Sporets trasé/Utfesting av linjen

__NUMBEREDHEADINGS__

INNLEDNING

Utfesting av linjen har som formål å registrere et spenningsnøytralisert helsveist spors ideelle beliggenhet og geometriske forløp i et ytre referansesystem. Dette skal utføres på en slik måte at resultatene er til nytte for kontroll og justering av sporets beliggenhet i ettertid.

Metoden skal gi en beskrivelse av sporets teoretiske beliggenhet. Ved senere kontroller registreres sporets faktiske beliggenhet i det samme referansesystemet. Tidligere registreringer av sporets faktiske beliggenhet benyttes for å overvåke sporets beliggenhet over tid.

Ved å sammenstille tilhørende verdier for sporets teoretiske og faktiske beliggenhet beregnes sporets avvik fra teoretisk beliggenhet. Verdiene benyttes, sammen med resultater fra målevognskjøring, for å vurdere om det er behov for justering av sporet og gir følgelig korreksjonsverdier ved sporjustering. Dette danner dermed utgangspunkt for rekonstruksjon av sporets teoretiske beliggenhet.

Utfesting skal i prinsippet gjennomføres på alle hovedspor i det offentlige jernbanenettet, men følgende steder prioriteres:

• Nye baner/linjeomlegginger
• Høyhastighetsbaner og baner med stor trafikkbelastning
• Strekninger som trafikkeres med krengetogsmatriell
• Strekningsavsnitt hvor det skal utføres operasjoner som kan influere på skinnenes nøytraltemperatur, f.eks. ballastrensing, svillebytte, skinnebytte, større baks/løft og helsveising.
• Strekningsavsnitt hvor det er registrert tendenser til solslyng, særlig hvor sporet ligger på fylling slik at en avsporing kan få store konsekvenser.

Utfestingsmetoder

Utfesting av linjen kan utføres på to måter:

• Varig utfesting av linjen - VUL
• Geodetisk varig utfesting av linjen - GVUL

Foruten nye baner/strekninger benyttes GVUL bare på K0-baner/strekninger (høyhastighetsbaner) og ved større linjeomlegginger. På de resterende baner benyttes VUL. I dette ligger det naturlig nok at GVUL er en langt mer nøyaktig og pålitelig utfestingsmetode enn VUL, noe vi skal gå nærmere inn på i de neste avsnittene.

Ytre referansesystem: geodetisk fastmerkenett

I forbindelse med etablering av VUL/GVUL på en strekning, skal det også etableres et geodetisk fastmerkenett langs hele strekningen. Dette utgjør det ytre referansesystemet sporets beliggenhet skal relateres til.

Fastmerkenettets oppbygning og kvalitet er avhengig av den aktuelle utfestingsmetoden. Dette blir nærmere beskrevet i avsnitt 6.

KILOMETRERING

Før vi går nærmere inn på beregningen av sporets beliggenhet vha. de ulike utfestingsmetodene og fastmerkenett, skal vi begynne i den andre enden med å beskrive kilometerangivelse på linjen. Fra tidligere av ble dette kalt kjeding eller pæling. En tok da et kjede på 10 m, plasserte det i passeråpningen og skrittet med passeren over hele den beregnede senterlinjen til sporet, hvor kjedets endepunkt ble merket av på senterlinjen hele vegen. For hver 5. eller 10. kjede ble kjedets nummer skrevet - det såkalte pælnummeret. Pælnummeret anga altså punktets avstand fra utgangspunktet i meter ved å multiplisere det med 10.

På samme måte er kilometer (km) en enkel posisjonsangivelse langs en banes trasé og benyttes til å stedfeste objekter langs denne, herunder alle karakteristiske trasépunkter (OB, OE, FOB, KP, FKP, HBP, LBP, SE). Kilometer angis i km med tre desimaler, dvs. på nærmeste hele meter. Kilometeren øker fra kilometreringens utgangspunkt. Der en ny eller ombygget bane møter en eksisterende bane eller der to baner med ulik kilometer samles, kan det oppstå et brudd i kilometreringen. Dette bruddet benevnes kjedebrudd.

Kilometer for objekter bestemmes ved å trekke normalen på bestemmende spors senterlinje og å tilordne samme kilometer for alt langs normalen. Når baner ligger i rimelig nærhet til hverandre, er kilometer felles, dvs. en normal går gjennom begge spor.

Videre skiltes kilometertall for hver halve km, normalt på egne kilometermerker. I tillegg skiltes det med mindre, laverestilte skilt for hver 100 m. Skiltene skal uansett være satt opp på nøyaktig meter.

Det er lett å se at grunnlaget for kilometrering som posisjonsangivelse ikke kan relateres til et geodetisk referansesystem, slik de to utfestingsmetodene gjør. Men for å registrere den faktiske beliggenheten til sporet, er det som regel også nødvendig med en nøyaktig kilometer på den aktuelle strekningen. Kilometerangivelsen relaterer seg til sporet, noe bl.a. målinger fra en målevogn også gjør.

VARIG UTFESTING AV LINJEN - VUL

Varig utfesting av linjen (VUL) er en metode med formål å definere og etablere sporets beliggenhet i et ytre referansesystem. Metoden baseres på at sporets teoretiske beliggenhet refereres som relativ beliggenhet i forhold til egne VUL-merker langs banen. Disse merkene koordinatbestemmes igjen fra et geodetisk fastmerkenett.

Resultatet av VUL er horisontal og evt. vertikal avstand mellom VUL-merkene og sporet, samt kilometrerte verdier for sporets karakteristiske trasépunkter (OB, OE, FOB, KP, FKP, HBP, LBP, SE). Kombinert med tilhørende traséparametre (radier, lengde på overgangskurver, overhøyder) danner denne informasjonen basis for kontroll og vedlikehold av sporets geometri. VUL/trasé-informasjonen forvaltes sentralt gjennom Banedatabanken og gjennom lokale registre.

VUL-merker

Langs sporet etableres VUL-merker som danner utgangspunkt for utfestingen. For å gjøre systemet mest mulig pålitelig må VUL-merkene gis mest mulig stabil forankring, helst fjell.

Det finnes to hovedtyper VUL-merker, ett for montering på vertikale flater og ett for montering på horisontale flater. Både sidemerket og toppmerket har et fast referansepunkt til bruk under utfestingen. Det horisontale merket er vist i figur 1, det vertikale i figur 2.

