RYZYKO W EKSPLOATACJI NAWIERZCHNI KOLEJOWEJproblemykolejnictwa.pl/images/PDF/145_1.pdf · z...

5

Prof. dr hab. inż. Henryk BałuchCentrum Naukowo-Techniczne Kolejnictwa

RYZYKO W EKSPLOATACJI NAWIERZCHNIKOLEJOWEJ

SPIS TREŚCI

1. Wstęp2. Narzędzia analizy ryzyka3. Ryzyko wynikające ze złego stanu nawierzchni kolejowej4. Doświadczenia wynikające z badań wypadków5. Konieczne działania w zakresie zwiększenia bezpieczeństwa eksploatacji nawierzchni

kolejowej w Polsce6. Wybrane zagadnienia związane z obliczaniem ryzyka w nawierzchni7. Metoda studium przypadku w szkoleniu z zakresu zapobiegania wypadkom8. Zakończenie

STRESZCZENIE

Zajmowanie się problematyką ryzyka w eksploatacji nawierzchni kolejowej, której uszko-dzenia mogą spowodować niebezpieczne wypadki, ma na celu zwiększenie bezpieczeństwa jazdy i bezpieczeństwa pracowników zatrudnionych przy utrzymaniu nawierzchni i jej na-prawach oraz modernizacji. Cel ten można osiągnąć poprzez istotne zwiększenie zasobów przeznaczanych na jej utrzymanie. Pomocne w tym działaniu mogą się okazać również pew-ne techniki szacowania ryzyka, odpowiednio ukierunkowane prace badawcze oraz szkolenia oparte na przykładach z konkretnych zdarzeń.

1. WSTĘP

Ryzyko towarzyszy każdej działalności i oznacza sytuację, w której wybór jednego z wariantów rozwiązań stwarza możliwości wystąpienia różnych niepożądanych zda-rzeń, przy czym prawdopodobieństwo tych zdarzeń jest znane. W przypadku, gdy praw-dopodobieństwo wystąpienia takich zdarzeń nie jest znane, przynajmniej w odniesieniu do jednej decyzji, zachodzi niepewność. Całkowite wyeliminowanie ryzyka nie jest możliwe, można natomiast nad nim zapanować poprzez kształtowanie świadomości ist-niejących zagrożeń oraz chęć ich zmniejszenia. Świadomość zagrożeń wynika m.in.

kolumny do druku.indd 5 2007-12-14 12:0�:4�

6

z opisu wypadków1 i analizy związków przyczynowo-skutkowych z tymi wypadkami powiązanymi.

W sensie matematycznym ryzyko, jako kategoria należąca do teorii decyzji, jest ilo-czynem prawdopodobieństwa i częstości występowania zagrożeń oraz skutków nega-tywnych dla zdrowia lub życia człowieka, środowiska naturalnego lub środków pracy (transportu). Natomiast w znaczeniu popularnym ryzyko jest rozumiane jako prawdopo-dobieństwo, że coś się nie uda. W obu przypadkach sposób szczegółowego traktowania ryzyka jest zależny od dziedziny, jakiej ono dotyczy.

Pogarszający się z każdym rokiem stan nawierzchni kolejowej w Polsce, głównie – chociaż nie wyłącznie – z powodu braku niezbędnych zasobów na jej utrzymanie, wy-maga zajmowania się ryzykiem na wszystkich szczeblach zarządzania eksploatacją dróg kolejowych. Zmniejszenie ryzyka, jakie stwarza zły stan nawierzchni, wymaga przede wszystkim zwiększenia nakładów na jej utrzymanie i poprawę stylu zarządzania. Zdając sobie sprawę z tego, że istotne zwiększenie nakładów na utrzymanie nie nastąpi w krót-kim czasie, trzeba położyć większy nacisk na wspomniane już kształtowanie świadomości istniejących zagrożeń. Świadomość tę przyswaja się, korzystając z różnych sposobów, głównie poprzez odpowiednie szkolenia. Rosnąca świadomość ryzyka wywołuje bowiem chęć jego zmniejszenia. Pod określeniem zainteresowanie się ryzykiem należy rozumieć przede wszystkim określenie, gdzie to ryzyko występuje, jakie są jego przyczyny, jak jest wielkie i jakie mogą być jego skutki. Znając odpowiedzi na te pytania, należy następnie ustalić, co trzeba uczynić, by ryzyko to wyeliminować lub ograniczyć. Korzyścią uzy-skaną z takich działań, które są obecnie nazywane często „zarządzaniem ryzykiem”, jest zmniejszenie zagrożeń.

Celem tego artykułu jest rozszerzenie świadomości o istniejących zagrożeniach, wyni-kających ze złego stanu nawierzchni i przedstawienie pewnych możliwości zmniejszenia tych zagrożeń poprzez prace związane z ryzykiem i właściwie prowadzone szkolenia.

Sposobom rozpoznawania i oceny ryzyka poświęcono już wiele prac ogólnych i książek, np. [15, 19]. W USA działa od roku 1981 r. Stowarzyszenie Analiz Ryzyka (Society for Risk Analysis), wydające 4 biuletyny rocznie i międzynarodowe czasopismo Risk Analysis, zamieszczające artykuły z wielu dziedzin nauki, techniki, medycyny itp. Na temat ryzyka wydano też liczne zbiory materiałów konferencyjnych, np. [29].

2. NARZĘDZIA ANALIZY RYZYKA

Ocena ryzyka (Risk assessment) polega na dokładnym sprawdzeniu, co w danej działalnoś-ci może być zagrożeniem dla ludzi, środowiska itp. Jej celem jest sprawdzenie, czy podjęto wystarczające środki zapobiegawcze. Obejmuje ona zadania przedstawione na rysunku 1.

Często stosowaną zasadą analizowania ryzyka jest oddzielenie jego rozpoznawania, lub inaczej – identyfikacji, od dokładnej oceny i pomiaru. Rozpoznanie ryzyka polega na określeniu wszyst-kich możliwych jego przyczyn oraz na ustaleniu bezpośrednich i pośrednich skutków zdarzeń. Niekiedy już samo usystematyzowanie udokumentowanej informacji o przyczynach i skutkach zdarzeń, zwłaszcza katastrof, prowadzi do zmiany w traktowaniu problemów bezpieczeństwa.

1 W artykule tym, stanowiącym rozwinięcie referatu [6], pojęcie wypadku jest rozumiane jako wszystkie niebezpieczne wydarzenia, które wystąpiły lub mogą wystąpić. Warto jednak zwrócić uwagę, że według ustawy z dnia 28 marca 2003 o transporcie kolejowym (Dz.U. z dnia 17 maja 2003) wypadkiem jest zdarzenie polegające na zderzeniu, najechaniu, wykolejeniu lub starciu pojazdów kolejowych. Katastrofa kolejowa to wypadek, na skutek którego wystąpiły ofiary w ludziach lub znaczne straty materialne. Niektóre sformułowania w tej ustawie budzą dyskusję [31]


7

Znane są liczne ilościowe i jakościowe metody identyfikacji zagrożeń. Jedną z nich są listy kontrolne, nazywane też sprawdzianami. Ich istota polega na udzielaniu odpowiedzi na pytania dotyczące funkcjonowania różnych urządzeń, co ułatwia wyłonienie problemów, które powinny być szczegółowo przeanalizowane. Liczba tych pytań, w odniesieniu nawet do jednego zagadnienia, może być bardzo duża (nawet kilkaset). Na liście kontrolnej doty-czącej tylko wyboczeń toru bezstykowego można by było umieścić kilkadziesiąt pytań.

Odpowiadając na takie pytania, zwraca się mimo woli uwagę na szczegóły, które w innych przypadkach mogłyby być pominięte.

Często stosowaną metodą jest analiza awaryjności, która polega na określaniu wszystkich możliwych zagrożeń i typów wypadków, które się już wydarzyły. Analizuje się przy tym przyczyny, które do tych wypadków doprowadziły.

