4. Raitiotieradan suunnittelu

Ihanteellinen raitiotie on suora ja tasainen. Koska tämä ei yleensä ole mahdollista, tulee raitiotien geometria suunnitella siten, että tarvittavat kaarteet ohjaavat vaunua kulkemaan mahdollisimman turvallisesti, nopeasti, mukavasti ja raidetta sekä kalustoa kohtuuttomasti rasittamatta.

Geometrian mitoitusarvot perustuvat pääosin BOSTrab TRStrab Routing -ohjeeseen. Tarvittavat mitoitusarvojen laskentakaavat löytyvät kyseistä ohjeesta, eikä niiden laskemista ole esitetty tässä ohjeessa. Suunniteltavan geometrian on mahdollistettava riittävät pysähtymisnäkemät raiteella. Geometrian suunnittelijan on hyödyllistä perehtyä tarkemmin myös raitiovaunuihin ja kisko-pyörä-kontaktiin.

4.1. Nopeus

4.1.1. Raitiovaunun nopeus

Yksi keskeisistä raidegeometrian suunnittelutavoitteista on luoda edellytykset mahdollisimman suurelle raitiovaunun keskinopeudelle. Suuret keskinopeudet tarkoittavat lyhyitä matka-aikoja, jotka lisäävät raitiovaunun houkuttelevuutta kulkumuotona ja mahdollistavat merkittäviä kustannussäästöjä operoinnissa, kun vaunuja ja kuljettajia tarvitaan vähemmän.

Vaunujen keskinopeutta heikentävät eniten pysähdykset ja matalat nopeudet. Korkeat nopeudet (50+ km/h) tietenkin parantavat keskinopeutta, mutta tarpeettomien pysähdysten ja matalien nopeuksien välttämisen vaikutukset keskinopeuteen ovat paljon suurempia. Liikennesuunnittelun tavoitteena on, että vaunu pysähtyy ainoastaan pysäkeillä. Tätä tuetaan sekaliikenneosuuksien ja tasoristeämien määrän minimoinnilla ja liikennevalo-etuuksilla.

Raitiotiepysäkit vaikuttavat merkittävästi ajoaikaan. Yhteen pysäkkipysähdykseen kuluu aikaa noin 20-45 sekuntia, joka sisältää jarrutuksen sekä kiihdytyksen, joihin aikaa kuluu nopeustasosta riippuen 7-20 sekuntia sekä itse pysähdyksen, joka kestää matkustajamäärästä riippuen 15-25 sekuntia.  Tästä syystä pysäkkiväli tulee pyrkiä pitämään kohtuullisena.

Nopeuden lisäksi matkustusmukavuuden kannalta tavoitteena on, että kulkusuunnassa pysäkkien välillä on yksi tasainen kiihdytys ja yksi jarrutus. Näiden välillä vaunu rullaa tasaisesti, vähitellen hidastuen. Matalasta vierintävastuksesta johtuen vaunua ajetaan siten, että tehoa käytetään nopeuden ylläpitoon vain ylämäessä. Jos pysäkkivälillä on ylimääräinen esimerkiksi jyrkästä kaarteesta johtuva nopeusrajoitus, matkustusmukavuuden heikkenemisen lisäksi ajoaika ja energiankulutus kasvavat. Lyhyiden paikallisten nopeusrajoitusten negatiivista vaikutusta ajoaikaan vahvistaa huomattavasti vielä se, että vaunu täytyy ajaa kaarteen läpi hitaampaa nopeutta koko vaunun matkalta, eli 10 metrin pitkä kaarre aiheuttaa tosiasiassa vaunulle, joka on 47 metriä pitkä, 57 metrin mittaisen nopeusrajoitusalueen. Jos pysäkkien välille tulee kaarre, joka aiheuttaa paikallisen nopeusrajoituksen, tulee kaarre suunnitella mahdollisimman loivaksi. Kulkumukavuutta ja -nopeutta parantaa pakollisen jyrkän kaarteen sijoittaminen lähelle pysäkkiä eikä pysäkkien puoliväliin.

4.1.2. Nopeuden mitoitus

Vaunun tavoitenopeus geometriasuunnittelun kannalta on lähtökohtaisesti katualueella 50 km/h ja omalla väylällä kuljettaessa 70 km/h. Katualueella raitiovaunun ja muiden kulkumuotojen ristetessä tasossa vaunun nopeus saa olla enintään 40 km/h, mutta geometriasuunnittelun kannalta on hyvä varautua myös 50 km/h nopeuteen. Tätä suuremmissa nopeuksissa tulee pyrkiä aina risteämiseen muiden kulkumuotojen kanssa eri tasossa. Sekaliikennekaistoilla nopeusrajoitus on sama kuin ajoneuvoliikenteellä. Tampereella käytettävät staattisilla merkeillä määrättävät nopeusrajoitukset ovat 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60 ja 70 km/h. Tampereen raitiotien osien 1 ja 2 nopeusrajoitukset on esitetty rataverkon kuvauksessa.