Figur 1 Horisonalt VUL-merke (for montering på søyle og lignende) Figur 2 Vertikalt VUL-merke (for montering på master etc.)

Plassering og montering

VUL-merkene er plassert i umiddelbar nærhet av sporet, dvs. avstanden fra VUL-merkene til spormidt bør være 3,0 - 4,5 m avhengig av de lokale forhold. Tabell 1 viser anbefalt innbyrdes avstand mellom VUL-merkene.

Tabell 1 Anbefalt avstand mellom VUL-merkene

Kurveradius [m]	< 200	200 - 300	300 - 400	400 - 500	500 - 600	600 - 700	> 700
Avstand [m]	30	35	40	45	50	55	60

På lange rettstrekninger kan imidlertid VUL-merkene med hell være plassert med opptil 250 m mellomrom, siden sikten ved geodetisk måling vil være god nok til det. I kurver er det en fordel om VUL-merkene er plassert på yttersiden av kurven. Horisontal og vertikal avstand fra VUL-merket til sporet (nærmeste skinne) vil som regel kunne variere fra merke til merke. Den vertikale avstanden kan likevel gjøres konstant fra merke til merke dersom det er ønskelig.

Figur 3 Plassering av VUL-merker på kontaktledningsmast, fjell og eget fundament.

På elektrifiserte strekninger er det ofte hensiktsmessig å plassere VUL-merkene på kontaktledningsmastene. Avstanden mellom VUL-merkene vil da avvike noe fra tabell 1. I tunneler og i fjellskjæringer er det likevel hensiktsmessig at VUL-merkene festes i fjell/betong, i og med at dette er en langt mer robust og pålitelig plassering. I begge tilfeller brukes VUL-merket for montering på vertikale flater (sidemerket). VUL-merkene er typisk plassert ca. 25 cm over skinnetopp til nærmeste skinne.

På kontaktledningsmaster av tre kan merkene festes med treskruer eller på annen hensiktsmessig måte. Hvis kontaktledningsmastene er av betong bør merkene festes med klammer. På kontaktledningsmaster av stål bør merkene festes med bolter eller nagler.

Når det lages hull i galvaniseringen av stålmaster, skal masten pensles/sprayes med galvazink-maling på det aktuelle stedet før VUL-merket festes. Etter at VUL-merket er festet skal bolt og boltehode, samt hullkanter, behandles på samme måte.

På ikke-elektrifiserte strekninger er det naturlig nok mest hensiktsmessig å feste VUL-merkene i fjell om mulig, ca 25 cm over skinnetopp til nærmeste skinne. Dersom feste i fjell ikke kan oppnås benyttes eget fundament. Fundamentene skal plasseres slik at de står stabilt og skal være forankret i telesikker grunn.

Normalt bør maksimalt 25 cm av fundamentet stikke opp over bakken for å unngå at fundamentet blir for høyt. Toppmerket festes på toppen av fundamentet. Dersom forholdene tilsier at høye fundamenter kan benyttes (ca 25 cm over skinnetopp til nærmeste skinne) kan sidemerke benyttes.

Nummerering

VUL-merkene er nummerert slik at de lett kan identifiseres. På elektrifiserte strekninger brukes mastenummeret, med prefiks “VUL-”, også som nummer på VUL-merkene. Dersom VUL-merket ikke er festet til masten, benyttes mastenummer for den nærmeste masten. I tillegg brukes bokstavene M, F og A som for å markere om merket er festet i mast, i fjell eller til andre objekt.

Eksempel:

VUL-1714M VUL-merke på mast nr 1714

VUL-1715F VUL-merke ved mast nr 1715, festet i fjell

VUL-1716A VUL-merke ved mast nr 1716, festet i annet enn mast/fjell

På ikke-elektrifiserte strekninger gis VUL-merkene egne 5-sifrede nummer, sammensatt av to deler: Kilometerangivelse (3 siffer) og fortløpende nummer innen hver km (2 siffer).

Eksempel:

313-01 VUL-merke nr. 1 på km 313

Koordinatbestemmelse

Alle VUL-merker som ikke er festet i fjell må koordinatbestemmes fra et geodetisk fastmerkenett, men det beste er om samtlige merker er koordinatbestemt. Som referanse for koordinatene benyttes midtpunktet på skjæringslinjen mellom horisontal og vertikal referanseflate på hvert VUL-merke. Hvert VUL-merke skal koordinatbestemmes med dobbeltmåling fra nærmeste fastmerke i det geodetiske fastmerkenettet som vist i fig. 4.

Figur 4 Koordinatbestemmelse av VUL-merker

Kravet til geodetisk kvalitet (maksimal deformasjon) for VUL-merkenes koordinater i forhold til det geodetiske fastmerkenettet er konstant lik 5 mm.

Sporets teoretiske beliggenhet

Som vi var inne på i avsnitt 2, må nøyaktig kilometer finnes for å kunne kartlegge sporets nåværende beliggenhet. VUL-merkene er blant de objektene som kilometreres.

Videre måles bl.a. pilhøyder (kurvatur) for å danne grunnlag for beregning av ny, teoretisk beliggenhet. Disse kan måles manuelt, men måles som regel med målevogn. Dermed blir pilhøydene også relatert til kilometer.

VUL-data

Den horisontale og vertikale avstanden mellom spor og VUL-merke (VUL-data) måles normalt umiddelbart før eller etter pilhøydemåling med en VUL-målestav. Målingene gjøres fra referansepunktet på VUL-merket til innerkant nærmeste skinne, 14 mm under sporplanet. Målingene utføres minst to ganger fra hvert VUL-merke og midles deretter. Maksimalt tillatt avvik mellom målingene er 5 mm.

Figur 5 Prinsippskisse: Måling av VUL-data med VUL-målestav

Av praktiske grunner velges ikke spormidt som referanse. Ved å velge kjørekanten, vil det som følge av sporutvidelse og skinneslitasje over tid bli en viss endring av sporets beliggenhet. Denne endringen kan imidlertid neglisjeres.