Szerokie zastosowanie w przemyśle znalazła metoda należąca do grupy metod poglądo-wych, nazywana w skrócie HAZOP (Hazard and Operability Analysis), oparta na burzy mózgów. Przeprowadzenie całości analizy HAZOP ułatwiają opracowane do tego celu programy komputerowe. Jednym z nich jest Isograph Reliability Software11. W metodzie HAZOP identyfikuje się zagrożenia poprzez badanie odchyleń od warunków normalnych, określa się ich przyczyny oraz skutki i w końcu ustala się działania zapobiegawcze.

Inną grupą metod ułatwiających wykrycie zagrożeń i opracowanie scenariuszy awaryjnych są metody analityczne. Do licznych metod w tej grupie należą metody drzew FTA – Fault Tree Ana-lysis, czyli metoda drzewa błędów (uszkodzeń) i ETA – Event Tree Analysis, tj. metoda drzewa zdarzeń. Metody drzew pokazują logiczną zależność między uszkodzeniami urządzeń, błędami człowieka i przyczynami zewnętrznymi oraz prawdopodobieństwem wystąpienia wypadków.

Inna metoda, zwana porównawczą, wykorzystuje wyniki uzyskiwane z metod już wymie-nionych, np. list kontrolnych, HAZOP itp. w odniesieniu do już zaistniałych wypadków.

Zalecaną metodą oceny ryzyka jest też metoda analizy najsłabszych ogniw, która powin-na obejmować czynniki subiektywne i obiektywne. W pewnych przypadkach najsłabszym ogniwem mogą być pracownicy i ich nastawienie do ryzyka oraz wiedza specjalistyczna. Nastawienie pracowników różnych szczebli może ograniczać wystąpienie zagrożeń lub też

1 www.isograph.com

Rys. 1. Kolejne kroki w ocenie ryzyka


8

je podwyższać. Systematyczne podnoszenie kwalifikacji, obejmujące również problematykę ryzyka, wpływa na właściwe pojmowanie zagrożeń.

Analizy ryzyka wykonuje się metodą top-down, czyli z góry do dołu oraz bottom up, tj. z dołu do góry. W metodzie top-down uwzględnia się wcześniej zaistniałe wypadki. Ty-powym przykładem tego podejścia są właśnie drzewa błędów. Nie ma jednak pewności, że znane wypadki wyczerpują wszystkie możliwe zdarzenia. Z tego więc powodu stosuje się również indukcyjną metodę bottom-up, polegającą na dzieleniu całego systemu na podsy-stemy i analizowaniu kombinacji wszystkich błędów. Ogólne algorytmy tych podejść można znaleźć w referacie [24].

W szczegółowych obliczeniach ryzyka stosuje się różne wzory empiryczne. Wzory takie znajdują się nawet w oficjalnych dokumentach, jak np. w dokumencie [28], w którym poda-no wzór na obliczanie ryzyka wypadków na skrzyżowaniach kolei z drogami. Na skrzyżo-waniu obciążonym ruchem 5000 pojazdów samochodowych na dobę i 5 pociągów na dobę w wyniku obliczeń otrzymano 1 wypadek na 10 lat.

Z oceną ryzyka wiąże się określenie jego dopuszczalności. Znana jest w tym zakresie zasada ALARP (As Low As Reasonably), określająca obniżenie ryzyka do poziomu moż-liwie najmniejszego, lecz racjonalnie uzasadnionego czynnikami społecznymi, technicz-nymi i ekonomicznymi. Trudne jest zwłaszcza określenie ryzyka wypadków śmiertelnych. Kryteria dopuszczalności takich wypadków są podawane w pewnych gałęziach przemysłu, w których rozróżnia się trzy kategorie ryzyka: niedopuszczalne, tolerowane i akceptowalne. Również w kolejnictwie określa się już kryteria dopuszczalnego ryzyka indywidualnego oraz ryzyka społecznego [14].

Działalność powstałej w 2004 r. Europejskiej Agencji Kolejowej (ERA – European Rail Agency) ma na celu m.in. wprowadzenie wspólnych wskaźników bezpieczeństwa. Wskaź-niki te powinny się znaleźć w systemie GIS-RAIL. W pracach [4,7] zdefiniowano je w zakresie nawierzchni kolejowej.

3. RYZYKO WYNIKAJĄCE ZE ZŁEGO STANU NAWIERZCHNI KOLEJOWEJ

3.1. Uwagi ogólne

Ryzyko w eksploatacji nawierzchni należy rozpatrywać w dwóch aspektach:1) jako wysokość prawdopodobieństwa szeroko rozumianej maksymalnej straty;2) jako prawdopodobieństwo wystąpienia określonego ryzyka.

W dyskusjach na temat ryzyka można się spotkać niekiedy z poglądami, że bezpieczeń-stwo w kolejnictwie oparte jest głównie na setkach i tysiącach doświadczeń z zaistniałych wypadków. Nie negując dużej wartości wiedzy wyniesionej z badań wypadków, zwraca się jednak coraz częściej uwagę na to, że czysty empiryzm nie może doprowadzić do zwięk-szenia bezpieczeństwa systemu ponad poziom, który już został osiągnięty. Opierając się na takim założeniu, koleje japońskie już w 1993 r. rozpoczęły, we współpracy z Massachusetts Institute of Technology (MIT), badania nad adaptacją do swoich celów metod oceny ryzyka, stosowanych w przemyśle nuklearnym USA [16]. Istota wprowadzonej metody polega na:1) zdefiniowaniu jednostek ryzyka;2) opracowaniu scenariuszy możliwych wypadków;


9

3) ocenie prawdopodobieństwa zaistnienia wypadków;4) ocenie skutków;5) obliczeniu ryzyka.

Jako jednostkę ryzyka przyjęto liczbę wypadków śmiertelnych w ciągu roku na sieci kolei wschodnio-japońskich. Scenariusze możliwych wypadków opisywano bardzo szczegółowo, podając ich przyczyny i skutki. Istotną, napotkaną trudnością było zróżnicowanie skutków wypadków wywołanych tymi samymi przyczynami. Chcąc temu zaradzić, podzielono sce-nariusze wypadków na dwie części, podając oddzielnie przyczyny i warunki, w jakich mogą zaistnieć. Do warunków zaliczono: prędkość pociągu, jego masę i masę przeszkody, na jaką natrafia. Ocenę prawdopodobieństwa wypadków oparto na statystykach, zachowując jednak ostrożność w traktowaniu wartości zerowych. Założono mianowicie, że brak w statysty-kach pewnych wypadków przewidzianych w scenariuszach nie oznacza, iż nie mogą one wystąpić. Biorąc to pod uwagę, jako wypadki potraktowano incydenty. W bazie danych o wypadkach i incydentach te ostatnie stanowią 97% wszystkich rekordów. Opierając się na opiniach ekspertów, opracowano m.in. funkcję wyrażającą procent ofiar śmiertelnych wśród pasażerów przy zderzeniu pociągu z przeszkodą o określonej masie i przy założonej pręd-kości. Z wykresów opracowanych w ten sposób funkcji wynika, że w pociągu, który przy prędkości 160 km/h zderzy się z przeszkodą o masie 150 ton, zginie ok. 25% pasażerów, przy prędkości zaś 300 km/h – 80 do 100%. W metodzie tej nie uwzględniano wpływu stanu nawierzchni kolejowej na bezpieczeństwo jazdy.

Wszystkie analizy ryzyka są w kolejnictwie niepewne. Liczbowe kryteria oceny ryzyka w nawierzchni również zawierają tę niepewność. Najważniejszą postacią ryzyka wynika-jącego ze stanu nawierzchni kolejowej są wykolejenia pociągów i ich skutki. Nie jest to jednak niebezpieczeństwo jedyne, znane są bowiem wypadki zranienia i śmierci pracow-ników zatrudnionych przy robotach torowych, m.in. wskutek wyboczeń torów, na których nie znajdowały się żadne pociągi. Takim wypadkiem, który spowodował śmierć spawacza i zranienie dwóch innych robotników, było wyboczenie toru podczas ujemnej temperatury na szlaku Lewin Brzeski – Łosiów [9]. Przyczynami wykolejeń na PKP ze skutkami śmier-telnymi były również rażące błędy w wykonawstwie robót, jak np. niezabezpieczenie za-mknięcia nastawczego rozjazdu, po jego regulacji, sworzniem bezpieczeństwa.