Raitiotien suunnittelussa raitiovaunun nopeuden muutoksen arvona käytetään lähtökohtaisesti 0,8 m/s², joka on matkustajille mukavana pidettävä kiihtyvyys ja hidastuvuus raiteen suuntaisesti. Turvallisuuden kannalta suurin sallittava nopeuden muutos on 1,2 m/s², jota käytettäessä matkustajat, jotka seisovat pysyvät pystyssä, kun saavat kädellä tukea. Käytännön ajossa pyritään käyttämään kiihdytystä 0,8 m/s² ja tarvittaessa voidaan käyttää maksimikiihtyvyyttä 1,2 m/s², jos aikataulussa tulee kirimistarvetta. Poikkeustilanteissa, välittömästi uhkaavan törmäyksen estämiseksi, vaunulla voidaan tehdä hätäjarrutus, jonka arvot on esitetty luvussa 5.1.6.

Nopeus [km/h]1520253040506070
Kiihdytysmatka [m] (a = 0,8 m/s2)1119304477121174236
Kiihdytysmatka [m] (a = 1,2 m/s2)71320295280116158
Taulukko 4.1.2 Matka, joka vaunulla kuluu kiihdyttäessä eri nopeuksiin.

Koska raitiovaunua ajetaan näkemällä, raitiovaunun nopeusrajoituksen tulee olla sellainen, että esteen nähdessään raitiovaunun kuljettaja pystyy tarvittaessa hidastamaan turvallisesti. Raitiovaunun geometria, esimerkiksi kuperat pyöristyskaaret, tulee suunnitella siten, että ne eivät rajoita pysähtymisnäkemää. Pysähtymisnäkemät sekä näkemät risteyksissä on esitelty luvussa 5.5.

4.2. Raiteen vaakageometria

4.2.1. Elementin pituus

Matkustusmukavuuden kannalta suositeltava pituus sekä suoralle että kaarteelle on mahdollisimman pitkä. Normaaliarvon minimi suoran ja kaarteen pituudelle on matka, jonka ajamiseen kestää vähintään kaksi sekuntia. Kaarteille arvon voi laskea sille elementin pituudelle, joka suorien välissä olisi pelkällä ympyräkaarella ilman klotoideja. Poikkeuksena ovat selvästi lyhyemmät ja loivat kaarteet, joilla mukaudutaan pieniin kadun suuntauksen muutoksiin.

Jyrkissä S-kaarteissa kalusto asettaa vaatimuksia kaarteiden välisen välisuoran pituudelle, jotka käsitellään luvussa 4.2.4.

4.2.2. Kaarteet

Vaakakaarteita suunnitellaan mahdollisimman vähän ja ne pyritään suunnittelemaan loiviksi. Kaarteiden välisiä lyhyitä suoria tulee välttää. Samansuuntaisilla kaarteilla tulee välisuoran sijaan pyrkiä käyttämään korikaarta, mielellään klotoidin kanssa. Jyrkkiä (R < 100 m) kaarteita tulee välttää aina kun se on mahdollista. Jyrkissä kaarteissa kisko ja pyörä kuluvat nopeasti, kisko-pyörä-kontaktista syntyy melua ja ajonopeudet jäävät mataliksi. Kaarresäteen minimi on R = 25 m. Jyrkät kaarteet on suositeltavaa suunnitella kiintoraiteena rakentamisen ja kunnossapidon haasteiden vuoksi. Jyrkissä sepeliraiteen kaarteissa tulee selvittää tarve kiskoankkuroinnille hellekäyräriskin minimoimiseksi.

Vaakakaarteissa suurimmat sallitut nopeudet määräytyvät sivukiihtyvyydestä. Määräävinä kriteereinä ovat matkustusmukavuus ja seisovien matkustajien turvallisuus. Suositusarvo sivukiihtyvyydelle on 0,2 m/s², jossa matkustaja vielä tuntee kaarteeseen ajon, mutta se ei liikuta matkustajaa.  Normaaliarvo on vähintään 0 m/s² ja enintään 0,65 m/s².  Taulukossa 4.2.2 on esitetty sallitut kaarresäteet eri nopeuksilla ja sivukiihtyvyyden arvoilla (0,2 m/s², 0,65 m/s² ja 0,98 m/s²) kallistamattomassa kaarteessa.

Nopeus [km/h]1520253040506070
Kaarresäde suositus [m] (0,2 m/s2)90150240350600100014001900
Kaarresäde minimi [m] (0,65 m/s2)275075110190300430590
Kaarresäde ääriarvo [m] (0,98 m/s2)25325071126197284386
Taulukko 4.2.2 Sallitut kaarresäteet eri nopeuksilla ja sivukiihtyvyyksillä kallistamattomassa kaarteessa.

Sivukiihtyvyyden ääriarvoja ovat alle 0 m/s² ja enintään 0,98 m/s². Välille 0,65…0,98 osuvia sivukiihtyvyyksiä voidaan käyttää esimerkiksi, jos tavoiteltava nopeusrajoituksen tasaluku aiheuttaa kyseiselle välille osuvan sivukiihtyvyyden ja etenkin, jos kyseinen kaarre rajoittaa pysäkkivälin ajoaikaa merkittävästi. Negatiivisia sivukiihtyvyyksiä voi tulla ainoastaan kallistetuissa kaarteissa, ja sellainen voidaan hyväksyä poikkeustilanteessa, jos kaarteen alussa tai lopussa ollaan kiihdyttämässä ja kallistuksen myötä sivukiihtyvyys on hetkellisesti negatiivinen, mutta nopeutta ei kannata rajoittaa koko kaarteen matkalla.

Raideosuuksilla, joissa ei ole kaupallista liikennettä, on jyrkkäpiirteisempi geometria hyväksyttävämpää, koska matkustajamukavuus ei ole ongelma. Etenkin varikoilla minimisäteisten kaarteiden käyttö on usein välttämätöntä.