Baksekorridor

Før en ny, teoretisk beliggenhet kan beregnes, må vi kjenne baksekorridoren for den aktuelle strekningen. Baksekorridoren angir for hvert delavsnitt av sporet den maksimalt mulige bakseverdi til hver side, dvs. forskyvning i horisontalplanet på tvers av kjøreretningen. Verdiene fastsettes etter ulike vurderinger, og det er særlig følgende forhold det er viktig å ta hensyn til:

• dobbeltsporet strekning
• innskrenkninger i minste tverrsnitt
• smale fyllinger
• kontaktledningen
• faste bruer og brukar
• sporveksler
• plattformer
• planoverganger

På steder hvor faste gjenstander danner innskrenkninger i eller har liten klaring til minste tverrsnitt, bestemmes baksekorridorens størrelse på grunnlag av utførte profilmålinger eller egne målinger foretatt med mal, landmåling eller liknende. Referansepunkter i forbindelse med profilmålinger skal kontrolleres dersom det er usikkerhet om sporets beliggenhet i forhold til dem.

Beregning

Utarbeidelse av ny teoretisk beliggenhet vil ofte innebære en forskyvning/justering av eksisterende spor for å oppnå en gunstigere trasé. Med dette menes i alminnelighet en trasé med færre kurver, lengre overgangskurver og jevnere krumningsforløp gjennom kurvene.

Sporets nye teoretiske beliggenhet, dvs nye karakteristiske trasépunkter og traségeometri, beregnes på grunnlag av målte verdier i eksisterende spor. I tillegg beregnes avviket mellom nåværende beliggenhet og ny beliggenhet i form av justeringsverdier. Under arbeidet skal det tas hensyn til den fastsatte baksekorridoren.

Nye VUL-data beregnes ved å korrigere målte VUL-data med justeringsverdiene. De nye VUL-data definerer sporets nye teoretiske beliggenhet.

Sporets faktiske beliggenhet

Etter beregning av ny teoretisk beliggenhet justeres sporet etter denne. Rett før justeringen merkes alle karakteristiske trasépunkters type og beliggenhet i hht. den nye teoretiske beliggenheten. Dette gjøres både på selve skinnen (høyre skinne) og med sikrings/ orienteringsmerke til side for sporet. Evt gammel merking fjernes samtidig.

Avviket mellom målte VUL-data (faktisk beliggenhet) og beregnede VUL-data (teoretisk beliggenhet) må være innenfor kravene til nyjustert spor.

Registrering av sporets beliggenhet

Det nyjusterte (og nøytraliserte) sporets nye faktiske beliggenhet må måles inn fra VUL-merkene så snart som mulig etter justering. Sporets faktiske beliggenhet i forhold til teoretisk beliggenhet utregnes og dokumenteres.

De karakteristiske trasépunktene bør også koordinatbestemmes med overbestemmelse, helst med innmåling fra minst to forskjellige fastmerker i det geodetiske fastmerkenettet. Som referanse for koordinatene skal det da benyttes spormidt i grunnriss og laveste skinnestreng i høyde. Kravet til geodetisk kvalitet (maksimal deformasjon) for endelige koordinater i forhold til det geodetiske fastmerkenettet er, som for innmåling av VUL-merkene, 5 mm.

Kontroll av sporets beliggenhet

P.g.a. forskyvninger og spenninger som oppstår i sporet, må vi gjennomføre kontroller av den faktiske beliggenheten opp mot den teoretiske. En slik kontroll bør utføres en gang i året for alle kurver med radius < 400 m med tilhørende overgangskurver. Kurver med større radier bør også kontrolleres dersom vi av erfaring vet at det ofte er feil i sporgeometrien i disse kurvene.

Ved å tolke resultater fra målevognskjøringer kan vi i tillegg vurdere om det er ytterligere behov for registrering av sporets faktiske beliggenhet. Dersom målevognsresultatene ikke viser behov for tiltak i sporet, ansees det ikke som nødvendig å foreta ytterligere slike registreringer.

Selve kontrollen utføres med VUL-målestaven som beskrevet i avsnitt 3.2.1.

For store avvik mellom teoretisk og faktisk beliggenhet medfører sporjustering.

For å kontrollere sporets faktiske beliggenhet som beskrevet over, er det svært viktig å først kontrollere om VUL-merkene har endret beliggenhet. Denne kontrollen er helt avgjørende for VUL-systemets kvalitet, dersom VUL-merkene ikke er fundamentert til fjell. VUL-merkene måles inn fra et geodetisk fastmerkenett, og beliggenheten kontrolleres gjennom statistiske tester. I siste omgang må selve det geodetiske fastmerkenettet også kontrolleres, som beskrevet i avsnitt 6.

GEODETISK VARIG UTFESTING AV LINJEN - GVUL

Geodetisk varig utfesting av linjen (GVUL) har som formål å definere og etablere sporets beliggenhet i et ytre referansesystem. Metoden baseres på at sporets teoretiske beliggenhet defineres som en matematisk linjeberegning, koordinatfestet i et geodetisk fastmerkenetts referansesystem.

GVUL skal resultere i koordinatbestemt informasjon i grunnriss og høyde (tredimensjonalt) om sporets karakteristiske trasépunkter (OB, OE, FOB, KP, FKP, HBP, LBP, SE). Kombinert med tilhørende geometriparametre (radier, lengde på overgangskurver, overhøyder) danner denne informasjonen basis for kontroll og vedlikehold av sporets geometri.

Sporets teoretiske beliggenhet

Nye baner/større linjeomlegginger

På nye baner og ved større linjeomlegginger prosjekteres, stikkes og justeres sporets beliggenhet ut på grunnlag av en matematisk linjeberegning. Linjeberegningen gir tredimensjonalt koordinatbasert informasjon om karakteristiske trasépunkter i tillegg til traségeometrisk informasjon. Disse opplysningene adopteres som regel som sporets teoretiske beliggenhet.

Det kan imidlertid vise seg at prosjekteringsgrunnlaget (bakgrunnskartet etc.) ikke har tilstrekkelig kvalitet i forhold til det geodetiske fastmerkenettet eller de videre prosesser som skal gjøre bruk av GVUL-informasjonen. Dessuten kan det være at stikningsarbeidene ikke er basert på det geodetiske fastmerkenettets sikringspunkter, men fra et fastmerkenett av dårligere kvalitet. I slike tilfeller må derfor linjeberegningen og utstikningsarbeidene verifiseres på basis av målinger fra/til det geodetiske fastmerkenettet.

