8. Raitiotieradan rakenteet

8.1. Radan päällysrakenne

8.1.1. Yleistä

Raitiotien päällysrakenne tarkoittaa ratarakenteen ylintä noin 500 mm korkuista osaa. Päällysrakennetyypit voidaan lajitella joko toiminnallisuuden mukaan suljettuun tai avoimeen päällysrakenteeseen, tai erilaisten käytettävien rakenteiden mukaan, joita on useita. Suljetun päällysrakenteen päällä voi ajaa ajoneuvolla, avoimella ei. Olennaisin rakenteellinen jako on sepeliraiteeseen, jossa betonipölkkyraiteen tukikerroksena on raidesepeli ja kiintoraiteeseen, jossa kiskot kiinnitetään alla olevaan jatkuvaan betonilaattaan. Kaikissa rakennetyypeissä kisko eristetään sähköisesti ympäröivästä rakenteesta.

Käytettävä päällysrakennetyyppi valitaan ensisijaisesti käyttötarkoituksen mukaan ja toisaalta otetaan huomioon ulkonäkö. Materiaalien valinnassa pitää lisäksi ottaa huomioon rata-alueen puhdistettavuus ja kantavuus. Pintamateriaalit eivät saa aiheuttaa ympäristöönsä pölyongelmia

Käytettäviä kiskoprofiileja ovat Vignole 49E1 (kuva 8.1.1 a)) ja urakisko 60R2 (kuva 8.1.1 b)).

Raiteen nimellinen raideleveys on 1435 mm (kuva 8.1.1 c)). Raideleveys mitataan kiskojen sisäpinnoilta 14 mm kiskon yläpinnan alapuolelta (kulkureuna). Kiskojen päällä kohdassa, jossa raitiovaunun pyörät kulkevat kiskon päällä (kulkupinta), raitiovaunun pyörien vierintäkehien leveys on 1500 mm. Tampereen raitiotiellä raiteen korkeustaso määritetään aina kiskon yläpinnan mukaan, ei korkeusviivan mukaan kuten rautateillä.

Kuva 8.1.1 c) Raideleveyden mittauskohta.

8.1.2. Suljettu päällysrakenne

Suljettu päällysrakenne soveltuu ajoneuvoilla ajettavaksi. Suljetussa päällysrakenteessa kiskojen välissä ja ulkoreunoilla on kiinteä rakenne, joka ulottuu kiskon yläpintaan saakka. Suljettu päällysrakenne on aina kiintoraidetta, jossa raide on perustettu betonisen pohjalaatan päälle. Suljetulla päällysrakenteella käytetään 60R2 urakiskoa.

Tampereella käytetään suljetulla päällysrakenteella kahta erilaista rakennetta. Toista käytetään sekaliikenneradalla ja toista osuuksilla, joissa raitiotie kulkee omalla kaistallaan ja ajoneuvoliikenne ei lähtökohtaisesti ole sallittua.

Sekaliikenneradan kiintoraidetta (kuva 8.1.2 a)) käytetään, kun myös ajoneuvoliikenne kulkee raitiotien päällä. Tällaisia kohteita ovat katuliittymät, joissa raitiotie risteää autotien kanssa ja sekaliikennekaistat, joissa raitiovaunut ja autot kulkevat samalla kaistalla.

Sekaliikenneraiteen rakenne poikkeaa hieman kiintoraiderakenteista, joita käytetään omalla kaistalla olevalla raitiotiellä ja viherradalla. Sekaliikenneraiteen rakenteessa ei ole pölkkyjä, vaan kisko on tuettu suoraan laattaan ympäröivien kumikalossien välityksellä. Kiskojen ympärillä on betonikaulukset. Sekaliikenneraiteella vierekkäiset raiteet toteutetaan yhtenäiselle laatalle, elleivät raiteet ole kaukana toisistaan. Laattaan tehdään levennys pysäkkilaitureiden kohdalla. Raiteiden lähellä olevat raskaat pylväät kannattaa yleensä perustaa raidelaattaan tehtävällä levennyksellä, jolloin vältytään suurelta erilliseltä anturalta.  Pintarakenteena käytetään kiskon yläpinnan tasoon tulevaa asfalttia tai kiveystä.