4.2.3. Siirtymäkaaret kallistamattomissa kaarteissa

Kallistamattomissa kaarteissa suoran ja kaarteen välille pyritään aina suunnittelemaan siirtymäkaari. Siirtymäkaarena käytetään klotoidia. Siirtymäkaaren vähimmäispituus mitoitetaan sivukiihtyvyyden muutoksen eli nykäyksen perusteella. Nykäys riippuu sekä kaarresäteestä että käytettävästä nopeudesta. Nykäyksen suositusarvo on alle 0,3 m/s³. Normaali- ja ääriarvo on enintään 0,67 m/s³. Nykäys kannattaa laskea aina tapauskohtaisesti, koska sen suuruus riippuu sekä kaarresäteestä että vaunun nopeudesta.

Klotoidin suositeltava pituus on aina vähintään 10 metriä. Klotoidi voi olla suositeltua vähimmäisarvoa pidempikin. Selvästi pidempi klotoidi on toimiva ratkaisu myös tilanteissa, joissa tarvitaan jyrkkä kaarre, mutta halutaan mahdollisimman kapea raideväli kaarteen jälkeiselle suoralle. Taulukossa 4.2.3 on esitetty yleisiä siirtymäkaaren suositus- ja vähimmäispituuksia erisäteisiin kaarteisiin ja nopeuksiin kallistamattomissa kaarteissa.

Kaarresäde [m]255075100200300450600
Nopeus [km/h]1520253040506070
Klotoidin suositeltava pituus [m]1011152025303540
Klotoidin vähimmäispituus [m]1010101011141620
Taulukko  4.2.3 Klotoidin pituuden raja-arvoja tyypillisillä kaarteilla eri nopeuksilla.

Klotoidia ei tarvita hyvin loivissa kaarteissa, jos R > 3000 m tai jos klotoidin vähimmäispituus on <0,01 R. Poikkeustilanteissa siirtymäkaaren voi mitoittaa lyhyemmäksi kuin 10 metriä tai jättää pois kokonaan tilan ahtauden vuoksi. Tällaisissa tilanteissa voidaan nykäyksen laskea kohdistuvan “virtuaalisen klotoidin” 7,6 metrin pituiselle matkalle, joka on Tampereen raitiovaunun teliväli.

4.2.4. S-kaarteet

S-kaarteiden käyttöä tulee välttää yleisesti ja erityisesti jyrkkien S-kaarteiden. Käytettäessä S-kaarteita, jos normaaliarvoa välisuoran pituudelle ei saavuteta, tulisi kaarteiden välissä olla vähintään 10 metrin mittainen suora. Jos suora on lyhyempi, ei sitä voida ottaa huomioon sallittavan nykäyksen laskemisessa. Tällöin nykäys pitää laskea erisuuntaisten kaarresäteiden käänteisarvojen summasta.

Ääriarvona erittäin ahtaissa kadunkulmissa tai mahdollisesti varikolla voidaan S-kaarteissa välisuora jättää pois, jos molempien kaarteiden säde R ≥ 40 m. Vähintään toisen kaarresäteen ollessa R < 40 m asettaa kalusto vaatimuksen välisuoran vähimmäispituudelle taulukon 4.2.4 mukaisesti.

Kaarteiden säteet25 ≤ R₁ < 27,527,5 ≤ R₁ < 3030 ≤ R₁ < 3535 ≤ R₁ < 40R₁ ≥ 40
25 ≤ R₂ < 27,510,010,010,010,010,0
27,5 ≤ R₂ < 3010,06,06,05,55,0
30 ≤ R₂ < 3510,06,04,03,53,0
35 ≤ R₂ < 4010,05,53,51,51,0
R₂ ≥ 4010,05,03,01,00,0
Taulukko 4.2.4  Erisuuntaisten kaarien väliin tarvittavan välisuoran vähimmäispituus.

4.2.5. Kaarteen kallistukset

Kallistamalla raidetta nostamalla ulkokaarteen puoleista kiskoa, voidaan kaarteissa ajaa lujempaa. Kallistettujen kaarteiden käyttö on suositeltavaa etenkin suurilla nopeuksilla ja sepeliraideosuuksilla, mutta kallistuksia voidaan toteuttaa myös katualueella omalla kaistallaan olevilla kiintoraideosuuksille. Sekaliikennekaistoilla ja liittymäalueilla raiteen kallistusta voidaan käyttää vain harvoin, jos se sopii sekä ajoneuvo- että raitiovaunuliikenteen vaatimuksiin. Kallistetun kaarteen täyskallistetun osuuden minimipituus kallistusviisteiden välissä on vähintään 12 m, ettei vaunu kierry useaan eri suuntaan yhtä aikaa.

Hyväksyttävät sivukiihtyvyyden raja-arvot kallistetuissa kaarteissa ovat samat kuin kallistamattomilla kaarteilla. Suurin sallittu kallistuksen määrä on 150 mm sepeliraiteella ja 100 mm kiintoraiteella omalla kaistallaan ja 60 mm sekaliikennealueella ja kallistus lasketaan kiskojen kulkupintojen väliselle 1500 mm etäisyydelle. Täten lisäämällä kallistusta 15 mm saadaan kompensoitua sivukiihtyvyyttä 0,1 m/s². Kallistetut kaarteet kannattaa mitoittaa kaarrekohtaisesti, koska mitoitusarvot riippuvat kaarresäteestä, nopeudesta ja kallistuksesta. Kallistuksia suunniteltaessa tulee ottaa huomioon se, kuinka todennäköisesti kaarteessa ajetaan tavoitenopeutta hitaammin, ja pyritään välttämään negatiiviset sivukiihtyvyydet. Taulukoissa 4.2.5 a) – c) on esitetty tyypillisiä kallistettujen kaarteiden sivukiihtyvyyksiä eri nopeuksilla, kaarresäteillä ja kallistuksilla.