Dersom det avdekkes at linjeberegningen og/eller stikningsarbeidene ikke gir tilstrekkelig kvalitet i linjeføringen, må det utarbeides ny linjeberegning med utgangspunkt i ny innmåling av spor. Innmålingen skal gjøres med utgangspunkt i det endelige geodetiske fastmerkenettet langs banen. Nærmere beskrivelse av fastmerkenett finnes i avsnitt 6.

Eksisterende baner

Ved etablering av sporets teoretiske beliggenhet der denne i utgangspunktet er ukjent (eller ikke kjent med tilstrekkelig sikkerhet), er det ofte hensiktsmessig å korrigere sporet i forbindelse med etablering av GVUL på strekningen. For å etablere GVUL utføres registrering/innmåling av sporets nåværende beliggenhet. Dette skal igjen danne grunnlag for beregning av sporets nye teoretiske beliggenhet.

I stedet for innmåling av merker, som for utfesting med VUL, måles sporet inn direkte med utgangspunkt i et geodetisk fastmerkenett. Alle karakteristiske trasépunkter, stokkskinneskjøter, bakkant hovedspor/avvik skal måles inn.

I tillegg måles sporet inn for hver 10. meter. I krappe kurver og ved komplisert kurvatur bør sporet måles inn med noe kortere intervaller.

Figur 6 Innmåling av spor

Ved innmålingen måles enten begge skinnestrenger eller så benyttes metode/utstyr som gjør det mulig å registrere spormidt i grunnriss, laveste skinnestreng i høyde samt overhøyde. Geodetiske krav til registreringen er normalt som for registrering av VUL-merker konstant lik 5 mm, med unntak av K0-baner, der kravet er skjerpet til 3 mm.

I tillegg til sporet måles det også inn detaljer som kan komme i konflikt med minste tverrsnitt ved mindre sporjusteringer, f.eks. plattformkant, master, fjellskjæringer, tvangspunkter og tvangsnivåer mm. Eventuelle profilmålinger kan også være av interesse.

Ved hjelp av innmålte spor- og detaljpunkter utarbeides en linjeberegning for sporets nye beliggenhet. I likhet med VUL vil utarbeidelse av ny teoretisk beliggenhet ofte innebære en forskyvning/justering av eksisterende spor for å oppnå en gunstigere trasé, i alminnelighet en trasé med færre kurver, lengre overgangskurver og jevnere krumningsforløp gjennom kurvene.

Videre bør det etterstrebes minst mulig justering av sporets beliggenhet, og sporet bør få en enklest mulig kurvatur. I praksis innebærer dette at dimensjonerende traséparametre legges til grunn sammen med tredimensjonale, geodetiske koordinater i egnet programvare for linjeoptimalisering, der prosjektøren/brukeren fører en dialog med programmet.

Sporets faktiske beliggenhet

Til forskjell fra VUL, skjer langt mer av prosessen allerede i prosjekteringsfasen, i og med at all viktig traséinformasjon måles inn i forkant av linjeberegningen.

Rett før sporet justeres til sin nye teoretiske beliggenhet, skal tilsvarende merking som ved VUL (avsnitt 3.3) utføres.

Registrering av sporets beliggenhet

Det nyjusterte/nybygde (og nøytraliserte) sporets faktiske beliggenhet måles inn like etter justering/bygging. Fremgangsmåten er som ved måling av sporet foran den tekniske linjeberegningen (avsnitt 4.1.2), bortsett fra at vi som regel nøyer oss med å måle inn sporet for hver 20. m fra et geodetisk fastmerkenett. Avviket mellom teoretisk og faktisk beliggenhet utregnes/dokumenteres og må overholde kravene til nyjustert spor.

Kontroll av sporets beliggenhet

Tilsvarende som for strekninger med VUL, må vi gjennomføre kontroller av den faktiske beliggenheten opp mot den teoretiske med hensiktsmessige intervaller eller når det ellers vil være behov for det.

Kontroll bør utføres en gang i året for alle kurver med radius < 400 m med tilhørende overgangskurver. Kurver med større radier bør også kontrolleres dersom vi av erfaring vet at det ofte er feil i sporgeometrien i disse kurvene.

Ved å tolke resultater fra målevognskjøringer kan vi i tillegg vurdere om det er ytterligere behov for registrering av sporets faktiske beliggenhet. Dersom målevognsresultatene ikke viser behov for tiltak i sporet, ansees det ikke som nødvendig å foreta ytterligere slike registreringer.

Selve innmålingsprosedyren i kontrollen utføres som beskrevet i avsnitt 4.1.2 under “direkte, geodetisk innmåling”, med de krav til geodetisk kvalitet som gjelder der. For store avvik mellom teoretisk og faktisk beliggenhet medfører sporjustering.

Før kontroll av sporets beliggenhet kan utføres, må også det geodetiske fastmerkenettet kontrolleres for tilstrekkelig stabilitet og pålitelighet til GVUL-systemet. Dette gjelder hovedsakelig når fastmerker er plassert i løsmasser eller setningsømfintlig grunn. Se avsnitt 6 om fastmerkenett.

UTFESTING OG SPORJUSTERING

I de foregående kapitlene har vi sett på de to ulike utfestingsmetodene VUL og GVUL. Det går tydelig frem at GVUL innebærer en mer direkte og pålitelig fremgangsmåte og følgelig benyttes ved alle nyanlegg og større omlegginger.

Men ved kontroll av sporets beliggenhet, kan det synes som om de samme forutsetningene gjelder for begge utfestingsmetoder mht. hyppigheten og omfanget av slike kontroller. Forskjellen ligger derimot i resultatet av kontrollen: For strekninger utfestet med GVUL er kravene til avvik mellom teoretisk og faktisk beliggenhet langt strengere enn for strekninger for VUL. Nedenfor har vi for ordens skyld tatt med de grenseverdier som gjelder for sporjustering i Teknisk regelverk, der det går et klart skille mellom sporets vertikale og horisontale beliggenhet.

Høydebeliggenhet

På VUL-strekninger finnes ingen konkrete krav til høydebeliggenhet.