Opracowanie scenariuszy wypadków spowodowanych stanem nawierzchni wymaga naj-pierw pogrupowania ich przyczyn. Z dostępnej literatury wynika, że wprowadza się tu zbyt wiele uproszczeń. I tak np. w pracy [40] rozróżnia się tylko dwie przyczyny wykolejeń, mających swą genezę w nawierzchni, tj. pęknięcia szyn oraz wyboczenia torów. W drzewie uszkodzeń, przedstawionym w pracy [14], do jednej z czterech grup przyczyn wykolejeń pociągu pasażerskiego, nazwanej uszkodzeniami toru, zaliczono uszkodzenie rozjazdu, wy-boczenia, wichrowatość i pęknięcia szyn. Trzy pozostałe grupy to: przeszkoda na torze, nadmierna prędkość i uszkodzenie układu biegowego.

3.2. Prace badawcze i aplikacje komputerowe związane z oceną ryzyka w nawierzchni

Istnieje znaczna liczba aplikacji komputerowych ułatwiających ocenę stanu nawierzchni pod kątem niepożądanych skutków, jaki ten stan może wywołać. Ramy artykułu umożli-wiają jedynie krótkie scharakteryzowanie niektórych spośród tych aplikacji. I tak np. do oceny ryzyka pęknięć szyn opracowano w USA program komputerowy pod nazwą Rail-Test, wykorzystujący wyniki kontroli defektoskopowej i wiek szyn [40]. Uwzględniając te cechy, podzielono sieć kolejową na odcinki o różnym stopniu podatności na pękanie szyn,


10

określając prawdopodobieństwo ryzyka w skali rocznej, w czterech wielkościach, tj. 0,001, 0,01, 0,03 i 0,06. Podział ten i idące za nim usprawnienia kontroli defektoskopowej na ko-lei Burlindton Northern Santa Fe (BNSF), eksploatującej 40 tys. km torów, spowodowały zmniejszenie pęknięć szyn o 28% i wykolejeń spowodowanych tymi pęknięciami o 33%. W tym samym czasie na innych liniach, na których nie wprowadzono tych innowacji, oba wymienione wskaźniki wzrosły. Zastosowanie tej aplikacji na kolejach w Szkocji przyczy-niło się również do poprawy bezpieczeństwa.

Rozwój wad wewnętrznych w szynach nie jest jednakowy; w fazie początkowej rosną one wolniej, w stadium zaś końcowym – znacznie szybciej. Zmienne jest również praw-dopodobieństwo ich wykrycia. Z badań amerykańskich [18] wynika, że największy wpływ na intensywność rozwoju wad ma temperatura, poziom naprężeń wewnętrznych, położenie szyn w łuku i ich typ. Zaskoczeniem jest natomiast stwierdzenie, że mały wpływ wywiera moduł sztywności i umiejscowienie wady. Przyjmuje się tam, że przeniesione obciążenie, od chwili wykrycia wady do jej powiększenia grożącego złamaniem szyny, wynosi 40 Tg. Czę-stość kontroli szyn określa się, wychodząc z założenia, że w przedziale czasu między tymi kontrolami na długości 1 mili (1,609 km) wskaźnik uszkodzeń może wynieść 0,1. Według tych samych badań prawdopodobieństwo wykrycia wad obejmujących określony procent powierzchni główki szyny wynosi:– powierzchnia [%] 10 20 40 60 80,– prawdopodobieństwo [%] 25 60 90 99 100.

Przepisy kolei USA stanowią, że na torze z szynami mającymi wady, które obejmują mniej niż 40% powierzchni główki szyny, dopuszczalna prędkość wynosi 5 mil/h. W przypadku powierzchni większej lub niemożliwej do określenia, przy której przyjmuje się, że jest więk-sza od 40%, tor zamyka się do czasu zabezpieczenia miejsca z wadą łubkami skręconymi na wszystkie śruby [12].

Metody monitorowania sił podłużnych w torze są ciągle jeszcze niedoskonałe. W USA opracowano więc metodę oceny wrażliwości torów na wyboczenia, dzieląc szlaki na krótkie odcinki o długości 0,2÷0,4 km. Na kolejach BNSF wyodrębniono ponad 130 tys. odcinków o średniej długości 300 m. Wskaźnik ryzyka wyboczeń dla każdego takiego odcinka oblicza się, korzystając z teorii stateczności i uwzględniając warunki miejscowe. Wskaźnik ryzyka odpowiada ekwiwalentnemu wzrostowi temperatury ponad temperaturę neutralną. Najwyż-szy wskaźnik ryzyka – ponad 80 – przypisano 30. odcinkom (0,02% całości), a duże ryzyko wyboczeń wyrażone wskaźnikiem 70÷79 charakteryzuje 961 odcinków (0,72%). Na odcin-kach tych przeprowadzono dodatkowe kontrole lub wykonano wyrównanie naprężeń.

W związku z budową nowej linii kolejowej w Wielkiej Brytanii Channel Tunnel Rail Link opracowano model ryzyka wypadków kolejowych TARM (Train Accident Risk Model). zawie-ra on scenariusze wypadków w różnych charakterystycznych miejscach tej linii (nasyp na szla-ku, wiadukt, tunel itp.) [14]. Na liniach eksploatowanych w tym kraju syntetycznym wskaźni-kiem wypadkowości jest wskaźnik o symbolu PIM. Określa on wypadki na milion pociągomil, przy czym jako podstawę odniesienia, równą 100, przyjęto liczbę wypadków na koniec marca 2002 r. Uwzględniane są przy tym zderzenia pociągów, wykolejenia, pożary i najechanie na po-jazdy na przejazdach w poziomie szyn. W latach 2005 – 2006 wskaźnik ten przekraczał nieco 80, co oznaczało poprawę w stosunku do roku 2002. Około 65% wypadków na kolejach angielskich przypada na infrastrukturę, tzn. wynikają one wskutek nierówności toru, pęknięć szyn, rozmycia podtorza itp. Dużą pozycję stanowią również wypadki na przejazdach [25].

W ostatnim czasie do badań wypadków kolejowych została zaadoptowana metoda WBA (Why-Because-Analyse), opracowana w Uniwersytecie Bielefeld, przeznaczona pierwotnie do badań wypadków lotniczych. Jej wynikiem jest schemat zależności przyczynowo-skut-kowych analizowanych zdarzeń [21].


11

Wydawnictwem książkowym, poświęconym w głównej części wykolejeniom, jest mono-grafia Łysiuka [22], niestety bardzo ostro skrytykowana przez wybitnego i nieżyjącego już specjalistę rosyjskiego prof. M. F. Verigo [36]. W książce tej znajduje się istotnie dużo tez dyskusyjnych, a nawet błędnych. Prof. Verigo obala m.in. twierdzenie autora, że wyboczenie toru nie może nigdy wystąpić pod pociągiem, przytaczając źródłowe dane amerykańskie1, według których na 117 tys. km toru występowało 1100÷1200 wyboczeń rocznie, z czego ponad 100 kończyło się wykolejeniem. Na wybranych odcinkach linii klasy 3÷5 o długości 17 tys. km analizowano tam wyboczenia toru bezstykowego w ciągu 2,5 roku. Wyboczeń tych było łącznie 479, z czego 81% powstało w okresie od maja do lipca w godzinach od 12.00 do 18.00. Spośród 65 wykolejeń spowodowanych tymi wyboczeniami 44 wystąpiły w środkowej części pociągu, tj. za 10 wagonem, licząc od lokomotywy, 4 zaś bezpośrednio przed lokomotywą. Jako bezzasadne uznaje prof. Verigo twierdzenie autora, że przyczyną wykolejeń jest nadmiar przechyłki w łukach. Zarzucając autorowi książki brak jakichkol-wiek cytowań prac zagranicznych, prof. Verigo powołuje się w swej argumentacji, m.in. na polską literaturę. Poglądy W. Łysiuka zostały również skrytykowane w pracy [23].