Nopeus [km/h]253040506070
Kaarresäde suositus [m] (0,2 m/s²)90130230370530720
Kaarresäde minimi [m] (0,65 m/s²)5070130200290390
Kaarresäde ääriarvo [m] (0,98 m/s²)375495150215290
Taulukko 4.2.5 a)  Sallitut kaarresäteet eri nopeuksilla ja sivukiihtyvyyksillä kaarteessa, kallistus h = 50 mm.
Nopeus [km/h]3040506070
Kaarresäde suositus [m] (0,2 m/s²)80145225330440
Kaarresäde minimi [m] (0,65 m/s²)5495150215290
Kaarresäde ääriarvo [m] (0,98 m/s²)4376120170235
Taulukko 4.2.5 b) Sallitut kaarresäteet eri nopeuksilla ja sivukiihtyvyyksillä kaarteessa, kallistus h = 100 mm.
Nopeus [km/h]3040506070
Kaarresäde suositus [m] (0,2 m/s²)60105160235320
Kaarresäde minimi [m] (0,65 m/s²)4376120170235
Kaarresäde ääriarvo [m] (0,98 m/s²)3664100142195
Taulukko 4.2.5 c) Sallitut kaarresäteet eri nopeuksilla ja sivukiihtyvyyksillä kaarteessa, kallistus h = 150 mm.

4.2.6. Siirtymäkaaret kallistetuissa kaarteissa

Kallistetuissa kaarteissa tarvitaan aina siirtymäkaari. Siirtymäkaarena käytetään klotoidia. Siirtymäkaaren matkalle tulee myös siirtymäkaaren mittainen kallistusviiste, jossa ulkokaarteen puoleista kiskoa nostetaan kaarteen kallistuksen verran. Kallistusviisteen tulee olla riittävän loiva, ettei matkustajamukavuus kärsi ja vaunuun kohdistu liikaa rasitusta. Myös nykäyksen tulee olla riittävän pieni.

Yleensä kallistusviisten jyrkkyys on näistä määräävä eli määrittää klotoidin vähimmäispituuden. Käytännössä suuret kallistukset jyrkissä kaarteissa ovat kelvollinen ratkaisu vain harvoin, koska kallistusviisteiden vaadittu vähimmäispituus kasvaa varsin suureksi suhteessa koko kaarteen pituuteen. Kallistusviisten jyrkkyyden suositusarvo on 1:10V tai loivempi ja minimiarvo 1:6V (V = nopeus km/h). Enintään jyrkkyys saa olla kuitenkin 1:300. Kallistusviisteen suositus- ja minimipituudet eri kallistuksilla on esitetty taulukoissa 4.2.6 a, 4.2.6 b ja 4.2.6 c

Nopeus [km/h]253040506070
Kallistusviisteen pituus suositus [m]151520253035
Kallistusviisteen pituus minimi [m]151515151821
Taulukko 4.2.6  a) Kallistusviisteen vähimmäispituus, kallistus h = 50 mm.
Nopeus [km/h]3040506070
Kallistusviisteen pituus suositus [m]3040506070
Kallistusviisteen pituus minimi [m]3030303642
Taulukko 4.2.6 b) Kallistusviisteen vähimmäispituus, kallistus h = 100 mm.
Nopeus [km/h]3040506070
Kallistusviisteen pituus suositus [m]45607590105
Kallistusviisteen pituus minimi [m]4545455463
Taulukko 4.2.6  a) Kallistusviisteen vähimmäispituus, kallistus h = 150 mm.

Kallistusviisteiden sijoittamista tulee välttää pystygeometrian pyöristyskaarteiden kohdalle. Jos tämä ei ole mahdollista, tulee pyöristyskaaren säteen olla vähintään R=2000 m.

4.3. Raiteen pystygeometria

4.3.1. Pituuskaltevuudet

Raitiotien pituuskaltevuus tulee suunnitella taulukon 4.3.1 mukaisesti. Pituuskaltevuuden suunnittelussa tulee ottaa huomioon raiteen rakenteen kuivatus ja urakiskon uran kuivatus. Käytettäessä urakiskoa olisi pituuskaltevuuden hyvä olla 2,0 % tai ainakin yli 1,0 %, että ura voidaan kuivattaa. Veden jäätyminen uraan aiheuttaa suistumisriskin. Usein urakiskoa käytetään nykyisillä kaduilla, jolloin pituuskaltevuuden muuttaminen on käytännössä kuitenkin mahdotonta.

KiskotyyppiVignole-kiskoUrakisko
Suositusarvo1,0…2,0 %2,0 %
Normaaliarvo0,5…4,0 %1,0…4,0 %
Ääriarvo0,0…0,5 % ja 4,0…6,0 %0,0…1,0 % ja 4,0…6,0 %
Taulukko 4.3.1 Raitiotien pituuskaltevuudet.