Ved utfesting med GVUL derimot gjelder følgende grenseverdier:

Tabell 2 Tillatt avvik i høydebeliggenhet ved utfesting med GVUL

Kvalitetsklasse	Hastighet (km/h)	Avvik i høydebeliggenhet (mm)
		Nyjustert spor	Vedlikeholdsgrende
K0	> 145	+10/-20	+20/-30
K1-K5	< 140	+30/-40	+50/-75

Tabell 2 angir maks. tillatt avvik i forhold til sporets teoretiske beliggenhet. De relativt små verdiene setter spesielle krav til utfestingen i en prosjekteringsfase. I og med at GVUL benyttes, har vi samtidig en bane der de geometriske kravene er høye, dvs. tillatte avvik fra et perfekt geometrisk forløp er små. For å oppnå en slik bane ved nyanlegg / større linjeomlegginger og ved ballastrens, må som regel strekningen gjennomgå flere maskinelle pakkinger. Dette vil som regel heve sporet hver gang, med det resultat at avviket fra den teoretiske beliggenheten fort blir altfor stort. I den fysiske delen av utfestingen må det derfor tas hensyn til de lokale forhold slik at sluttjustert spor får en gunstig høydebeliggenhet i forhold til den tekniske linjeberegningen. I mange tilfeller vil dette innebære å stikke ut sporet med lavere beliggenhet enn den linjeberegnede.

Men det kan også være aktuelt å legge sporet for høyt dersom det forventes store setninger i det aktuelle området.

Dersom avvikene ved en kontroll viser seg å være altfor store og det er brakt på det rene at sporjusteringen er opphavet til avvikene, kan det være mest hensiktsmessig å foreta en ny linjeberegning og dermed fastsette en ny, teoretisk beliggenhet.

Samtidig må det også tas hensyn til minste tverrsnitt. Dersom det er fare for konflikt vil minste tverrsnitt være bestemmende for sporets beliggenhet.

Sidebeliggenhet

Ved utfesting med VUL gjelder følgende grenseverdier:

Tabell 3 Tillatt avvik i sidebeliggenhet ved utfesting med VUL

Kurveradius (m)	Avvik i sidebeliggenhet (+/-mm)
- 350 m	15
350 - 500	20
500 - 750	30
750 -	40

Ved utfesting med GVUL gjelder følgende grenseverdier:

Tabell 4 Tillatt avvik i sidebeliggenhet ved utfesting med GVUL

Kvalitetsklasse	Hastighet (km/h)	Avvik i sidebeliggenhet (+/-mm)
		Nyjustert spor	Vedlikeholdsgrense
K0	> 145	20	30
K1-K5	125-140	40	60

Tabellene over angir maks. tillatt avvik i forhold til sporets teoretiske beliggenhet. Det kan se ut som om kravene til sidebeliggenhet ved utfesting med VUL er strengere i enkelte tilfelle, men kurvene med de minste radiene er ikke dimensjonert for så store hastigheter som GVUL-strekningene er trafikkert med. GVUL anvendes normalt ikke på K1-K5-baner som trafikkeres med hastigheter under 125 km/h.

Også i horisontalplanet må det tas hensyn til minste tverrsnitt. Ved fare for konflikt vil sporets beliggenhet være bestemt av minste tverrsnitt.

GEODETISK FASTMERKENETT

Det geodetiske fastmerkenettet er et selvstendig teknisk anlegg som skal tjene som en felles og uavhengig referanse ved bygging og vedlikehold av ulike banetekniske anlegg.

I det følgende vil en del terminologi fra geodesien være anvendt, bl.a. blir gjerne horisontale og vertikale referanser benevnt grunnriss og høyde. Ellers vises det til ordforklaringer/definisjoner i gjeldende Teknisk regelverk.

Fastmerkenettets oppbygning

Fastmerkenettet består av fastmerker delt inn i tre kategorier:

• sikringspunkt
• nivellementspunkt
• brukspunkt

Sikringspunktene er et hovednett i grunnriss (x-/y-koordinater) og knytter fastmerkenettet til et nasjonalt geodetisk grunnlag i grunnriss samtidig som det danner grunnlag for brukspunktene (grunnriss og høyde).

Nivellementspunktene er et hovednett i høyde (z-koordinater) og knytter fastmerkenettet til et nasjonalt geodetisk grunnlag i høyde samtidig som det sikrer høydeoverføring til sikringspunktene.

Brukspunktene er de fastmerkene som i første rekke blir benyttet ved landmålingsarbeid og knyttes til sikringspunktene.

Fastmerkene deles inn i fire klasser:

• ASikrings- og nivellementspunkt
• B1Brukspunkt - høy kvalitet
• B2Brukspunkt - middels kvalitet
• B3Brukspunkt - lav kvalitet

Et komplett fastmerkenett består av fastmerker i klasse A samt én av B-klassene (B1-B3). Hvilken av de tre B-klassene som velges er avhengig av ønsket nøyaktighet og pålitelighet. Som regel vil krav til utfesting av linjen/sporjustering være dimensjonerende. Tabell viser valg av kvalitetsklasse utfra de ulike utfestingsmetodene. Ved bruk av GVUL skilles det mellom K0-strekninger og øvrige strekninger.

Tabell 5 Valg av kvalitetsklasse

Kvalitetsklasse	Utfestingsmetode
	GVUL (K0)	GVUL (K1-K5)	VUL
A + B1	x
A + B2		x
A + B3			x

Etablering på nyanlegg

Å etablere et fastmerkenett innebærer å oppføre, koordinatbestemme og dokumentere alle oppførte fastmerker. Fastmerkenettets sikrings- og nivellementspunkter benyttes som grunnlag for stikningsarbeider på nyanlegg. Disse etableres derfor så tidlig i byggefasen som mulig. I den sammenheng må tas spesielt hensyn til at fastmerkene ikke forringes av, eller er til ulempe for, øvrige byggeaktiviteter.

Brukspunktene etableres senest i siste del av byggefasen (ved sluttjustering av sporet) før anlegget settes i drift.

Fysiske krav til fastmerkene

For hver av de ulike fastmerketypene er det stilt en del spesifikke, nødvendige krav for at de entydig skal kunne benyttes av brukerne og at nettet de inngår i skal kunne anvendes lettest mulig for måleoppgaver langs sporet.

Utforming og merking

Sikrings- og brukspunkt utformes og plasseres slik at en observatør enkelt kan sentrere måleinstrumentet i forhold til fastmerket og deretter utøve aktuelle observasjoner effektivt. Tabell 6 viser utforming og fundamentering av fastmerkene.

