürich Schwamendingen noch immer voll intakt.
Bestimmung der Einfügungsdämmung des Masse-Feder-Systems
Für den Nachweis der derzeitigen Wirksamkeit des MFS wurde das EinfügungsdämmMaß anhand der Differenz zwischen den Terzpegelspektren der beiden Oberbauformen„mit MFS“ und „ohne MFS“ bestimmt. Das
Einfügungsdämm-Maß ist eine Größe, welche
die Wirkung eines eingefügten elastischen
Elements, im vorliegenden Fall die elastische
Lagerung der Fahrbahnplatten mit Sylomer,in einer gegebenen Situation von Fahrzeug,
Oberbau und Unterbau beschreibt.
Abb. 5 zeigt das über alle Tramvorbeifahrten gemittelte Einfügungsdämm-Maß desMFS für das Gleis 700 (ohne Wasser) mit demzugehörigen Streubereich sowie das Einfügungsdämm-Maß des MFS für das Gleis 800(mit Wasser).

Abb. 3: Messgeräte im Messquerschnitt mit Masse-Feder-System (MFS)

Abb. 4: Stehendes Wasser im Bereich des MFS in der Längsrinne. Der Wasserstand beträgt ca. 20 cm.

Jahr

Gebäude 1 - Untergeschoß

Gebäude 2 - Untergeschoß

xyz

Rxyz

R

mm/s

mm/s

mm/s

mm/s

mm/s

mm/s

mm/s

mm/s

1985

0,02

0,05

0,05

0,06

0,01

0,04

0,02

0,05

2015

0,008

0,006

0,010

0,011

0,006

0,006

0,011

0,012

Tab. 1: Gegenüberstellung der maximalen Schwinggeschwindigkeiten von 1985 und 2015.
Gemessen an den Fundamentbereichen der zu schützenden Gebäude

24EI – Sonderheft Oberbau | NOVEMBER 2017

Beurteilung derUntersuchungsergebnisse
Die Untersuchung zeigt, dass die Lagerungdes Sylomer-Materials im Wasser keinen negativen Einfluss auf die Dämmleistung desSystems hat.
Der Streubereich beim EinfügungsdämmMaß resultiert aus variierenden Parametern,wie unterschiedlich erfasste Tramtypen, variierendes Rollmaterial, differierende Fahrgeschwindigkeiten, und diversen anderenschwierig zu erfassenden Faktoren.
Leichte Unterschiede der EinfügungsdämmKurven beider Gleise können auf Einflussgrößen wie etwa unterschiedliche Schienenrauigkeiten, Schweißstöße und dergleichen
zurückgeführt werden.
Die ermittelte Einfügungsdämmung desMFS mit Sylomer im Straßenbahntunnel Zürich Schwamendingen zeigt eine sehr guteDämmwirkung. Das 30 Jahre im Einsatz befindliche MFS würde auch dem heutigen
Stand der Technik gerecht werden. Die installierte Maßnahme zum Schwingungsschutz funktioniert einwandfrei.

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Dr. Adrian Egger
Leitender Angestellter und­verantwortlich für den Bereich­Erschütterungen und Körperschall
Trombik Ingenieure AG, CH-Zürich
a.egger@trombik.ch

Dipl.-Ing. Markus Heim
Bereich Forschung & Entwicklung
Getzner Werkstoffe GmbH, A-Bürs
markus.heim@getzner.com

Abb. 5: Einfügungsdämm-Maß des MFS fürdas Gleis 700 (ohne Wasser) und das Gleis 800(mit Wasser) gemittelt über alle Messquerschnitte

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