4.3.2. Pyöristyskaaret

Suorien kaltevuusjaksojen välisenä pyöristyskaarena käytetään ympyränkaarta (taulukko 4.3.2). Vähimmäisarvo koveralle ja kuperalla pystysäteelle kaluston puolesta on ääriarvo R = 300 m, jota ei tule käyttää kaupallisen liikenteen osuuksilla.

Nopeus [km/h]15–506070
Kaarresäde suositus vähintään [m]100014401960
Kaarrsäde ääriarvo [m]6259001225
Taulukko 4.3.2  Pyöristyskaarien raja-arvot, kovera ja kupera kaari.

4.3.3. Vaaka- ja pystygeometrian yhteensovitus

Aina kun on mahdollista, tulisi välttää pysty- ja vaakageometrian kaarteiden laittamista samalle kohtaa. Kun tämä ei ole mahdollista, tulisi molempien kaarteiden olla mahdollisimman loivapiirteisiä. Erityisesti tulee välttää sekaliikenneosuuksille tulevia vaakakaarten ja kuperan pystykaarteen yhdistelmiä, koska lumen pakkautuminen kiskouraan voi aiheuttaa suistumisriskin.

4.4. Raiteen geometria sekaliikennekadulla

Sekaliikennekadun geometria suunnitellaan raitiotien ehdoilla. Etenkin pystygeometrian suhteen raitiotien vaatimukset ovat selvästi tiukempia kuin autoilla.

Ajoulottumien mitoituksessa pitää ottaa huomioon sekä raitiovaunun että ajoneuvojen vaatima tila. Raitiotien pysäkkilaitureiden kohdalla tulee pysäkkien reunojen etäisyys toisistaan olla vähintään 7 m, että pysäkin kohdalla mahtuu ohittamaan vastakkaisen suunnan liikenteen. Jos ajorata on pysäkin ulkopuolella leveämpi kuin pysäkin kohdalla, tulee ajoradan kaventaminen pysäkin päissä tehdä riittävän loivapiirteisesti, että laiturin päähän ei vahingossa törmää autolla. Laiturin reunan on myös syytä erottua visuaalisesti muusta ympäristöstä. Mahdollisuuksien mukaan raide tulee asemoida kadun poikkileikkauksessa siten, että autojen renkaat osuvat mahdollisimman vähän kiskoihin, jolloin renkaiden kitkaominaisuudet ovat paremmat ja nastarenkaat eivät kuluta kiskoa.

Sekaliikennekadulla raitiotiehen ei toteuteta normaalia kadun sivukallistusta, vaan raiteen keskellä kiskojen välissä katu on vaakasuora ja sivukallistus toteutetaan raiteiden väliin ja raiteiden ulkopuolelle. Kallistettujen kaarteiden toteuttaminen sekaliikennekadulle on mahdollista, jos toteuttamisen olosuhteet soveltuvat sekä raitiotielle että kadulle.

4.5. Raiteen geometria pysäkeillä

Vaakageometrian tulee olla pysäkeillä aina suora, jotta vaunu ei törmää pysäkkilaituriin. Vaunun ulottuma on kaarteen jälkeisellä suoralla normaalia suurempi ja 47 metrin pituinen vaunu suoristuu täysin kokonaan vasta 30 metrin päässä kaarteen päättymisestä. Kaarteen vaikutus vaunun ulottumaan pienenee mitä kauempana kaarteesta ollaan ja mitä loivempi kaarre on ja jos käytetään klotoidia.

Suoran tulee jatkua laiturin jälkeen taulukon 4.5 a) mukaisesti. Kriteerinä suoran pituudelle on normaaliarvolla se, että laiturin reuna on täysin suora ja ääriarvolla se, että laiturin päätä ensimmäisen 7 metrin matkalla kavennetaan 30 mm, jolloin vaunun ensimmäisen oven kynnysetäisyys kasvaa, mutta pariovien kynnysetäisyys on normaali 40 mm.

Suoran jälkeinen kaarreR=25 klotoidi=10 mR=50 ei klotoidiaR=50 klotoidi=10 mR=100 klotoidi=10 mR=200 klotoidi=15 mR=300 klotoidi=15 mR=500 klotoidi=20 m
Suoran vähimmäispituus
normaaliarvo [m]
232520151150
Suoran vähimmäispituus
ääriarvo [m]
1719158500
Taulukko 4.5  a) Laiturin 47 m pitkän osuuden päihin tarvittavan suoran pituus.

Pituuskaltevuuden suositusarvo, normaaliarvo ja ääriarvo esitetään taulukossa 4.5 b). Raiteen pituuskaltevuus pysäkillä määrää pysäkkilaiturin pituuskaltevuuden. Kriteereinä ovat riittävän suuri pituuskaltevuus kuivatuksen kannalta ja riittävän pieni pituuskaltevuus esteettömyyden kannalta.

Pituuskaltevuus pysäkillä
Pituuskaltevuus, suositusarvo [%]0,5…1,0 %
Pituuskaltevuus, normaaliarvo [%]0,5…2,0 %
Pituuskaltevuus, ääriarvo [%]0,0…0,5 % ja 2,0…3,0 %
Taulukko 4.5 b) Raiteen pituuskaltevuus pysäkillä.

Raiteen pystygeometrian tulee olla pituuskaltevuudeltaan suora pysäkin 47 m pitkän osuuden matkalla, jos mahdollista. Jos pystygeometriassa on pyöristyskaari, muodostuu laiturin reunan ja vaunun kynnyksen välille korkeuseroa. Pysäkin kohdalla ääriarvo pyöristyskaaren säteelle on vähintään R = 3500 m.