Tabell 6 Utforming og fundamentering av sikrings- og brukspunktene

Kvalitetsklasse	Fjell/betong	Løsmasse	Tunnel	Bru
A + B1	Søyle	Søyle (telesikker)	Søyle/tunnelmerke	Søyle/lokal tilpasning
A + B2	Bolt	Bolt i telesikkert fundament	Bolt/hylsemerke	Bolt/lokal tilpasning
A + B3	Bolt	Bolt i telesikkert fundament	Bolt/hylsemerke	Bolt/lokal tilpasning

Fastmerkene generelt fundamenteres til et så stabilt underlag som mulig, men sikringspunktene skal fortrinnsvis fundamenteres til fast fjell. På bruer tilstrebes en fundamentering og utforming av fastmerkene som er hensiktsmessig i forhold til bruas utforming. Tunnelmerker har avviserbøyler merket med refleks. Eksempler på utforming og fundamentering av fastmerker er vist i vedlegg i Teknisk regelverk: JD530 Kap. 13.b.

På søyler og tunnel-/hylsemerker etableres det en instrumentplate. I senter av platen skal det være en 5/8” UNC-skrue, der senter av skruen er grunnrissreferansen. Høydereferansen skal være en kul i ytterkanten av instrumentplaten, slik at entydig høyde sikres. På hylsemerker er imidlertid kulen som regel sløyfet p.g.a. for liten plass på instrumentplaten.

Ved bruk av bolt er det boltens sentrum (markert med kors eller tilsvarende i boltens topp) som er grunnrissreferansen, mens høydereferansen er topp bolt.

Nivellementsspunktene skal alltid være stabilt fundamentert, fortrinnsvis i fast fjell. Fundamentering i løsmasse skal bare forekomme dersom fast fjell ikke er tilgjengelig. Fastmerkene skal plasseres slik at observatør enkelt kan benytte nivellementutstyr og utøve aktuelle observasjoner effektivt.

Fastmerket etableres med særskilt bolt der høydereferansen er topp, bolt.

Regler for nummereringen av fastmerker er for Jernbaneverket som i Statens kartverks standard “Fastmerke-nummerering og fastmerkeregister”. Hvert fastmerke tildeles et fastmerkenummer med 11 tegn som fordeles slik:

4 siffer	kommunenummer
1 bokstav	institusjon
1 bokstav	punkttype
4 siffer	nummer
1 siffer	identifikator

Eksempel:

0211BT02540 → Vestby kommune, sikringspunkt (trekantpunkt) etablert av JBV, nummer 245, sentrumsmerke

Fastmerkenummeret angis på fastmerket, på metallskive eller på annen varig måte, slik at bruker på stedet kan forvisse seg om identiteten til fastmerket. En del fastmerker etablert av den tidligere infrastrukturdelen til NSB vil være merket på annen måte.

Sikrings- og nivellementfastmerker som etableres i umiddelbar nærhet av hverandre (ca 10 m) får normalt sammenfallende numre.

Tetthet og plassering

Generelt skal fastmerkenettet ha et tilstrekkelig antall fastmerker langs og omkring linjen for å dekke ulike behov for fastmerker over tid. Fastmerkene må ha en tetthet og plassering som i første rekke er formålstjenlig for dem som etablerer, kontrollerer og vedlikeholder sporets trasé. Samtidig må fastmerkene være til minst mulig sjenanse og plasseres slik at de ikke forringes under bygge- og vedlikeholdsarbeider. Tabell 7 viser anbefalt tetthet og plassering av fastmerkene.

Tabell 7 Anbefalt tetthet og plassering av fastmerker

Kvalitetsklasse	Sikringspunkt		Nivellementspunkt		Brukspunkt
	Avstand fra spor	Gjensidig avstand	Avstand fra spor	Gjensidig avstand	Avstand fra spor	Gjensidig avstand
A + B1	4-100 m	400-600 m	4-100 m	400-600 m	4-50 m	75-125 m
A + B2	4-100 m	800-1200 m	4-100 m	400-600 m	4-50 m	100-200 m
A + B3	4-100 m	1500-2000	4-100 m	400-600 m	4-50 m	150-250 m

Den gjensidige avstanden mellom fastmerker av samme kategori tilstrebes å være mest mulig jevn for å oppnå homogen geodetisk kvalitet i fastmerkenettet.

Sikringspunktene plasseres alltid slik at det kan utføres satellittobservasjoner for tilknytning til nasjonalt geodetisk grunnlag. Det vil i praksis si med en viss radius av åpent lende rundt seg, særlig i sydlig retning, siden de fleste satellittobservasjoner kan foretas mot sør.

Nivellementspunktene plasseres slik at de er lett tilgjengelige med presisjonsnivellementsutstyr. På strekninger der det er planlagt / etablert sikringspunkter, bør nye nivelleringspunkter etableres i nærhet av disse. Satellittobservasjoner gir ikke lik god høyde- som grunnrissnøyaktighet i målingene, og det er derfor en stor fordel å kunne knytte presise høydemålinger opp mot satellittobservasjonene uten å bruke for store måleressurser på det.

Brukspunktene bør søkes plassert annen hver gang på hhv. høyre og venstre side av sporet. I krappe kurver bør de imidlertid plasseres på yttersiden, i og med at de på innersiden av kurven innenfor kurven lett vil falle ut av sikte. Videre skal brukspunktene gis en plassering som minimum sikrer gjensidig sikt til foregående og etterfølgende fastmerke. Det bør ikke være mer enn 10 brukspunkter mellom to etterfølgende sikringspunkter.

Fastmerkene skal helst være plassert på jernbanens grunn. Dette gjelder spesielt brukspunkter i alle kvalitetsklasser (for å sikre lett tilgjengelighet fra sporet), men også sikringspunkter som etableres som søyler (for å unngå søyler på annen manns grunn).

Ved plassering av fastmerker må det tas hensyn til at målepersonell og måleutstyr ikke kommer nærmere kjøreledningen enn tillatt i gjeldende regler for el-sikkerhet.

Fastmerkenettet kan gis en annen utforming enn det som er beskrevet over, f.eks. i lange tunneler. Likevel skal det sikres at de geodetiske kvalitetskravene i avsnitt 6.4.2 og 6.4.3 tilfredsstilles. Dette kan utføres gjennom geodetiske simuleringer.

