Urspårning av cisternvagn på privatspår i Varkaus 14.12.2022 och tidigare urspårningar i samma område
Utredningsbeteckning: R2023-E1
Preliminär utredning 2/2023
ISBN: 978–951–836–654–9 (PDF)
1 URSPÅRNING AV CISTERNVAGN PÅ PRIVATSPÅR I VARKAUS 14.12.2022 OCH TIDIGARE URSPÅRNINGAR I SAMMA OMRÅDE
Olycksutredningscentralen granskade en urspårning av en tom Sob-cisternvagn som inträffade i Varkaus den 14 december 20221. Samtidigt granskades andra urspårningsfall med tomma cisternvagnar som inträffat på bangården i Varkaus och i Akonniemi-området åren 2016–2022.
Urspårningen orsakade inga person- eller miljöskador, men de urspårade vagnarna och spåret skadades i alla av fallen. Dessutom avbröts trafiken vid alla urspårningar i åtminstone flera timmar medan de urspårade vagnarna avlägsnades.
1 Granskningsarbetet inleddes 26.1.2023 med stöd av 2 och 18 § i lagen om säkerhetsutredning av olyckor och vissa andra händelser (525/2011).
2 HÄNDELSEFÖRLOPP
Enheten för bytesarbete, vilken inkluderade två Dv12-diesellok i multipeldrift och 22 tomma Sob-vagnar, startade från ett privatspår från Akonniemi till Varkaus den 14 december 2022 klockan 13.51. Enheten kördes genom dragrörelse, dvs. loken drog vagnarna. Efter att ha kört en sträcka på 1 770 m började lokföraren accelerera enhetens hastighet till den tillåtna hastigheten på 30 km/h. Cirka 300 m efter detta, när hastigheten var 29 km/h, tömdes enhetens bromsledning och bromsarna slogs på. Enheten stannade klockan 13.59 efter att ha kört 2 200 m. Lokföraren upptäckte samtidigt i lokets spegel att en av vagnarna befann sig på sidan av spåret.
Lokföraren och arbetsledaren för växelarbete inspekterade tåget och märkte att det hade gått isär mellan den första och den andra vagnen. Ett mellanrum på cirka 40 meter hade uppstått mellan vagnarna. Den andra vagnens första boggi hade spårat ur till rälsens högra sida i tågets färdriktning.
Platsen där den urspårade vagnen hade stannat vid spår 303 i Varkaus ingick i Trafikledsverkets bannät, och därför lyfte en röjningsgrupp från Trafikledsverket upp vagnen på rälsen. Röjningen var klar den 15 december kl. 01.00. Den urspårade boggin skadades och spåret fick skador längs den sträcka vagnen färdades utanför spåret.
Före denna händelse hade fyra urspårningar inträffat i samma område, av vilka två fall från åren 2016–2018 var väldigt lika fallet i december 2022.
- Den 15 januari 2016 var en enhet för bytesarbete bestående av två Dv12-diesellok och 22 tomma Sob-vagnar på väg från privatspåret till Varkaus dragna av ett lok. När loket befann sig i en plankorsning i området vid privatspåret kände lokföraren en ryckning i loket. När lokföraren tittade bakåt upptäckte lokföraren att den fjärde vagnen hade spårat ur. Vagnens första boggi hade spårat ur. Vagnens boggi, spåret och plankorsningens konstruktioner skadades i samband med urspårningen.
- Den 24 februari drog en enhet för bytesarbete tomma vagnar från en lossningsplats längs privatspåret till Varkaus. Cirka 20 meter efter start upptäckte arbetsledaren för bytesarbetet att en av vagnarnas främre boggi hade spårat ur. Tåget stoppades genast. Skadorna på vagnen och spåret förblev små. Fallet skiljer sig från de övriga urspårningarna eftersom det inträffade nästan omedelbart efter start.
- Den 2 februari 2018 drog en enhet för bytesarbete med två Dv12-lok tomma vagnar mot Varkaus. När enheten närmade sig gränsen för Trafikledsverkets bannät tömdes bromsledningen och enheten stannade. Arbetsledaren för bytesarbetet som gick ut för att kontrollera situationen upptäckte att tågets trettonde vagn hade spårat ur.