Laiturin kohdalla ei saa olla raiteen kallistusta. Jos laiturin jälkeen alkavassa kaarteessa on kallistus, tulee kallistusviisteen ja klotoidin olla aina vähintään 20 m etäisyydellä laiturista.

Päätepysäkkien jälkeisen kääntöraiteen pituuskaltevuuden suositusarvo on 0,0 % ja normaaliarvo on 0,0…0,3 %. Tätä suuremmat arvot edellyttävät tapauskohtaista riskianalyysiä ja tilaajan hyväksyntää.

4.6. Vaihteet

4.6.1. Yleistä

Vaihteet ovat välttämättömiä raiteen osia, joihin kohdistuu kalustosta suurimmat rasitukset, mutta rakenteellisesti ne ovat raiteen kaikkien hauraimpia ja helpoiten vikaantuvia osia. Merkittävä osa raitiotien kunnossapitotöistä ja ongelmista kohdistuu vaihteisiin. Tästä syystä vaihteiden sijainnin ja geometrian suunnitteluun tulee kiinnittää erityistä huomiota.

4.6.2. Vaihdetyypit

Tampereella käytetään yksinkertaisia standardivaihteita, joissa toinen raide menee suoraan, kiskotyyppi on 60R2 tai 49E1 ja kaarresäde on R = 50 m ja varikolla mahdollisesti R = 25 m. Vaihtoehtoina on loivempi vaihde (poikkeava raide ristikossa geometrialtaan suora) ja jyrkempi vaihde (poikkeva raide ristikossa geometrialtaan jatkuva kaarre). Geometrioiltaan periaatteessa samanlaisten vaihteiden mitat ovat eri kiskotyypeillä hieman toisistaan poikkeavia. Raitiotieväylällä ja sekaliikenneväylällä käytetään 60R2 vaihteita, viherraiteella ja sepeliraiteella käytetään 49E1 vaihteita.

Linjaraiteiden haarautumisessa käytetään R = 50 vaihteita. Linjavaihteiden tyyppi ja kätisyys tulee valita niin, että pääkulkusuuntaan ajettaessa vaihde ei rajoita linjanopeutta. Tavoitteena on, että vaihteen pääkulkusuunta on vaihteen suora haara.

Nykyisten vaihdetyyppien lisäksi voi harkita mahdollisuutta käyttää R=100 1:7 vaihteita raiteiden haarautumiskohdissa, jolloin poikkeavalle haaralle voisi ajaa 30 km/h, jos tästä on merkittävää hyötyä liikennöinnin kannalta. Lisäksi voi harkita sovitetun raideristeyksen, eli kahden eripuolisen raiteenvaihtopaikan sijoittamista päällekkäin, käyttämistä jos tilaa ei ole sijoittaa raiteenvaihtopaikkoja perättäin.

Tampereella käytettävät vaihteet ja niiden mitat (kuva 4.6.2 / 4.6.2. a) – h) ):

  • 60R2-50-1:6
  • 60R2-50-1:3,25
  • 49E1-50-1:6
  • 49E1-50-1:3,26
  • 60R2-25-1:4 (vain varikolla)
  • 60R2-25-2:2,18 (vain varikolla)
  • 49E1-25-1:4 (vain varikolla)
  • 49E1-25-2,28 (vain varikolla)

4.6.3. Raidegeometria vaihteissa

Raiteen vaakageometria vaihteen kohdalla määrittyy vaihteen sisäisten geometriamittojen mukaisesti. Pituuskaltevuuden tulee olla vaihteen kohdalla suora, ääriarvo pyöristyskaaren säteelle on R = 5000 m. Pituuskaltevuuden suositusarvo vaihteen kohdalla on 0,0…0,5 %. Normaaliarvo on 0,0…1,0 %. Ääriarvo pituuskaltevuudelle on korkeintaan 3,0 %. Vaihteen kielien edessä tulee raiteen vaakageometrian olla suora normaalisti vähintään 10 m tai ääriarvona 3 m matkalla, että kieliin ajettaessa vaunun kulku olisi mahdollisimman tasaista.

4.6.4. Vaihteiden sijoittaminen

Vaihteiden ja raideristeysten tulisi sijaita omalla väylällään, ei sekaliikennealueella. Vaihteita, etenkään vaihteen kieltä, ei myöskään tule sijoittaa alueelle, jossa kävellään, kuten suojatien kohdalle. Raiteenvaihtopaikat suunnitellaan siten, että normaalitilanteessa raiteenvaihtopaikkojen vaihteisiin ajetaan myötävaihteeseen. Raiteenvaihtopaikan vaihteiden tyyppi tulee valita niin, että linjaliikenteen vaunujen ei tarvitse hidastaa raiteenvaihdon kohdalla normaaliliikenteessä.