Geodetiske krav til nettet

Geodetiske referansesystemer

Et krav til det referansesystemet som skal benyttes for fastmerkenettet er at det fungerer som referanse både på et nasjonalt og et regionalt nivå. Jernbaneverkets fastmerkenett må kunne knyttes entydig og effektivt opp mot sentrale, globale referansesystemer, i tråd med globalt refererte satellittobservasjoner.

I horisontalplanet benyttes i dag én av to kombinasjoner av datum og kartprojeksjon (til sammen et referansesystem):

• EUREF89/UTM (Universal Transversal Mercator/Gauss-Krüger)
• Norsk datum/modifisert Gauss-Krüger (også kalt system NGO 1948)

Der det er mulig, benyttes alltid referansesystemet EUREF89/UTM. Kun dette systemet har fullstendig global gyldighet direkte. I dag finnes overordnede nett nasjonalt og en rekke mer detaljerte nett på bl.a. kommunalt nivå med denne referansen, og på sikt vil de fleste grunnlagsnettene fra lokalt til nasjonalt nivå ha denne referansen.

System NGO 48 er et norsk system og kan med dagens programrutiner enkelt transformeres til en global referanse og omvendt. Men det overordnede fastmerkenettet i system NGO 1948 er i stor grad beheftet med tildels store deformasjoner og foretrekkes derfor normalt ikke.

Videre finnes det en rekke lokale referansesystemer, men disse blir aldri benyttet. I geodetisk sammenheng er banenettet et teknisk anlegg med stor utstrekning som forlanger en entydig, ytre referanse overalt på hele nettet.

I vertikalplanet er situasjonen imidlertid noe annerledes. Satellittobservasjoner, som nettopp benyttes for å øke nøyaktighet og kvalitet ved geodetiske beregninger, gir ikke samme nøyaktighet i høyde som i grunnriss. Derfor benyttes presisjonsnivellement i tillegg til andre målinger for å oppnå en god høydenøyaktighet.

Som vertikalt referansesystem benyttes derfor et nasjonalt datum/system:

• NN 1954 (Normalnull 1954)

I dette systemet inngår også systemet NNN57 (Nord-norsk null 1957), som tidligere bare gjaldt høyder i den nordligere delen av Norge.

Som for horisontale referansesystem gjelder at lokale system aldri benyttes.

Geodetisk kvalitet i grunnriss

Som mål for geodetisk kvalitet i grunnriss brukes vinkelfeil og målestokkdifferanser mellom tre fastmerker, som definert i tabell 8.

Tabell 8 Kombinasjon av fastmerker for måling av geodetisk kvalitet

Interessepunkt	Tilsluttende punkter
sikringspunkt	to vilkårlige fastpunkter
brukspunkt	foregående + etterfølgende fastmerker
brukspunkt	foregående + etterfølgende sikringspunkter

Nivellementspunkt er normalt ikke interessant å kvalitetsteste i grunnriss.

To feilkilder er tatt i betraktning:

• k - konstant, punktrelatert feil (sentreringsfeil mm)
• p - variabel, avstandsrelatert feil (konstant for alle vinkler og målestokkdifferanser)

For to linjer s₁ og s₂ mellom et punkt (P₃), også kalt interessepunkt, og to vilkårlig andre punkter (P₁ og P₂) med innbyrdes avstand s₃, blir grenseverdien Δ for vinkelfeil og målestokkdifferanse i P₃ beregnet etter følgende formel:

$\Delta ={\sqrt {p^{2}+{\frac {s_{1}^{2}+s_{2}^{2}+s_{3}^{2}}{s_{1}^{2}+s_{2}^{2}}}k^{2}}}$

der = grenseverdi i ppm (parts per million)

k =punktrelatert feil i mm

p =avstandsrelatert feil i ppm

s₁,s₂,s₃ =sidelengder i km

Figur 7 Prinsippskisse for beregning av vinkelfeil og målestokkdifferanse

Verdiene for k og p velges ut fra kravet som stilles til fastmerkenettet utfra kvalitetsklasse (A+B1, A+B2 eller A+B3), vist i tabell 9.

Tabell 9 Krav til geodetisk kvalitet i grunnriss

Fastmerkeklasse	Geodetisk kvalitet i grunnriss
	p (ppm)	k (mm)
A	10	10
B1	0	5
B2	0	10
B3	0	15

Kravene i tabellen gjelder også om det ikke er målt mellom punktene. Grenseverdien vil variere fra interessepunkt til interessepunkt og mellom ulike par av sider. Kravene angir øvre grense/toleranse for feil ved feilslutnings-sannsynlighet lik 0.05.

Geodetisk kvalitet i høyde

kvalitetsmålSom mål for geodetisk kvalitet i høyde brukes feil i høydeforskjell mellom to fastmerker, nærmere definert i tabellen:

Tabell 10 Kombinasjon av fastmerker for måling av geodetisk kvalitet i høyde

Interessepunkt	Tilsluttende punkter
sikrings-/nivellementspunkt	ett vilkårlig fastmerke
brukspunkt	foregående/etterfølgende fastmerke
brukspunkt	foregående/etterfølgende sikringspunkt

På samme måte som i grunnriss er to feilkilder tatt i betraktning:

• k - konstant, punktrelatert feil (feil i instrument/antennehøyde mm)
• p - variabel, avstandsrelatert feil (multipliseres med skråavstander mellom punktene)

For en skrålinje l mellom to punkt (P₁ og P₂) blir grenseverdien Δ for feil i høydeforskjell mellom punktene beregnet etter følgende formel:

$\Delta ={\sqrt {p^{2}+{\frac {2k^{2}}{l^{2}}}}}$

der =grenseverdi i ppm

k =punktrelatert feil i mm

p =avstandsrelatert feil i ppm

l =skråmålt avstand i km

Verdiene for k og p velges ut fra kravet til nettet, vist i tabell 11.

Tabell 11 Krav til geodetisk kvalitet i høyde

Kvalitetsklasse	Geodetisk kvalitet i høyde
	p (ppm)	k (mm)
A	5	5
B1	0	3
B2	0	5
B3	0	10

Kravene gjelder også om det ikke er målt mellom punktene eller målt via omveier, for eksempel ved nivellement. Grenseverdien vil variere fra punktpar til punktpar, og skal gjelde som øvre grense/toleranse for feil ved feilslutningssannsynlighet lik 0.05.