- Den 1 februari 2019 skuffade en enhet för bytesarbete 22 Sob-vagnar framåt med två Dv12-lok. Vagnarna hade dragits från privatspåret till Trafikledsverkets bannät och enheten för bytesarbete höll på att transportera dem till bangården i Varkaus. Vid ankomsten till spår 106 på bangården upptäckte arbetsledaren för bytesarbetet som styrde tåget i den första vagnen att några vagnar hade spårat ur och stoppade tåget. Det var vagnarna 4 till 7 i enhetens färdriktning som hade spårat ur. Förutom vagnarna skadades också spår på bangården och fyra växlar i samband med urspårningen. Fallet skiljer sig från de övriga urspårningarna eftersom det inträffade på bangården i Varkaus och det var fråga om en skjutrörelse.
3 FAKTORER SOM LÅG BAKOM HÄNDELSEN
3.1 Vagnarna
De urspårade vagnarna var i alla av fallen Sob-cisternvagnar. Sob-vagnarna är 4-axlade cisternvagnar avsedda för transport av oljeprodukter och cisternens volym är 83 kubik, dvs. 83 000 liter. Vagnens egenvikt är 23,3 ton och den största tillåtna totalvikten är 79,8 ton. I vagnarna används boggin av typen K14 med bladfjäder. Vagnarna har ingen separat ramkonstruktion, utan cisternen fungerar som en självbärande konstruktion i vilken boggierna och stötdämparna har fixerats.
3.2 Spåret
Enkelspåret som leder till privatspåret viker av från spåret från Varkaus till Heinävesi vid växeln V144 på spårkilometern 428+363. Rälsen på Trafikledsverkets spår 303 som leder till privatspåret och på privatspåret 303b består av K43-räls. Spåret har både trä- och betongsyll. Den största tillåtna hastigheten på privatspåret är 20 km/h och på Trafikledsverkets spår 30 km/h. Bannätsförvaltaren av privatspåret är Varkaus stad.
Användning av korta skenor efter en växel är inte exceptionellt i anslutning till en växel av denna typ i bangårdsförhållanden.
4 GENOMFÖRDA GRANSKNINGAR
Olycksutredningscentralen lät göra olika granskningar av spåret och materielen.
4.1 Spåret vid Akonniemi
Spåret inspekterades visuellt och olika mätningar gjordes. I samband med mätningarna utnyttjades accelerationssensorer och olika handhållna mätanordningar. Vid en mätning utförd med granskningsvagnen Emma hittades en betydande avvikelse i spåret, vilken skulle orsaka ett avbrott i trafiken i Trafikledsverkets bannät. Avvikelsen fanns alldeles i närheten av växeln 313 på Akonniemi-sidan. Samma avvikelse kändes som en gungning i materielen.
Enligt mätrapporten finns felet i omedelbar anslutning till den bakre skarven på växelns avvikande sida och vid stället i fråga har en exceptionellt kort skena (cirka 6 meter) använts efter den bakre skarven. Den exceptionellt korta skenan är inte tillräcklig för att upprätthålla den planerade spårgeometrin och detta framhävs i synnerhet i avvikelsen i pilhöjd. Vid det aktuella stället har också en för stor spårbredd utvecklas, även om den inte överskrider gränsen för ett s.k. stjärnfel.
Det bör beaktas att gränsvärdena i Trafikledsverkets bantekniska anvisningar (RATO 13) användes i bedömningen av felen i mätstorheterna. Dessa värden gäller endast i Trafikledsverkets bannät. Inga gränsvärden för privatspår har definierats, utan bannätsförvaltaren kan själv fastställa sådana. Det har inte heller definierats vilka mätmetoder, -villkor och -verktyg som ska användas för privatspår.