Spośród artykułów poświęconych wykolejeniom warto wymienić artykuł [39], w którym wskazano, że znany wzór Nadala jest jednym z najbardziej praktycznych sposobów określa-nia granic bezpiecznej jazdy, jednocześnie zwracając uwagę na jego mniejszą użyteczność w przypadku bardzo małych kątów nabiegania. Wywody teoretyczne, zawarte w tej pracy, podbudowano badaniem modeli zestawów kołowych wykonanych w skali 1:5.

Współczynnik wykolejenia, tj. stosunek sił poziomych Y do pionowych Q na styku koła z szyną, był przedmiotem artykułu [32]. Stwierdzono w nim wzrost liczby wykolejeń lek-kich wagonów pociągów podmiejskich w łukach o małych promieniach przy mniejszych prędkościach jazdy. W rozważaniach uwzględniono wpływ wichrowatości toru i odkształ-cenia toków szynowych w strefie styków. Obliczone w ten sposób wartości współczynnika wykolejenia wykazały zgodność z pomiarami.

W pracy [30] znajduje się stwierdzenie, że przy współczynniku wykolejenia Y/Q równym 1,2 prawdopodobieństwo bezpieczeństwa (tj. uniknięcie wykolejenia) wynosi 0,95, a przy wartości tego współczynnika 0,8 prawdopodobieństwo to zbliża się do 1. W rozważaniach tych nie jest jednak uwzględniany czas działania impulsu siły Y, odgrywający znaczną rolę w ocenie bezpieczeństwa [10,17].

W artykule [35] przedstawiono próbę opracowania modelu, który na podstawie wyników po-miarów toru oraz znanych charakterystyk taboru umożliwiłby określenie potencjalnego niebez-pieczeństwa wykolejeń. Podano, że najczęstsze są wykolejenia w łukach próżnych wagonów, mających wysoko położony środek ciężkości. Do oceny niebezpieczeństwa tego typu wykolejeń zastosowano analizę spektralną pomierzonych nierówności toru, przyjmując dyskusyjną tezę, że przyczyną tych wykolejeń jest duże zużycie boczne szyn, spowodowane nadmierną przechyłką. Analiza jednego z wykolejeń – zawarta w tym artykule – pozostawia wiele wątpliwości, które wyłaniają się wówczas, gdy na podstawie podanych wymiarów obliczy się parametry kinema-tyczne w miejscu wejścia obrzeża koła na szynę (bliska zera wartość niezrównoważonego przy-spieszenia i zużycie boczne główki szyny 10 mm, co wyklucza przekroczenie niebezpiecznej wartości kąta nachylenia 60°). Ponadto autor twierdzi, że wyniki pomiarów są ze sobą ściśle skorelowane, podczas gdy niektóre współczynniki korelacji wynoszą tylko 0,4.

W celu wyjaśnienia, przy jakich nierównościach toru dochodzi do wykolejeń, przeprowa-dzono w Japonii eksperyment na torze o szerokości 1067 mm [27]. Powodem przystąpienia do tego eksperymentu był fakt, że w ciągu 10 lat wydarzyło się 28 wykolejeń, których przyczynę zakwalifikowano do grupy „nieznane”. W torze przeznaczonym do eksperymentu

1 Bulletin AREA No. 684


12

wykonano celowo nierówności pionowe i poziome. Na 150 przeprowadzanych jazd ekspe-rymentalnych wydarzyło się 15 wykolejeń, w tym również z przewróceniem się wagonów. Eksperyment ten umożliwił wyciągnięcie wniosków o charakterze przyczynkowym.

Eksperymenty czynne, prowadzące do wykolejeń wagonów, są również opisane w pracy [30]. Ich celem był pomiar przyspieszeń pionowych wykolejonych wagonów toczących się po podkładach. Znajomość tych przyspieszeń jest niezbędna do skonstruowania przyrządu, który uruchamiałby hamowanie wykolejonego pociągu.

Z tych i podobnych prac dotyczących bezpieczeństwa jazdy można wyciągnąć wniosek, że zbudowanie modeli, które uwzględniałyby wszystkie istotne wielkości w torze i pojazdach szynowych, jest niezwykle trudne. Istniejące, profesjonalne pakiety symulacji współdziałania pojazdów szynowych z torem, przy tych samych danych opisujących tor i pojazd, dają wyniki różniące się między nimi i odbiegające dość znacznie od wyników pomiarów [26]. Biorąc to pod uwagę, można dojść do wniosku, że w ocenie przyczyn wykolejeń przez długi jeszcze czas dużą rolę będzie spełniać doświadczenie, intuicja i wiedza ekspertów. Tym większego więc znaczenia nabiera budowa bazy wiedzy diagnostyki nawierzchni kolejowej [4, 5].

4. DOŚWIADCZENIA WYNIKAJĄCE Z BADAŃ WYPADKÓW

Analiza i wyjaśnienie przyczyn wypadku oraz proponowane środki zaradcze, zawarte w sprawozdaniu, które powstaje w niedługim czasie od zaistniałego wydarzenia, są zwykle wystarczającą, końcową dokumentacją faktograficzną i nie wymagają ponownych rozwa-żań. W tej zasadzie można jednak spotkać wyjątki. Wyjątkiem takim jest np. raport końco-wy [34] opublikowany po prawie sześciu latach od głośnej katastrofy, która wydarzyła się 17 października 2000 r. w Hadfield. Spośród 170 pasażerów i 9 członów załogi zginęły wów-czas 4 osoby, a ponad 70 zostało rannych. Raport ten, zawierający 140 stronic i 10 załączników wielostronicowych, nie zmienia podstawowej przyczyny wykolejenia pociągu, jadącego z prędkością 185 km/h po szynie, która rozpadła się na ponad 300 kawałków wsku-tek pęknięć zmęczeniowych, pochodzących od rys na zaokrągleniu główki (head-che-cking). Oprócz dość szczegółowej dokumentacji technicznej, w raporcie tym przedsta-wiono też gruntowną, krytyczną analizę postępowania wszystkich szczebli zarządzania infrastrukturą kolejową w Anglii oraz przedsiębiorstw utrzymujących nawierzchnię; szczegółowo rozliczono ustalenia podjęte w różnych fazach badania tego wypadku i porównano z ich realizacją w okresie do lipca 2006 r. Liczba wypadków po katastrofie w Hadfield zmalała. Pęknięcia szyn zmniejszyły się od 938 w roku 1999 do około 300 rocznie w latach 2004 – 2005. Wzmocniono zasadniczo diagnostykę nawierzchni uznaną za podstawowe narzędzie służące nowej filozofii utrzymania, zawartej w słowach: mie-rzyć, przewidywać, zapobiegać. Jednym z podjętych i realizowanych zadań, wyszczegól-nionych w omawianym raporcie, jest szkolenie personelu technicznego z zakresu ryzyka. Udostępnienie tego raportu w Internecie ma dodatkową wymowę i jest przykładem rze-telnego przedstawiania okoliczności, które przyczyniły się do katastrofy i jak można było temu zapobiec.

W literaturze polskiej do rzadkości należą publikacje techniczno-naukowe zawierające pogłębione studia nad wypadkiem o szczególnym znaczeniu i nie często omawia się takie wypadki na spotkaniach technicznych [6]1. Stan taki, zdaniem autora, wynika z trudności pro-

1 Zwięzłe opisy kilkudziesięciu katastrof kolejowych można znaleźć na stronie internetowej Grzegorza Petki (www.pl. wikipedia/org/wiki/Katastrofy kolejowe w Polsce).

kolumny do druku.indd 12 2007-12-14 12:0�:44

1�

wadzenia dociekliwych studiów nad złożonymi przyczynami wykolejeń lub z niechęci poru-szania pośrednich związków przyczynowo-skutkowych, tkwiących w sferach systemowych. Do tej ostatniej kategorii należy m.in. odpowiedzialność za bezpieczeństwo w kolejnictwie wyższych szczebli zarządzania, które powinny mieć świadomość tego, jakie są i mogą być następstwa chronicznych niedoborów zasobów niezbędnych do utrzymania infrastruktury.