Målinger

Sikringspunktene koordinatbestemmes med satellittobservasjoner i grunnriss (GPS, GLONASS eller tilsvarende) og presisjonsnivellement i høyde.

I grunnriss knyttes hvert sikringspunkt direkte til minst to fastmerker i nasjonalt, geodetisk grunnlag. Som hovedregel skal tilknytningen gjøres til såkalt Stamnett/Landsnett, men dersom spesielle praktiske forhold tilsier det, kan gammelt nasjonalt geodetisk horisontalt grunnlag (1.-4. orden) benyttes. Videre knyttes hvert sikringspunkt i første omgang direkte til foregående og etterfølgende sikringspunkt. Ytterligere målinger skal gjennomføres dersom det er nødvendig for å tilfredsstille kvalitetskravene i avsnitt 6.4.2.

Figur 8 Målekonfigurasjon i grunnriss for sikringspunkter

I høyde knyttes hvert sikringspunkt til minst to fastmerker i nasjonalt geodetisk grunnlag og/eller Jernbaneverkets egne nivellementspunkter.

Nivellementspunkter koordinatbestemmes med uavhengig dobbelmålt presisjonsnivellement i høyde. Som grunnlag benyttes Statens kartverks nivellementspunkter, evt. Jernbaneverkets egne nivellementspunkter.

Det kan også være en stor fordel å koordinatbestemme nivellementspunkter i grunnriss, f.eks. ved polar innmåling fra sikrings- eller brukspunkter.

Brukspunktene koordinatbestemmes i både grunnriss og høyde med utgangspunkt i sikringspunktene. Målingene bør utføres som uavhengig dobbelmålt polygondrag. Andre målemetoder kan benyttes, men de geodetiske kvalitetskravene gitt i avsn. 6.4.2 og 6.4.3 må tilfredsstilles. Geodetiske simuleringer vil ofte være nødvendig for å klarlegge nødvendig måleomfang. I lange tunneler uten tilknytning til sikringspunkter vil også fagverksmålinger være aktuelt.

Figur 9 Målekonfigurasjon for brukspunkter

Figur 7 Målekonfigurasjon for brukspunkter

Beregninger

Beregning starter normalt med sikrings- og nivellementspunktene, siden brukspunktene beregnes med utgangspunkt i sikringspunktene.

Etter endte målinger skal feilsøking etter grove feil i observasjonsmaterialet utføres. Kassering av målinger tillates bare etter fri utjamning og suksessivt etter statistisk test. Kassering etter største utjamningskorreksjon er ikke akseptabel fremgangsmåte.

Hvis ikke grunnlaget er av overlegen kvalitet eller testet tidligere, utføres en grunnlagstest. En vanlig fremgangsmåte er å sammenligne feilkvadratsummen fra fri og tvungen utjamning. Er det få eller ingen overbestemmelser ved fri utjamning kan det testes mot antatt middelfeil, forutsatt at denne er godt kjent og kan dokumenteres. Slår testen ut må grunnlagspunkter forsøksvis fristilles, evt. tilleggsukjente innføres, inntil testen passeres. Gamle koordinatverdier skal likevel beholdes med mindre endringene innebærer en signifikant forbedring. Tilleggsukjente skal kun innføres hvis disse er signifikante.

Analyse av fastmerkenettets geodetiske kvalitet skal utføres. Nøyaktighetsangivelse ved punktmiddelfeil o.l. er ikke tilstrekkelig. Kvalitetsanalysen må ta hensyn til at målingene kan inneholde grove feil av varierende størrelse avhengig av hvor godt målingene kontrollerer hverandre i nettet. Mulig deformasjon som følge av skjulte feil beregnes, sammenholdes med kravene i avsn. 6.4.2 og 6.4.3 og dokumenteres.

Til slutt kan endelig beregning av fastmerkenes koordinater og evt. tilleggsukjente foretas, normalt gjennom utjevning ved minste kvadraters metode.

Kontroll av fastmerkenettet

Til nå har vi gjennomgått hva som forlanges av fastmerkenettet mht. utforming, nøyaktighet og kvalitet. For å kunne opprettholde alle de krav som er stilt, må det geodetiske fastmerkenettet vedlikeholdes. Det vil i praksis si at beliggenheten må overvåkes og fastmerkene ettersees. Uten en slik kontroll kan vi ikke sikre en effektiv og presis bruk av nettet.

Men en kontroll behøver ikke alltid å være like omfattende. I det følgende skal vi sondere mellom noen ulike grader av kontroller.

Rutinekontroll

Fastmerkenes beliggenhet i forhold til nabofastmerkene kontrolleres hver gang de blir benyttet. Denne kontrollformen benevnes gjerne redusert kontroll, siden vi kun sjekker de mest nærliggende fastmerkene. I første rekke gjelder dette fastmerker som ikke er fundamentert til fjell. Kontrollen skal omfatte deformasjonskontroll i grunnriss og høyde (målestokk, vinkler og høydeforskjell).

Dersom en eller flere av deformasjonene overstiger de geodetiske kravene gitt i avsnitt 6.4, skal det iverksettes en såkalt fullstendig kontroll av fastmerkenettet i det aktuelle området.

Dersom målinger i fastmerkenettet indikerer deformasjoner over grenseverdiene, gjennomføres fullstendig kontroll i det aktuelle området. Dette innebærer i første rekke nymåling av brukspunkter med tilknytning til sikringspunkter med sikker fundamentering. Dersom et eller flere sikringspunkter er plassert i løsmasser, så må også den faktiske beliggenheten av disse kontrolleres ved måling relativt sikringspunkter forankret til fjell og/eller relativt overordnet geodetisk grunnlag.

Nettet kontrolleres ved målinger og beregninger som beskrevet over.

Behovsbetinget kontroll

Dersom et eller flere fastmerker er plassert i spesielt setningsømfintlig grunn eller på annen måte er utsatt for ekstreme ytre belastninger, så må vi vurdere en hyppigere inspeksjonsfrekvens enn hva som er angitt i avsnitt 6.5.

LITTERATURHENVISNINGER

1. Jernbaneverket – Overbygning – Prosjektering, Teknisk regelverk JD 530 (01.01.99)

1. Jernbaneverket – Overbygning – Bygging, Teknisk regelverk JD 531 (01.01.99)

1. Jernbaneverket – Overbygning – Vedlikehold, Teknisk regelverk JD 532 (01.01.99)