4.2 Vagnarna
Faktorerna som påverkar Sob-vagnarnas köregenskaper granskades genom ett slumpmässigt urval av hjulprofilmätningar som gjordes av de använda vagnarna. Dessutom mättes rörelsen hos vagnarnas fjädring under lossning av last. På basis av profilmätningarna var vagnarnas hjul inom gränsvärdena. I samband med mätningarna under lossning av last konstaterades att alla fjädrar återställs normalt när lasten lossas. Mätningarna gjordes i -15°C graders kyla och isbildningen på vagnarna var normal. Det bör beaktas att inga mätningar kunde göras vid kraftig isbildning under utredningen.
Nedfrysningen av boggins fjädrar undersöktes med ett nedfrysningstest, där en likadan boggi frystes ned i verkstadsförhållanden. Efter nedfrysningen lossades vagnens last och fjädrarnas funktion dokumenterades. Lasten lossades stegvis, men lossningen motsvarade inte helt den jämna lossningen av en flytande last. Under testet observerades det inte att isen som bildats på konstgjord väg skulle påverka fjädrarnas funktion.
Man ville verifiera det ovan nämnda testet genom att med hjälp av hållfasthetsberäkningar granska isens inverkan på vagnens konstruktioner. Det fanns en misstanke om att is kan hindra fjädringen från att återgå till samma ställning som när vagnen är tom om lasten lossas långsamt. Beräkningarna visade dock att inte ens den starkaste isen hindrar den vid lossning uppkomna tryckkraften i fjädern för ett enskilt hjul. Enligt en beräkning som Olycksutredningscentralen lät göra vid Aalto-universitetet är ansamlingen av is vid hjulparens fjädring således inte ensam tillräcklig för att orsaka en urspårning, eftersom isens hållfasthet orkar bära endast en del av kraften som riktas mot isen från fjädern.
I beräkningen konstateras det att den största möjliga kryphållfastheten för is med små kristaller vid en töjningshastighet på 2*10^-8 1/s sannolikt är under 1 MPa, kanske ~700 kPa. Med denna hållfasthet skulle isen kunna bära dragstången och lagerboxen till cirka 10 kN. Detta är endast 30 % av den utgående lasten på 27 kN.
På basis av beräkningarna kan man konstatera att det finns tillräckligt med fjäderkraft för att bryta isen, tills vagnen har tömts och rörelsen upphör i vagnen och spårplattorna i lagerboxarnas gejder, vilka rör sig med vagnen. Om avståndet mellan lagerboxen och isen i vissa av lagerboxarnas gejder råkar vara så stort att isen börjar belastas nästan i slutskedet av lossningen, slutar lagerboxarnas gejder att stiga vid det aktuella hjulet. Samtidigt slutar den aktuella fjädern att återställas och isen börjar bära en betydande del av fjäderkraften. På samma gång lyfter boggins övriga fjädrar vagnen och boggins övriga tre lagerboxgejder uppåt i olika utsträckning. Då är den största möjliga kraften som riktas mot isen som kommer i kontakt med lagerboxen precis så mycket som isen vid kontaktpunkten klarar av. I beräkningarna har hållfastheten för den hårdaste möjliga isen som förekommer i dessa förhållanden använts som hållfasthet för isen.
Om något hörn av boggin hamnar lägre ner än nivån vid den tomma vagnens egenvikt, belastas alla de övriga fjädrarna en aning mer tack vare boggins bollformade centrum. Båda axelvikterna hålls på ungefär samma nivå som utan isens inverkan. Även summan av båda sidornas hjulvikter hålls på samma nivå. Däremot kan boggins hjulviktsförhållande enligt beräkningarna i värsta fall vara till och med 1:2,65, då det högsta tillåtna värdet är 1:1,25.
När det gäller isens största hållfasthet och fördelningen av hjulvikterna enligt Aalto-universitetets granskning förblir hjulvikten dock även i detta värsta fall, med minsta tänkbara egenvikt för Sob-vagnen, på en sådan nivå att en minskning av hjulvikten inte på egen hand orsakar en urspårning. Det är emellertid möjligt att situationen kan öka risken för en urspårning.