5. KONIECZNE DZIAŁANIA W ZAKRESIE ZWIĘKSZENIA BEZPIECZEŃSTWA EKSPLOATACJI NAWIERZCHNI KOLEJOWEJ

W POLSCE

Zapewnienie bezpieczeństwa eksploatacji dróg kolejowych w Polsce wymaga przede wszystkim istotnego zwiększenia, w najbliższych latach, zasobów przeznaczonych na ich modernizację i utrzymanie. Bez spełnienia tego warunku inne działania, proponowane m.in. w tym artykule, nie zmienią trendu szybko postępującej degradacji infrastruktury drogowej kolejnictwa i mogą jedynie w pewnym stopniu przyczynić się do zmniejszenia rozmiaru grożących wypadków oraz innych zdarzeń niepożądanych.

Realna groźba wzrostu wykolejeń spowodowanych stanem nawierzchni wymaga, by zagad-nienia bezpieczeństwa stały się przedmiotem zaplanowanych na dłuższy czas i konsekwentnie wykonywanych prac badawczo-wdrożeniowych, działań organizacyjnych oraz ustawicznego podnoszenia teoretycznej i praktycznej wiedzy zawodowej pracowników. Nie czekając więc na opracowanie wspólnych metod oceny bezpieczeństwa (Common Safety Methodology) przez Europejską Agencję Kolejową, należałoby podjąć, w możliwie najkrótszym czasie, m.in. na-stępujące przedsięwzięcia:1. Rozpoczęcie cyklu prac badawczych ukierunkowanych na zwiększenie bezpieczeństwa

eksploatacji nawierzchni, szczególnie zaś rozjazdów kolejowych i torów bezstykowych, zbudowanie systemu monitorowania szyn [5], rozpoczęcie prac nad bazą wiedzy diag-nostyki nawierzchni [4] i opracowanie metody obliczeń ryzyka wynikającego ze stanu nawierzchni. Przytoczone w rozdziale 3 doświadczenia USA uzasadniają skuteczność posługiwania się pracami badawczymi z zakresu monitorowania nawierzchni. Można też sądzić, że wyniki obliczeń ryzyka byłyby mocnym argumentem przemawiającym za zdecydowanym zwiększeniem nakładów na utrzymanie nawierzchni. Pogłębienie znajomości zjawiska rozwoju wad w szynach umożliwiłoby bardziej racjonalne plano-wanie kontroli defektoskopowych. Mając dużą liczbę przykładów pęknięć szyn z po-wodu rozwiniętych wad i opis warunków konstrukcyjno-eksploatacyjnych, w których znajdowała się dana szyna, można by było zbudować sztuczną sieć neuronową, która wskazywałaby prawdopodobieństwo pęknięcia innej szyny przed kolejną kontrolą de-fektoskopową [8]. Wprowadzenie tego narzędzia do praktyki oznaczałoby zastąpienie stałych cykli kontroli defektoskopowych cyklami zmiennymi. Zebranie dużej liczby przykładów pęknięć szyn z powodu wad, w dzisiejszym stanie taniej fotografii cyfro-wej, nie wydaje się trudne. Wystarczyłoby więc dołączać do starannie sporządzonego raportu o wyjętej szynie makrofotografię jej przekroju.

2. Opracowanie wskaźników bezpieczeństwa we wszystkich dziesięciu grupach tematycz-nych systemu GIS-RAIL [3, 7], z uwzględnieniem wspólnych wskaźników bezpieczeń-stwa wynikających z ustaleń Europejskiej Agencji Kolejowej i wypróbowanie opracowa-nych modułów systemu GIS-RAIL we wdrożeniu pilotażowym.

kolumny do druku.indd 1� 2007-12-14 12:0�:44

14

3. Zbudowanie lub modyfikacja bazy wypadków i zdarzeń kolejowych – z oparciem jej na nowych wskaźnikach bezpieczeństwa – współpracującej z systemem GIS-RAIL. Baza ta, poza jej wykorzystaniem w funkcjach sprawozdawczych, miałaby na celu gromadzenie i udostępnianie niezbędnych danych do obliczeń ryzyka oraz zasilanie bazy wiedzy diag-nostyki nawierzchni kolejowej. Powiązanie bazy wypadków i zdarzeń z odpowiednimi modułami GIS-RAIL oraz z takimi istniejącymi już aplikacjami jak SOKON, SOHRON i aplikacjami planowanymi stanowiłoby podsystem zarządzania bezpieczeństwem infra-struktury kolejowej. Jego podstawowymi funkcjami byłyby:a) monitorowanie stanu infrastruktury [2],b) prognozowanie zagrożeń i wczesne ostrzeganie.Bez dysponowania odpowiednim zbiorem informacji o wypadkach i wydarzeniach,

opartych na jednolitych wskaźnikach, ocena ryzyka będzie utrudniona, a jej miejsce zajmie niepewność.4. Opracowywanie scenariuszy wykolejeń spowodowanych stanem nawierzchni. Scenariu-

sze takie – uwzględniające wielorakie przyczyny i różne warunki, w jakich może dojść do wykolejeń – miałyby dwa podstawowe cele:

1) wyczulenie zainteresowanych pracowników na możliwy splot różnych przyczyn, pro-wadzących do wykolejeń i przez to podjęcie w porę skutecznych działań zapobiegaw-czych;

2) ułatwienie przygotowań do działań w warunkach kryzysowych. Scenariusze wykolejeń i sposobów usuwania ich skutków są zwłaszcza przydatne w ta-

kich przypadkach, jak wykolejenia na niekonwencjonalnych odcinkach konstrukcji na-wierzchni, na których przywracanie ruchu może zająć nawet kilkanaście dni.

Scenariusze wypadków spowodowanych stanem nawierzchni należałoby podzielić, pod względem genezy wykolejeń, na następujące grupy:

Wyboczenia torów. Wyboczenia są tym rodzajem uszkodzeń torów, najczęściej o przebie-gu nagłym, w których częstość wykolejeń jest stosunkowo duża, a symptomy wskazujące na możliwość ich wystąpienia mogą nie być łatwo rozpoznawalne.

Wyboczenia rozjazdów. Występują rzadziej niż wyboczenia torów, niosą jednak skutki po-dobne [10]. W przypadku, gdy wyboczenie obejmuje część toru i część rozjazdu, należy zakwalifikować je jako wyboczenia rozjazdu1.

Pęknięcia i złamania szyn w torach. Pęknięcia lub złamania szyn w rozjazdach, skrzyżowaniach torów lub pęknięcia części

składowych rozjazdów (iglic, opornic, krzyżownic), przyrządów wyrównawczych na mo-stach i wyrzutnicach płozów hamulcowych, inne uszkodzenia elementów rozjazdów bądź ich brak (np. sworzni bezpieczeństwa).

Niewłaściwe wymiary toru. Do tej grupy należałyby wypadki wynikające wskutek prze-kroczeń szerokości i nierówności torów (pionowych, poziomych, wichrowatości, gradien-tów), dużych kątów nabiegania kół, przekroczonych granicznych kątów zużycia boczne-go szyn, nadmiernych luzów w stykach szyn, dużych odkształceń trwałych i sprężystych toków szynowych. Pomijane byłyby przy tym przyczyny przekroczonych wymiarów, a zatem nie brano by pod uwagę, czy np. duża nierówność pionowa została spowodowana odkształceniami podsypki, czy też spróchniałymi podkładami.