Vaihteita tarvitaan:

  • päätepysäkkien yhteydessä vaunun kulkusuunnan vaihtoa varten
  • raiteenvaihtopaikoilla, joissa voidaan poikkeustilanteissa vaihtaa puolta toiselle raiteelle
  • linjaraiteiden haarautuessa
  • varikolla

Normaaliliikenteessä raitiovaunujen suunnan muutos tehdään ensisijaisesti päätepysäkin läheisyydessä olevilla vaihteilla. Lisäksi päätepysäkeillä on hyvä olla normaalin liikennöinnin kannalta ylimääräisiä vaihdeyhteyksiä, että vaunujen suunnan muutos onnistuu myös poikkeustilanteissa, jos vaunuja on päätepysäkillä yhtä aikaa enemmän kuin yksi tai jos jokin vaihde on hetkellisesti vikaantunut. Vaihteita voi olla joko pysäkin edessä tai takana tai molemmin puolin. Pysäkin edessä olisi hyvä olla kaksi tai ainakin yksi raiteenvaihtopaikkaa. Päätepysäkin vaihteet tulee sijoittaa niin, että ainakin yhdelle kääntöraiteelle tulee pituutta 100 m, jolloin toisiinsa kytketyt vaunut mahtuvat vaihtamaan siinä suuntaa. Kääntöraiteiden tulisi olla vaakageometrialtaan mahdollisimman suoria.

Päätepysäkin suunnittelulle on esitetty neljä vaihtoehtoista perusratkaisua (kuvat 4.6.4 a) – d)), mutta myös muunlaiset suunnitteluratkaisut ovat mahdollisia. Vaihtoehdot on esitetty keskilaiturilla, mutta ne voi toteuttaa myös sivulaitureilla.

Vaihtoehdoissa on esitetty kääntöraiteiden pituudet. Laiturien esteettömyysvaatimusten vuoksi vaihteiden ja kaarteiden etäisyys laiturista tulee olla vähintään esitetty 25 m. Vaihteiden etäisyys laiturista saa olla korkeintaan 200 m, että laituriraiteiden kapasiteetti on riittävä. Vaihteet tulee kuitenkin sijoittaa niin lähelle pysäkkilaituria kuin muiden reunaehtojen osalta on mahdollista. Vaihteilta tulee olla näkemä pysäkille.

Päätepysäkkien välillä raiteenvaihtopaikkoja tarvitaan poikkeustilanteiden liikenteen hoitoon, kun on tarvetta vaunujen ja kunnossapitokaluston kulkusuunnan vaihtoon linjalla (kuva 4.6.4 e)). Linjaliikenteen vaunut eivät normaalitilanteessa tarvitse näitä raiteenvaihtopaikkoja. Ensisijaisesti raiteenvaihtopaikat kannattaa sijoittaa pysäkkien yhteyteen, jolloin kyseistä pysäkkiä voidaan käyttää linjan väliaikaisena päätepysäkkinä. Erityisesti raiteenvaihtopaikat kannattaa sijoittaa vaihtopysäkkien yhteyteen, jolloin poikkeustilanteissa korvaavan liikenteen suunnittelu ja järjestäminen ovat helpointa. Raiteenvaihdon sijainti ajosuuntaan pysäkin takana toimii joustavammin väliaikaisena päätepysäkkinä. Päätepysäkkien lisäksi myös linjaraiteen raiteenvaihtopaikkojen kummallakin puolella tulisi olla vapaata vaunujen seisontatilaa kahden raitiovaunun verran, jotta rikkinäisen vaunun kääntäminen voidaan tehdä muita kulkumuotoja häiritsemättä.

Kuva 4.6.4 e) Raiteenvaihtopaikan toiminta liikenteen hoitoon poikkeustilanteessa

4.6.5. Raideristeykset

Kaksiraiteisten raitioteiden haarautuessa kaksi raidetta risteää keskenään raideristeyksessä. Raideristeys sisältää neljä kiskojen risteämiskohtaa. Vastaavasti vaihteessa on aina yksi kohta, jossa kiskot risteävät.

Kiskojen risteämiskohdat voivat raitioteillä yleisesti ottaen olla syväuraisia tai matalauraisia. Syväuraisissa risteyksissä pyörä kulkee koko ajan pyörän kehän kulkupinnalla kiskon kulkupintaa (hamaraa) pitkin. Matalauraisissa raideristeyksissä urakiskon uran syvyyttä madalletaan, ja pyörä kulkee risteyksen yli pyörän laipan varassa uran pohjaa pitkin. Tampereen raitiotielle suunnitellaan kaikista raideristeyksistä syväuraisia. Syväuraisten kiskojen risteämiskohdissa tulee risteävien raiteiden geometrioiden olla tarpeeksi loivapiirteisiä ja kiskojen risteyskulmien tulee olla riittävän loivia.

Raideristeyksessä on suositeltavaa molempien raiteiden olla vaakageometrialtaan suoria ja risteyskulman mahdollisimman pieni.  Toisen risteävän raiteen ollessa suora, saa toisen kaarresäde olla korkeintaan R=50 m. Toisen raiteen ollessa R=150 m saa toinen raide olla korkeintaan R=80 m. Kiskojen kulkupintojen risteämiskohdassa on risteyskulman normaali maksimi 25 goonia. Risteyskulman ääriarvo on 31 goonia, jolloin kunnossapitokustannukset ovat suuremmat.  Kuvassa 4.6.5 jokainen kiskojen risteys on ympyröity, kaikkien näiden risteyskulmien tulee olla alle 31 goonia. Raideristeyksen uloimpana oleva kiskoristeys, jonka risteyskulmaksi on merkitty α, on tavallisesti jyrkin risteyskulmaltaan.

