Picture of a moving train

Junaliikenteen aiheuttaman tärinän geotekninen mallinnus pehmeillä maapohjilla

Junaliikenteen aiheuttaman tärinän geotekninen mallinnus pehmeillä maapohjilla

Junaliikenteen aiheuttama tärinä on viime aikoina noussut suureksi ongelmaksi Suomessa ja varsinkin länsirannikon pehmeillä maapohjilla. Tärinä vaikuttaa haitallisesti asumismukavuuteen, mutta voi myös aiheuttaa vaurioita läheisiin rakennuksiin. 

Junaliikenteen aiheuttamaa tärinää selvitettiin Väyläviraston järjestämien koeajojen yhteydessä kesällä 2019. Tärinän lisääntymisen yksi mahdollinen syy on junien akselipainojen ja kokonaispainojen nousu. Suomi on nostanut sallittuja akselipainoja monilla rataosilla turvatakseen raideliikenteen kilpailukykyä. Yksi tärkeä osa raideliikennettä on raskas itäinen yhdysliikenne, jonka on havaittu aiheuttavan tärinäongelmaa pehmeillä maapohjilla.

Väylävirasto lähti selvittämään ongelmaa järjestämällä mittavat koeajot Kokemäki-Pori rataosalla kesällä 2019. Koeajojen testijunana käytettiin itäisen yhdysliikenteen hiilijunaa. Junan aiheuttamaa rataympäristön tärinää ja radan ilmiöitä monitoroitiin, jotta ongelman syyt olisi helpompi selvittää.

AFRY teki FEM-mallinnuksen tärinän kulkeutumisesta maaperässä. Tarkoituksena oli selvittää kaksiulotteisen mallintamisen mahdollisuuksia tärinäongelman ratkaisemisessa. Mallinnus keskittyi junaliikenteen aiheuttaman tärinän syntymisen ja siirtymisen mallintamiseen maaperässä. Mallin lähtötietoina käytettiin radasta mitattuja ilmiöitä, kuten pölkyn palautuvaa painumaa ja junan mitattuja akselipainoja sekä ympäristöstä tehtyjä pohjatutkimuksia.

Maaperällä ja jokaisella maakerroksella on oma ominaistaajuutensa, joka voi resonanssi-ilmiön vuoksi vahvistaa samalla taajuudella kulkeutuvaa värähtelyä. Mallinnuksen avulla pystytään selvittämään maaperän ominaistaajuutta täsmällisemmin kuin yksinkertaisimmilla laskentakaavoilla. Malli huomioi tarkemmin maalajien kerrospaksuuksien muutokset, kallionpinnan muutokset sekä maalajien ominaisuudet.

Projektissa saatujen tuloksien perusteella mallinnuksella voidaan yhdistää mitattu herätteen taajuus ja maaperän ominaistaajuuden laskenta ja tarkastella maaperän kykyä välittää tai vaimentaa tietyn kaluston tietyllä nopeudella aiheuttamaa värähtelyä. Mallinnuksessa saadut tulokset tutkimuskohteen maaperän kyvystä välittää junaliikenteen aiheuttamaa tärinää olivat linjassa mitatun tärinän kanssa.

Väylävirasto hyödynsi AFRYn, sekä tärinäkonsultin (Suomen Louhintakonsultit) ja Tampereen yliopiston tuloksia raideliikenteen aiheuttaman tärinän ymmärtämisessä ja rajoittamisessa. Tutkimuksen myötä Väylä sai lisätietoa ja ymmärrystä tärinän etenemisestä maaperässä sekä kaluston vaikutuksesta tärinäherätteenä.

Mallinnettu pölkyn liikkeen aiheuttamia tärinäaaltoja pehmeässä maaperässä

Ota yhteyttä

Antti Pelho, Designer, Road and Rail Engineering

antti.pelho@afry.com