Niewłaściwe wymiary rozjazdów i skrzyżowań torów, tj. szerokości torów i żłobków, odległości iglic odsuniętych od opornic, luzów między iglicami i opórkami, luzów w stykach szyn.

Deformacje torów wynikające wskutek dużych i nagłych odkształceń podtorza lub podło-ża, jak osuwiska, szkody górnicze, podmycia, wysadziny itp.

1 Przykładem może tu być wyboczenie rozjazdu typu S42 na stacji Medyka pokazane już w kilku książkach, ostatnio w książce [33].


15

Podział ten spełnia warunki pełności i rozdzielczości, tzn. nie pozostanie poza nim ża-den wypadek i nie będzie wątpliwości, do której grupy rozpatrywany wypadek zaliczyć. Pod pojęciem stanu nawierzchni należy rozumieć w tym podziale stan ukształtowany pod wpływem obciążeń, sił przyrody lub działań człowieka. Podział ten powinien zna-leźć również odzwierciedlenie w budowie bazy wypadków i wydarzeń kolejowych.

6. WYBRANE ZAGADNIENIA ZWIĄZANE Z OBLICZANIEM RYZYKA W NAWIERZCHNI

6.1. Znaczenie danych faktograficznych

Stopień trafności obliczeń ryzyka zależy głównie od wiarygodności danych faktograficznych. Obserwacje i analizy wielu opisów zdarzeń związanych z nawierzchnią prowadzą do wniosku, że w tym zakresie istnieją duże możliwości usprawnień. Warto więc przypomnieć, że celem gro-madzenia informacji faktograficznych jest dokumentowanie sytuacji problemowych, w których wystąpiły określone zdarzenia. Gromadzenie informacji faktograficznej jest konieczne w tych wszystkich przypadkach, gdy zachodzi potrzeba nie tylko dokumentowania, lecz również bada-nia przyczyn zdarzeń oraz ich prognozowania. W większości sytuacji problemowych dotyczą-cych dróg kolejowych jest – jak dowodzi tego praktyka – dominacja jakościowych charaktery-styk w opisie tych sytuacji i nie zawsze dogłębne wyjaśnienia przyczyn tych zdarzeń. Dominacja jakościowych form opisu informacji faktograficznej sprawiła, że do jej zbierania opracowano specjalny system [38].

Przedmiotem obserwacji dróg kolejowych w omawianym zakresie powinno być badanie za-leżności między atrybutami a zachodzącymi zdarzeniami. Obserwacja zdarzeń polega na obser-wacji stanu wyróżnionych elementów i obiektów. Zasadą jest, że każda obserwacja wymaga opi-su. Każdy obiekt może być opisany przez swoje atrybuty. Atrybutem jest dowolna właściwość obiektu obserwacji uznana jako istotna. Atrybut może zatem określać: charakter obiektu, jego strukturę, kształty, rozmiary, cechy funkcjonalne, stopień zużycia itp. Wynika stąd, że atrybuty mogą być stałe lub zmienne. Zbiór atrybutów stałych definiuje obiekt, np. rozjazd, natomiast zbiór atrybutów zmiennych określa stan obiektu, np. nadmierne zużycie iglic. Częścią informacji o wypadkach są informacje od osób, które w nich uczestniczyły lub są podejrzane o ich zawi-nienie. Zadając pytania tym osobom należy je formułować w sposób niesugerujący odpowiedzi. Niedocenianym sposobem dokumentowania stanu nawierzchni kolejowej jest fotografia oglę-dzinowa (dokumentacyjna), która polega na wizualnym utrwalaniu w uporządkowany sposób obrazu miejsca poddawanego oględzinom. Służy ona nie tylko celom dowodowym, lecz ma również duże znaczenie w doskonaleniu zawodowym pracowników odpowiedzialnych za stan drogi kolejowej (por. rozdział 7).

6.2. Algorytm obliczeń ryzyka

Obliczenia ryzyka wymagają uprzedniego sklasyfikowania wypadków i zdarzeń. Schemat takiej klasyfikacji, odpowiadającej proponowanemu podziałowi scenariuszy, przedstawia rysunek 2.


16

Dalsze kryteria podziału to sposób wykrycia (pod pociągiem lub przed jego przejazdem), za-istnienia wykolejenia i jego rodzaj, tj. z wejściem wykolejonych pojazdów w skrajnię drugiego toru lub nie, naruszenie tej skrajni oraz najechanie na wykolejone pojazdy innego pociągu.

Z analizy trendu można oszacować ogólną liczbę wypadków i zdarzeń m, na podstawie zaś danych z lat ubiegłych – określić prawdopodobną częstotliwość ich występowania w każdej z wydzielonych grup, tj. α1, α2 ,…, αn.. Ze zbioru danych zawartych w bazie wypadków można też określić pozostałe wskaźniki podziału, tj. ß, γ i δ oraz prawdopodobieństwo strat w postaci ofiar ekwiwalentnych Pαβγδ• . W konkretnym schemacie liczba wartości prawdopodobieństw wynosi j = 31. Ryzyko w rozpatrywanym przypadku (zdarzeniu) j wynosi:

Rj = mα Pαβγδ, (1)ryzyko zaś całkowite (2)

Wyniki obliczeń (tabl.1) są oparte na liczbach nieudokumentowanych i nie charakteryzu-ją żadnego konkretnego obszaru sieci kolejowej. Ich celem jest więc jedynie przedstawienie możliwości realnej oceny ryzyka, przy założeniu istnienia bazy wspomnianej w rozdziale 5.

Rys. 2. Schemat obliczeń ryzyka w eksploatacji nawierzchni

∑=

=31

1jjc RR

kolumny do druku.indd 16 2007-12-14 12:03:45

17


18

Przedstawiony podział można by było bardziej uszczegółowić, wyodrębniając np. skutki wyboczeń torów w czasie prowadzenia robót w postaci zranienia pracowników lub dzieląc tory na odcinki proste i na łuki. Do zdarzeń zaliczono w tym przykładzie wszystkie pęknięcia i złamania szyn jako potencjalne niebezpieczeństwo wykolejeń, mimo że tylko stosunkowo niewielka część tych uszkodzeń powoduje wykolejenia. Jako liczbę niewłaściwych wymiarów torów i rozjazdów potraktowano tylko te, które zostały uznane za przyczynę zaistniałych wykolejeń. Pod pojęciem ofiar ekwiwalentnych rozu-mie się sumę ofiar śmiertelnych, obrażeń ciężkich dzielonych przez 10 i obrażeń lekkich dzielonych przez 200 [14].

W kolumnie „częstość” liczba przed kreską ukośną oznacza wartość relatywną, po kresce zaś liczbę będącą iloczynem częstości względnej i ogólnej liczby wypadków oraz zdarzeń, tj. 557. Wyłączając z tej liczby 400 pęknięć oraz złamań szyn w torach i rozjazdach, bez następstw w postaci wypadków, otrzymuje się 157 wykolejeń, które według przyjętych czę-stości spowodowałyby prawdopodobnie 10 ofiar ekwiwalentnych, w tym 5,76 to liczba ofiar z powodu najechania drugiego pociągu na pociąg wykolejony.

7. METODA STUDIUM PRZYPADKU W SZKOLENIU Z ZAKRESU ZAPOBIEGANIA WYPADKOM

7.1. Charakterystyka metody

Przygotowując programy zajęć poświęconych rozpoznawaniu stanu nawierzchni kolejo-wej, warto zapoznać się z chińskim przysłowiem, które brzmi: Powiedz, a zapomnę. Pokaż, a zapamiętam. Pozwól wziąć udział, a zrozumiem. Z doświadczeń autora zebranych w na-uczaniu sposobów rozpoznawania stanów nawierzchni i metod interpretacji wyników jej po-miarów oraz obserwacji (na kursach inżynierskich, studiach podyplomowych oraz w szkol-nictwie wyższym) wynika, że najlepszą metodą, niezależnie od zakresu przedmiotowego, zależnego od potrzeb uczestników konkretnej formy kształcenia, jest studium przypadku. Metoda ta bowiem najlepiej odpowiada trzeciemu członowi przytoczonego przysłowia.