Kuva 8.1.2 a). Sekaliikenneraiteen rakennepoikkileikkaus.

Omalla kaistalla olevan suljetun päällysrakenteen raitiotietä (kuva 8.1.2 b)) käytetään, jos ajoneuvoliikenne on lähtökohtaisesti kiellettyä, mutta rakenteen halutaan kestävän kuitenkin ajoneuvoliikenteen kuormia poikkeustilanteessa. Rakenteen päällä ajaminen voidaan sallia esimerkiksi hälytysajoneuvoille, mutta rakenne ei kestä jatkuvaa ajoneuvoliikenteen rasitusta yhtä hyvin kuin sekaliikenneraiteen päällysrakennetyyppi.

Rakenne muodostuu raudoituksilla toisiinsa kiinnitettävistä kiskojen alle tulevista betonipölkkyistä ja betonilaatasta, joka valetaan pölkkyjen ympärille. Kiintoraidelaatat ovat normaalisti molemmille raiteille erillisiä. Yhtenäistä laattaa käytetään vaihdealueilla. Laattaan tehdään levennys pysäkkilaitureiden kohdalla. Raiteiden lähellä tai niiden välissä olevat raskaat pylväät kannattaa yleensä perustaa raidelaattaan tehtävällä levennyksellä, jolloin vältytään suurelta anturalta. Pintarakenteena käytetään kiskon yläpinnan tasoon tulevaa asfalttia tai kiveystä.

Kuva 8.1.2. b) Omalla kaistallaan olevan suljetun raitiotieradan rakennepoikkileikkaus

8.1.3. Avoin päällysrakenne

Avoin päällysrakenne ei sovellu ajoneuvoilla ajettavaksi missään tilanteessa. Päällysrakenne kiskojen välissä ei ulotu kiskojen yläpintaan asti. Avoin päällysrakenne voi olla joko sepelirataa tai kiintoraidetta, jonka pintarakenne ei sovellu ajoneuvoille.

Sepelirata on rakenteeltaan samantyyppinen kuin rautatie. Sepelirataa käytetään lähinnä pidemmillä osuuksilla, joissa on vähemmän asutusta, suuremmat nopeudet ja päällysrakenteen ulkonäöllä vähäisempi merkitys. Radan epätasainen sepelipinta ei houkuta asiattomia jalankulkijoita ja pyöräilijöitä käyttämään rataa oikoreittinä.  Sepelirata on käytettävistä päällysrakennetyypeistä halvin rakentaa.

Sepeliradalla käytetään 49E1 kiskoa, kiskon alla välilevyä, betonista ratapölkkyä ja ratapölkkyjen alla ja ympärillä tukikerroksena raidesepeliä, jonka rakeisuus on 31,5/63 ja iskunkestävyys LARB12. Poikkeustilanteissa sepeliradalla voidaan käyttää urakiskoa, esimerkiksi jos rakennetyyppi vaihtuu urakiskoiseksi keskellä kaarretta ja kiskojen hitsisauma on helpompi toteuttaa kaarteen jälkeen suoralla.

Ratapölkyn pituus on 2200 mm ja korkeus kiskon kohdalla 200 mm. Pölkkyväli on suoralla 750 mm ja R < 400 m kaarteissa 610 mm.

Sepelitukikerroksen paksuus on 500 mm, eli pölkyn alapuolella 300 mm. Kallistetuissa kaarteissa ylempää kiskoa nostetaan, jolloin alemman kiskon kohdalla pölkyn alapuolella tukikerroksen paksuus on 300 mm. Tukikerroksen reunoille pölkyn päihin tehdään 400 mm leveä palle, eli tukikerroksen kokonaisleveys pölkyn yläpinnan tasossa on vähintään 3000 mm.