Kuva 4.6.5 Syväuraisen raideristeyksen mitoitus

Raiteen pystygeometriassa ei saa olla pystykaarretta raideristeyksen kohdalla, ja raiteen pituuskaltevuuden tulee olla mahdollisimman loiva. Suunnittelussa tulee ottaa huomioon, että raideristeyksessä kaikkien raiteiden tulee olla samassa tasossa eli käytännössä, jos raiteilla on pituuskaltevuutta, muodostuu poikkeaville raiteille hieman sivukallistusta.

4.6.6. Vaihteenohjausjärjestelmä

Raitioliikenteen vaihteet voi ohjausperiaatteeltaan jakaa sähköisesti ohjattaviin ja manuaalisiin vaihteisiin. Sähköisesti ohjattavia vaihteita kuljettaja pystyy kääntämään painamalla nappia vaunun ohjaamosta vaihdetta ennen olevan maassa olevan vaihteenohjaussilmukan kohdalla. Manuaalisia vaihteita pystyy kääntämään pelkästään paikallisesti kääntöraudalla, joka edellyttää kuljettajalta poistumista vaunun ohjaamosta.

Sähköisesti ohjattuja vaihteita käytetään, jos vaihteesta ajetaan normaalisti vastavaihteeseen (kielien suunnasta) molempiin haaroihin.  Sähköisesti ohjattua vaihdetta voidaan käyttää tarpeen mukaan muuallakin, jos liikennöintiolosuhteet sitä vaativat. Vaihteet, joihin ajetaan ainoastaan myötävaihteeseen (vaihteen risteyksen suunnasta) tai joihin ajetaan vastavaihteeseen pelkästään toiselle haaralle, voivat olla manuaalisia, koska kuljettajan ei tarvitse päättää mihin haaralle vaihteesta haluavat ajaa.

Vaihteiden kääntölaitteet voivat olla lukittavia tai lukitsemattomia. Lukitus voidaan tehdä sähköisesti tai manuaalisesti. Kääntölaitteen lukko on aina mekaaninen. Tämä estää ulkoisesta voimasta (esim. vaunun oman paino) aiheutuvan vaihteen kielten liikkumisen kaluston alla. Vaihde pysyy mekaanisesti lukittuna, vaikka sähköt menevät poikki. Mekaaninen lukitus aukeaa aina, kun vaihdetta käännetään. Toisessa pääteasennossa vaihde lukittuu uudestaan mekaanisesti.

Ohjausjärjestelmällä vaihde voidaan kääntää ja lukita sähköisesti, jolloin vaunu voi turvallisesti ylittää vaihteen. Tämä estää vaihteen sähköisen kääntämisen toisesta vaunusta, painikkeista tai kaapelin vikaantumisen seurauksena vaunun edessä tai alla. Ohjausjärjestelmällä varustetun vaihteen tila näytetään kuljettajalle opasteilla.

Linjalla ensisijaisesti käytetään aina mekaanisella lukolla varustettuja sähkökääntölaitteita. On myös mahdollista, että sähkökääntölaitetta ei varusteta mekaanisella lukolla (esim. varikon vaihteet), jolloin se voidaan tarvittaessa ajaa auki myötävaihteeseen. Auki ajaminen tarkoittaa lukitsemattomaan vaihteeseen ajamista myötävaihteeseen kielten asennosta riippumatta, jolloin kiinni olevat kielet työntyvät auki pyörien voimasta. Lukittua vaihdetta ei voi ajaa auki.

Mekaanisesti lukitusta vaihteesta voi ajaa suoraan muutoinkin sallittua suurinta nopeutta. Poikkeavalle raiteelle voi ajaa geometrian sallimaa nopeuttaa. Mekaanisesti lukitun manuaalivaihteen lukon avaamisen jälkeen vaihteeseen pätevät lukitsemattoman vaihteen nopeusrajoitukset.

Kaikissa manuaalisesti käännettävissä vaihteissa jousi pitää vaihteen kielet paikallaan. Jos vaihde ei ole lukittu, myötävaihteeseen voidaan ajaa kielten asennosta riippumatta. Aukiajon jälkeinen kielten toiminta on määritettävissä vaihteessa: joko kielten jousipalautus perusasentoon tai vaihde jää uuteen asentoon. Manuaalinen vaihde voidaan ajaa myötävaihteeseen auki suoralta puolelta 25 km/h ja poikkeavalta puolelta vaihteen geometrian sallimaa nopeutta. Vastavaihteeseen ajettaessa kuljettaja varmistaa näkemällä manuaalisen vaihteen kielien asennon ja nopeusrajoitus on 15 km/h. Manuaaliset vaihteet on mahdollista varustaa asennon valvonnalla ja opastimella joka kertoo kielien asennon. Nämä avustavat kuljettajaa, mutta eivät vaikuta ajonopeuteen.

Mekaanisesti lukittavia manuaalisia vaihteita voidaan käyttää raiteenvaihtopaikoilla ja poikkeustilanteissa lukot avataan.  Jousipalautteista manuaalikääntölaitetta voidaan käyttää, kun vastavaihteeseen ajettaessa halutaan kääntyä aina samalle haaralle ja ajonopeus on 15 km/h. Tyypillisesti näitä käytetään linjan päässä, jossa suoritetaan suunnan kääntö. Jos vaihdetta liikennöidään ainoastaan myötävaihteen suunnasta kielien aukiajon jälkeistä jousipalautusta ei tyypillisesti käytetä.

Vaihteisiin ja opastimiin pitää aina toteutua pysähtymisnäkemä. Vaihteenlukitussilmukan kohdalta pitää olla näkemä vaihteeseen.