Förutom isbildning i fjädringen undersöktes också i allmänhet hur isbildning på vagnens konstruktion påverkar vagnens köregenskaper. Utifrån undersökningarna kunde man konstatera att is som samlas mellan vagnen och boggin kan begränsa boggins och vagnens rörelser i betydande utsträckning. Det konstaterades att detta kan öka risken för en urspårning. Tills vidare har en sådan situation dock inte kunnat verifieras i praktiken.
4.3 Vagnens köregenskaper
Köregenskaperna för K14-boggin som används i vagnserien mättes av två olika aktörer med hjälp av accelerationssensorer samt med ett separat simuleringsprogram.
Simuleringen av Sob-vagnens köregenskaper på spåret vid Akonniemi, vilken utfördes av Tammerfors universitet på uppdrag av Olycksutredningscentralen, visar att spårets geometri och skick orsakar risk för urspårning vid växel 313 på Akonniemi-sidan. Särskilt anmärkningsvärt i detta område på några meter är att Y/Q-förhållandet som beskriver urspårningskänsligheten åtskilliga gånger överskrider värdet 1,3 som betraktas som ett urspårningskriterium i dessa förhållanden, och det är ganska nära att Y/Q-förhållandet ska överskridas oavbrutet under hela denna sträcka. Dessutom hittades också andra punktvisa avvikelser i simuleringarna.
I simuleringarna jämfördes också Sob-vagnens köregenskaper med köregenskaperna för Sp-rundvirkesvagnen, som utrustats med samma boggi. På basis av simuleringen har vagnarna liknande köregenskaper. Således skulle även Sp-vagnarna löpa risk för urspårning vid det aktuella banavsnittet enligt simuleringen.
5 SLUTSATSER
I samband med alla de urspårningar som nu granskats finns det skäl att anta att urspårningen har påverkats av åtskilliga separata faktorer, vilka mycket sällan förekommer samtidigt. Om dessa faktorer uppstår samtidigt, kan de emellertid utgöra en risk för urspårning. De identifierade faktorerna är: spårets geometri, spårets skick, snö- och isförhållandena på spåret, stor friktion samt is som samlats på en vagn med styva köregenskaper och kan begränsa boggins rörelse.
Två av urspårningarna har inträffat alldeles i närheten av växeln V313. I dessa fall har växelns placering och genomförandesätt i kurvan varit en sannolik faktor i urspårningarna. I samband med mätningarna vid spåret i växelområdet konstaterades fel på spåret, vilka i simuleringen av vagnens köregenskaper konstaterades orsaka en allvarlig risk för urspårning längs en sträcka på flera meter från växeln mot Akonniemi.
Ett av fallen inträffade i närheten av plankorsningen vid Akonkuja, där spåret bildar en s-kurva. Kurvorna, spårets skick samt snö- och isförhållandena ökar tillsammans risken för en urspårning.
Urspårningarna har inträffat vid en tidpunkt då det funnits rikligt med snö och temperaturen har varit rejält under nollstrecket. Snö och is på spåret kan i betydande utsträckning öka risken att en tom och lätt vagn spårar ur. För att trafiken ska vara säker förutsätts ett fungerande vinterunderhåll. Vinterunderhållets andel i dessa urspårningar kunde inte längre kontrolleras, eftersom uppgifterna om urspårningarna hade erhållits med fördröjning. På motsvarande sätt kan friktionen mellan hjulet och rälsen vara mycket stor i kalla förhållanden. Stor friktion ökar risken för att hjulets kant stiger upp över rälsen.
Spåret vid Akonniemi trafikerades endast av Sob- och Soek-cisternvagnar och diesellok, vilket innebär att inga uppgifter om urspårning av andra vagnar var tillgängliga för detta banavsnitt. Sob-vagnar används för motsvarande transporter även i det övriga bannätet. I samband med denna granskning bekantade sig Olycksutredningscentralen med andra motsvarande spår där Sob-vagnar trafikerar. På basis av VR Group Ab:s avvikelserapporter är inga urspårningar vid dessa spår kända. Spåren skiljer sig från varandra sinsemellan, men trafikeringssättet motsvarar det i Varkaus. Alla spår indelas på samma sätt som i Varkaus i statens bannät och privatspår. Spårens geometri är olika, men alla har växlar och kurvor.