Viherrata on kiintoraide, jota käytetään katuympäristössä, kun raitiotie kulkee omalla väylällään, jossa ei ole muuta liikennettä. Viherradan päällä ei saa ajaa autolla. Viherradalla käytetään 49E1 Vignole-kiskoa, raudoituksilla toisiinsa kiinnitettäviä kiskojen alle tulevia betonipölkkyjä ja betonilaattaa, joka valetaan pölkkyjen ympärille. Poikkeustilanteissa viherradalla voidaan käyttää urakiskoa, jos rakennetyyppi vaihtuu urakiskoiseksi keskellä kaarretta ja kiskojen hitsisauma on helpompi toteuttaa kaarteen jälkeen suoralla.

Viherradan rakenne (kuva 8.1.3) on samankaltainen omalla kaistallaan olevan suljetun raitiotieradan kanssa. Viherradan pölkyt ovat korkeammat, jolloin raidelaatan päälle mahtuu 200 mm kasvualusta nurmikolle, joka ulottuu kiskon hamaran alapinnan tasoon. Viherradalla kiintoraidelaatat ovat normaalisti molemmille raiteille erillisiä. Yhtenäistä laattaa käytetään vaihdealueilla. Vaihdealueilla viherraiteelle ei toteuta kasvualustaa ja viherrakennetta. Pysäkkilaitureiden kohdalla ei käytetä viherrataa. Raiteiden lähellä tai välissä olevat raskaat pylväät kannattaa yleensä perustaa raidelaattaan tehtävällä levennyksellä, jolloin vältytään suurelta anturalta.

Nurmiradan talvihoidon kannalta on tärkeää, että pintarakenne mitoitetaan niin, ettei kaivokannet tai muut rakenteet ole kiskonselän yläpuolella. Mikäli nurmipinta luiskataan kiskonselänkorkeuden yläpuolelle radan lähellä tai viherrakenteeseen jää routivia kohtia, voi aura hajottaa nurmipinnan.

Kuva 8.1.3 Viherradan rakennepoikkileikkaus

Omalla kaistallaan olevan suljetun raitiotieradan kiintoraiderakennetta voidaan käyttää myös avoimena päällysrakenteena, jos ajoneuvoliikenne halutaan estää, tai jalankulusta ja pyöräilystä raiteen päällä tehdä vähemmän houkuttelevaa asiattomille kulkijoille. Tällöin kiintoraidelaatan päälle ei tehdä lainkaan pintarakennetta tai pintarakenteena voidaan käyttää raidesepeliä.

8.1.4. Raiteen ja kadun risteäminen

Raiteen ja ajoneuvoliikenteen risteämiskohdissa käytetään päällysrakenteena sekaliikenneraidetta. Tasoristeämän pintamateriaaliksi voidaan suunnitella kuminen tasoristeyskansi poikkeustilanteissa, jos päällysrakenne risteyskohdan ympärillä on sepeliraidetta ja risteämän liikennemäärät ovat pieniä. Tällainen tilanne voi olla esimerkiksi, kun raiteen yli on toteutettava vähäliikenteinen tonttiliittymä tai huoltotieyhteys.

8.2. Radan alusrakenne

8.2.1. Kantavuusvaatimukset

Raitiotien pohjarakenteiden kantavuus tulee mitoittaa niin, että riittävä kantavuus saavutetaan. Kantavuusvaatimus kiintoraidelaatan alapuoleiselta alusrakenteelta on E2=80 MPa. Sepeliraiteen kantavuusvaatimus välikerroksen päältä on minimissään E2=120 MPa. Nämä kantavuusvaatimukset määrittävät pohjanvahvistustarpeet alusrakenteelle.

Kiintoraidelaatan ja sepeliradan väliin tulee tehdä erillinen 10 m mittainen siirtymärakenne, joka tasaa kantavuuserot. Siirtymärakenne koostuu pölkkyvälin tihennyksestä, pohjalaatasta ja tukikerroksen sitomisesta.

Kiintoraidelaatat mitoitetaan kappaleen 9.3.3 suunnittelukuormien mukaisesti siten, että kiintoraidelaatasto kantaa raitiovaunukuorman sekä sekaliikennelaattojen osalta radan suuntaisen tai risteävän ajoneuvoliikenteen kuormituksen.