Studium przypadku (case study) jest metodą nauczania polegającą na analizowaniu opi-sów wybranych rzeczywistych zdarzeń z określonej dziedziny. Analizowane opisy sytuacyj-ne nie powinny zawierać gotowych odpowiedzi. Na przykładzie realnych zdarzeń lub sta-nów są formułowane określone problemy, które uczestnicy szkolenia analizują i proponują wariantowe rozwiązania.

Istotą studium przypadku jest więc przedstawienie konkretnego zjawiska, zdarzenia lub stanu, wyszukanie niezbędnych danych umożliwiających analizę, przygotowanie warian-tów rozwiązań i uzasadnienie wariantu wybranego. Metoda ta należy do aktywnych me-tod kształcenia i zastępuje metody tradycyjne (wykład, ćwiczenie, seminarium). Studium przypadku jest stosowane w różnych dziedzinach i na wielu uniwersytetach stanowi co-dzienną metodę kształcenia. Jej popularność jest warta podkreślenia tym bardziej, że jest to metoda stara – powstała bowiem w Harvard Business School około 100 lat temu.

Pod nazwą „studium przypadku” można spotkać również procedurę zmierzającą do wie-lostronnego opisu pewnego zagadnienia lub stanu, wyjaśnienia wpływu różnych czynników na zaistniały stan i podjęcia działań korygujących bądź zapobiegawczych. W tym ujęciu procedura ta obejmuje następujące etapy:


19

– sformułowanie problemu i wyjaśnienie powodów podjęcia studium przypadku,– zebranie informacji potrzebnych do rozwiązania problemu (wyników pomiarów, obser-

wacji, literatury),– interpretację zebranych informacji, wysunięcie hipotez, opracowanie wniosków i zaleceń.

Procedurę tę można więc stosować również w badaniach skomplikowanych wykolejeń.Istnieje dużo opisów zastosowań metody studium przypadku, zwłaszcza w Internecie.

Wydawane są też książki poświęcone tej metodzie, również w języku polskim, np. [37]. Zajęcia z rozpoznawania stanu nawierzchni warto rozpocząć od przedstawienia trzech tez:

1. Diagnozowanie nawierzchni kolejowej polega na kojarzeniu pomiarów z obserwacjami.2. Każda obserwacja powinna się kończyć opisem.3. Jednym z podstawowych składników opisu jest fotografia dokumentacyjna.

Każdy opis stanu nawierzchni z właściwie wykonaną fotografią, często również z wyni-kami pomiarów, stanowi realny przykład sytuacji, a zatem może być przedmiotem studium przypadku. Analizowanie przedstawionych przykładów i proponowanie konkluzji odbywa się najczęściej w grupach 2 – 4 osób. Zastosowanie tej metody w nauczaniu ma liczne za-lety, omawiane w publikacjach poświęconych konkretnym dziedzinom. W przypadku na-wierzchni kolejowej metoda ta przynosi następujące korzyści:1) rozwija umiejętności krytycznej analizy złożonych stanów nawierzchni i uczy jednej

z podstawowych zasad analizy systemowej, głoszącej, że nie wolno pomijać przypad-ków rzadkich [1];

2) skłania do przemyśleń nad podejmowanymi decyzjami i ich następstwami; decyzjami ta-kimi mogą być np. zamknąć tor, ograniczyć prędkość, eksploatować bez ograniczeń;

3) uwypukla znaczenie teorii w rozwiązywaniu zagadnień praktycznych i zachęca do głębszego studiowania pewnych zagadnień, których znaczenie było dotychczas mniej eksponowane;

4) zachęca do zbierania świadczących o nietypowych stanach nawierzchni dowodów oraz do ich interpretacji w świetle dodatkowych, gromadzonych informacji, przez co wyrabia nawyki do ustawicznego wzbogacania swojej wiedzy.

Przygotowując zajęcia prowadzone tą metodą, trzeba przestrzegać jednej zasady, tzn. omawiać tylko przypadki prawdziwe. Innych sztywnych reguł tu nie ma, warto natomiast rozróżnić trzy pojęcia, tj.:– przypadek (case), którym jest analizowany stan nawierzchni przedstawiony w postaci

obrazu (fotografia, wykres, ekran komputera),– analiza przypadku (case study), obejmująca opis obrazu, analizę obrazu i analizę opisu,– metoda analizy przypadku (case study metod), tzn. sposób analizowania przypadku.

Na tle niemal powszechnego podkreślania zalet metody studium przypadku, spotyka się bardzo rzadko opinie negatywne, jednak w pracy [13] stwierdzono, że metodę tę charakteryzują takie wady, jak: – przecenianie wiedzy praktycznej, która – zdaniem autora cytowanej pracy – ma mniej-

szą wartość niż wiedza teoretyczna, – brak możliwości wniesienia wkładu do teorii na podstawie pojedynczego przypadku,– studium przypadku jest bardziej użyteczne przy wysuwaniu hipotez, podczas gdy inne

metody są lepsze przy testowaniu hipotez i tworzeniu teorii,– trudno jest podsumować specyficzne studia przypadków.

Na podstawie własnych doświadczeń można krótko stwierdzić, że w rozpoznawaniu stanów nawierzchni kolejowej wady te nie ujawniają się. Warto natomiast pamiętać, że źle zaplanowana metoda analizy przypadku, a zwłaszcza nietrafny wybór przykładów lub ich za mała liczba, może doprowadzić do błędnych konkluzji. Studium przypadku nie spełni również swego zadania przy małym zainteresowaniu uczestników szkolenia.


20

7.2. Przykłady obrazów nawierzchni w nauczaniu metodą studium przypadku

Zamieszczone tu przykłady pochodzą ze zbiorów autora, obejmujących kilkadziesiąt przy-padków, z których można zestawiać cykle zajęć zależnie od stopnia zainteresowań uczest-ników, ich doświadczenia, potrzeb zawodowych itp. Te same czynniki decydują również o doborze szczegółów podczas prowadzenia zajęć. Ten sam obraz może być bowiem analizowa-ny przez 30 minut w grupie studentów, którzy wysłuchali dwugodzinnego wykładu o nawierzch-ni lub pokazany przez jedną minutę uczestnikom kursu, obejmującego badania nawierzchni po wykolejeniach, którzy w ciągu następnych dwóch minut powinni napisać syntezę swej opinii.

Każdy z przykładów składa się z przedstawienia przypadku oraz syntezy zawierającej jego rozwiązanie. Opis werbalny przedstawienia przypadku może być bardzo obszerny (dla studen-tów bądź inżynierów rozpoczynających pracę w kolejnictwie) lub ograniczony tylko do pytania wpisanego na przedstawianym obrazie (dla osób z dużą praktyką w utrzymaniu nawierzchni). Podobnie zróżnicowane są analizy opisu – od obszernej oceny rozwiązania z przytoczeniem wiadomości pokrewnych, przygotowanych wcześniej również w postaci materiałów poglądo-wych (dla studentów lub inżynierów niemających większego doświadczenia w pracy na kolei), do krótkiego skomentowania syntezy przedstawionej przez specjalistów. Ze względu na ramy artykułu, pięć zamieszczonych przykładów podano w ujęciu skrótowym.

Każdy z tych przypadków jest pokazany na jednej lub dwóch fotografiach zaopatrzonych w pytanie, na które należy odpowiedzieć. Po udzieleniu przez słuchaczy odpowiedzi lub przedstawieniu obszerniejszej konkluzji (w formie ustnej lub pisemnej) pokazuje się syntezę rozwiązania poprawnego. Przypadek na rysunku 3 jest ilustrowany dwiema fotografiami. Na studiach podyplomowych jest on wzbogacany ponadto omówieniem konstrukcji stref przej-ściowych [10, 20] oraz przypomnieniem podstawowego równania, które określa skuteczność konstrukcji tłumiących drgania, tj.:

gdzie: f – częstotliwość drgań wywołanych ruchem pociągów, fo – częstotliwość drgań własnych konstrukcji tłumiących drgania.