Förvaltaren av ett privatspår ska antingen ha ett säkerhetstillstånd för bannätsförvaltare som beviljats av Transport- och kommunikationsverket (Traficom) eller så ska förvaltaren göra en anmälan om sin verksamhet till Transport- och kommunikationsverket. En förutsättning för båda förfarandena är att bannätsförvaltaren har ett säkerhetshanteringssystem enligt Transport- och kommunikationsverkets föreskrift om förvaltning av privata spåranläggningar2 . Enligt föreskriften ska systemet för att hantera säkerheten innehålla en plan för underhåll av bannät och vid behov av fordon, - genom vilken man säkerställer att bannätet och vid behov fordonen tillhörande förvaltaren av privata spåranläggningar underhålls enligt kraven;
Enligt spårtrafiklagen3 ska fasta strukturella delsystem stämma överens med tekniska specifikationer för driftskompatibilitet och nationella rättsnormer i enlighet med denna lag. I fråga om spåret har dessa krav framställts i EU-kommissionens förordning 1299/20144, där de tekniska krav som ställs på spåret beskrivs. Dessa krav gäller även privatspår.
Trafikledsverket, som är förvaltare av det statliga bannätet, har utarbetat bantekniska anvisningar för statens bannät, vilka innehåller de förfaranden som tillämpas för att garantera att statens bannät uppfyller kraven i EU-kommissionens förordning. Anvisningarna innehåller mycket noggranna beskrivningar av bland annat de mätningar som krävs i banunderhållet och av underhållsåtgärderna.
I fråga om privatspår ansvarar varje förvaltare av ett privatspår för att definiera och ge anvisningar om motsvarande åtgärder för att säkerställa kompatibilitet med det som fastställs i EU-kommissionens förordning. I praktiken finns det stora variationer i underhållsnivåerna för privatspår. Även mätningarna som görs för att säkerställa trafikdugligheten varierar. Till exempel används mätnings-/kontrollvagnar sällan på privatspår, möjligen på grund av kostnaderna. Mätningskörningen med granskningsvagnen Emma som Olycksutredningscentralen nu lät göra på det granskade spåravsnittet var veterligen den första gången som en granskningsvagn användes på det aktuella spåravsnittet.
Kontrollerna av spåret och växlarna längs det granskade spåravsnittet, vilket förvaltas av Varkaus stad, görs enligt underhållsnivå 6 i Trafikledsverkets bantekniska anvisningar. Således är gränsvärdena för mätningarna och gränserna för reparationsåtgärder i fråga om spårnätet och växlarna de samma som på underhållsnivå 65 i Trafikledsverkets bannät.
I Finland finns över 100 förvaltare av privata spåranläggningar. Alla dessa spår är anslutna till statens bannät, som förvaltas av Trafikledsverket, och spåren trafikeras med samma fordon som i statens bannät. För att säkerställa en trygg trafik borde även spåret till alla delar uppfylla samma krav överallt. Detta skulle förutsätta gemensamma mätnings- och underhållsförfaranden.
Under våren 2023 har förvaltaren av den privata spåranläggningen i Akonniemi tillsammans med järnvägsoperatören definierat nya verksamhetsmodeller för trafiken, och den högsta hastigheten längs spåret är för närvarande 10 km/h. Efter det senast granskade fallet, 14.12.2022, har inga urspårningar inträffat i området.
På basis av granskningsarbetet bedömdes det att det inte finns något behov av en utredning. Därför inleder Olycksutredningscentralen ingen säkerhetsutredning av händelsen.
2 TRAFICOM/483445/03.04.02.00/2020.
3 28.12.2018/1302.
4 Kommissionens förordning (EU) nr 1299/2014 av den 18 november 2014 om tekniska specifikationer för driftskompatibilitet avseende delsystemet Infrastruktur i Europeiska unionens järnvägssystem.
5 Underhållsnivåerna i Trafikledsverkets bannät är 1–6, där 1 är högst och 6 är lägst. Dessutom är de högsta nivåerna på de snabbaste banavsnitten 1A och 1AA.
Publicerad 30.8.2023