8.2.2. Poikkileikkaus radasta kiintoraideosuudella

Alla on esitelty (kuvat 8.2.2 a) – b)) tyyppipoikkileikkaukset raitiotiestä kiintoraidelaattaosuudella ja risteysalueella.

8.2.3. Poikkileikkaus radasta avorataosuudella

Alla (kuvat 8.2.3 a) – c)) on esitelty poikkileikkaukset sepelirataosuudella, kun pohjamaa on routivaa ja routimatonta sekä pengerrakenneratkaisu.

8.3. Ratojen routivuus

Suunnittelussa on huomioitava raitiotien routivuus ja kuivatus. Mitoituspakkasmääränä käytetään F20 sepelirataosuuksilla ja F50 kiintoraideosuuksilla, pysäkeillä sekä vaihdealueilla. Routasuojaus hoidetaan joko riittävän paksuilla routimattomilla rakenteilla tai routalevyillä. Routimaton syvyys sorarakenteella on 1,95 m linjaosuuksilla ja 2,1 m vaihdealueilla. Mursketta käytettäessä tulee kerrospaksuuden olla 15 % suurempi. Routalevyjä ei käytetä sepeliraideosuudella. Routalevyinä käytetään XPS-levyjä. Routalevyn alla tulee olla 300 mm routimatonta materiaalia. Routakiilat voidaan tehdä routalevyillä, massanvaihdolla tai vaahtolasilla.

8.4. Radan kuivatus

Kiintoraiteen kuivatus suunnitellaan vastaavilla periaatteilla kuin kadun kuivatus, ottaen huomioon muutaman erityispiirteen. Sepeliraiteen kuivatuksen suunnittelu muistuttaa enemmän rautatien kuivatuksen suunnittelua.

Normaalisti raiteen molemmat kiskot suunnitellaan samaan korkoon, eli raitiotielle ei tule sivukaltevuutta kuin kiskojen ulkopuolelle. Urakiskoa käytettäessä kiskoura kerää hulevesiä, joten kiskourat tulee viemäröidä. Viemäröinti toteutetaan kiintoraiteeseen kiskojen väliin asennettavilla kourukaivoilla, joiden kohdalle kiskouran pohjaan tehdään reiät ja nämä urakiskokaivot yhdistetään hulevesiviemäriin. Urakiskokaivoja suunnitellaan vastaavasti kuin kadun hulevesikaivoja. Mitä pienempi pituuskaltevuus raiteella on, sitä tiheämmin urakiskokaivoja tulee suunnitella. Erityisen tärkeä kuivatussuunnittelun kohde ovat vaihteet. Vaihteiden etujatkoihin tulee kaivot ja lisäksi vaihteiden läheisyydessä tulee olla ylimääräisiä kaivoja, että vaihteiden kaivot eivät ylikuormitu ja vaihteet toimivat luotettavasti. Lämmitettävien vaihteiden kohdalla tulee kuivatuksen toimia myös talviolosuhteissa, esimerkiksi saattolämmityksen avulla.

Kiskourien lisäksi kiintoraidelaatan pinta tulee kuivattaa. Raitiotie- ja sekaliikenneradoilla laatan yläpinta kuivatetaan tarpeen mukaan asetettavilla laattaan nähden poikittain tulevilla kourukaivoilla. Viherraidelaattaan tehdään tarpeen mukaan laatan keskelle tulevia kaivoja. Raiteen pituuskaltevuuden ollessa alle 1 % tehdään viherraidelaatan pintaan 1 % sivukaltevuudet.

Urakiskoa käytettäessä tulee pyrkiä vähintään 1 % pituuskaltevuuteen raiteella kuivatuksen takia.

Sepeliraiteella kuivatus tulee toteuttaa avo-ojina aina kun on tilaa, muutoin salaojilla. Sepeliraiteella ei välttämättä tarvita pituuskaltevuutta kuivatuksen kannalta, kunhan ojassa on riittävä pituuskaltevuus. Käytännössä on kuitenkin usein hyvä pyrkiä suunnittelemaan raiteeseen pituuskaltevuutta ojan vaatiman kaltevuuden verran, jolloin rakenteen paksuus pysyy vakiona.