Przytaczany jest przykład płyty żelbetowej o grubości 0,20 m i 25 mm warstwy sy-lomeru, których częstotliwość drgań własnych wynosi 22,4 Hz przy zarejestrowanych drganiach generowanych przez pociągi w granicach 50÷350 Hz. Iloczyn 31,6 Hz spełnia więc całkowicie warunek (3).

Omawianie przypadku przedstawionego na rysunku 4 rozpoczyna się od pokazania ogólnego widoku toru, po czym pokazuje się złącze. Wprawny obserwator od razu zwróci uwagę na zar-dzewiałą powierzchnię łubka i skojarzy to z całkowitym brakiem wzajemnego przesuwu szyn. Osoby mające mniejsze doświadczenie eksploatacyjne na szczegół ten nie zawsze zwracają uwagę. Na obrazie z poprawnym rozwiązaniem jest pokazany fragment obliczeń sił podłużnych według programu ADIAN. Na kursach specjalistycznych, oprócz omówienia plansz warto przy-pomnieć przyczyny wyboczenia toru w ujemnej temperaturze na szlaku Lewin Brzeski – Łosiów, gdzie doszło do ofiar w ludziach oraz podjęte wówczas środki zaradcze [9].

Odpowiedź na pytanie dotyczące stanu podkładów (rys. 5) warto oprzeć na konkluzji, jaką można uzyskać stosując system UNIP. Konkluzja ta jest przedstawiona na planszy w dolnej części rysunku. Na tle tych obrazów można rozpocząć dyskusję o uzasadnionych i nieuzasadnionych przypadkach wprowadzania ograniczeń prędkości pociągów [2].

2>off


21

Umiejętność rozpoznawania stanu toru trzeba kształtować również na realnych wyni-kach pomiarów, w tym i takich pomiarów, na których są pokazane duże przekroczenia odchyłek dopuszczalnych (rys. 6). Jest to konieczne, by wykazać, że samo przekroczenie odchyłki dopuszczalnej nie może być utożsamiane ze stwierdzeniem, iż jest to powód wykolejenia. Omówienie rysunku 6 w mniej zaawansowanych grupach uczestników zajęć należy więc rozwinąć, wyjaśniając podstawy ustalania odchyłek dopuszczalnych.

Rysunek 7, podobnie jak rysunek 3, przedstawia możliwości szacowania wymiarów toru na podstawie fotografii. Po omówieniu przyczyn tego błędnego ukształtowania połączeń torów (przesunięcie punktu matematycznego rozjazdu) należy zwrócić uwagę, że ocena ta jest nie-pełna, gdyż w tym samym rozjeździe istnieje jeszcze druga odwrotna krzywizna (rys. 8).

Rys. 3. Dwie plansze ilustrujące przypadek; z lewej obraz z pytaniem, z prawej synteza poprawnej odpowiedzi


22

Rys. 4. Trzy plansze ilustrujące ocenę zagrożenia wyboczeniem toru


2�

Rys. 5. Dwie plansze dotyczące stanu podkładów

kolumny do druku.indd 2� 2007-12-14 12:0�:47

24

Rys. 6. Ocena stanu toru na podstawie programu SOHRON; z prawej strony ekran programu SYMROukazujący wartość proporcjonalną do dyssypacji energii kinetycznej 22 km2/h2


25

Rys. 7. Zniekształcenie układu połączeń toru


26

8. ZAKOŃCZENIE

Bezpieczeństwo jazdy miało zawsze na kolejach charakter priorytetowy i wielokierunko-wy. Zasada ta obowiązuje nadal, z tym że do środków, które mogą wpłynąć na wzrost bez-pieczeństwa, włącza się również szeroko rozumiane problemy analizy ryzyka. Propozycje i przykłady zawarte w artykule charakteryzują pewne działania, jakie należałoby podjąć w tym zakresie, w możliwie krótkim czasie. Analiza ryzyka powinna stać się również przed-miotem zajęć na kursach podnoszenia kwalifikacji, pod warunkiem jednak, że będzie pod-budowana konkretami dotyczącymi danej specjalności.

Zwiększenie bezpieczeństwa eksploatacji nawierzchni można będzie uzyskać również przez zrealizowanie postawionych w cyklu prac badawczych wniosków, które należałoby szybko pod-jąć, szczególnie w zakresie rozjazdów kolejowych, torów bezstykowych i monitorowania szyn.

Sprawą osób prowadzących dochodzenia powypadkowe i organów nadzorujących jest sposób i zakres formułowania środków zaradczych, a następnie sposób sprawdzania ich realizacji. Wskazywanie konieczności zwiększenia kontroli stanu toru, w którym znajdują się 35-letnie podkłady sosnowe, jest bezdyskusyjne, ale tak samo bezdyskusyjne powinno być w tych warunkach stwierdzenie o potrzebie bezzwłocznej wymiany tych podkładów. Na wykazach typu zalecenie – wykonanie powinny się więc znaleźć nazwiska osób odpo-wiedzialnych za wykonanie obu tych zadań, jako tych, którzy na związane z tym stanem toru ryzyko wykolejeń mają wpływ bezpośredni. Jest to tylko jeden z wielu możliwych, a jednocześnie realnych przykładów, składających się na zarządzanie ryzykiem w drogach kolejowych. Rozbudzanie świadomości rozkładania się tego ryzyka na osoby zatrudnione nie tylko przy bezpośrednim utrzymaniu dróg kolejowych powinno być również zadaniem gremiów naukowo-technicznych.

Rys. 8. Krzywizna na tym samym rozjeździe trudno dostrzegalna na rysunku 7


27

BIBLIOGRAFIA

1. Analiza systemowa – podstawy i metodologia. Praca zbiorowa pod red. W. Findeise-na.Warszawa PWN 1985.

2. Bałuch H.: Diagnostyka w zarządzaniu infrastrukturą dróg kolejowych. VIII Semina-rium Diagnostyki Nawierzchni Szynowych. Gdańsk-Jurata 2006.

�. Bałuch H.: Koncepcja systemu wspomagającego eksploatację i modernizację infra-struktury kolejowej. Prace CNTK, 2005, nr 142.

4. Bałuch H.: Koncepcja zarządzania wiedzą w diagnostyce dróg kolejowych. Metody diagnostyczne zmniejszające koszty utrzymania dróg kolejowych. Projekt badawczy KBN, nr 912C.030.19 wykonany pod kierownictwem Marii Bałuch, CNTK, Warsza-wa 200�.

5. Bałuch H.: Problemy monitorowania szyn i ich miejsce w systemie GIS-RAIL. Prob-lemy Kolejnictwa 2005, nr 140.

6. Bałuch H.: Ryzyko i niepewność w eksploatacji nawierzchni kolejowej. Zeszyty Na-ukowo-Techniczne Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Komunikacji RP, Od-dział w Krakowie, seria: Materiały Konferencyjne nr 78, Kraków 2006.

7. Bałuch H.: Wskaźniki syntetyczne opisujące infrastrukturę kolejową. Prace CNTK, 2005, nr 142.

8. Bałuch H.: Wybrane zagadnienia trwałości i niezawodności szyn kolejowych. III Ogólnopolska Konferencja Naukowo-Techniczna „Spawalnictwo Dróg Szynowych oraz Materiały – Wykonawstwo – Odbiory, Bochnia 2007.

9. Bałuch H. i in.: Wyboczenie toru bezstykowego w warunkach zimowych. Drogi Ko-lejowe 1982, nr 4.

10. Bałuch M.: Interpretacja pomiarów i obserwacji nawierzchni kolejowej. Monografie 79. Zakład Poligraficzny Politechniki Radomskiej, Radom 2005.

11. Bogdaniuk B., Darski A.: Monitoring – nową formą diagnostyki nawierzchni. III Se-minarium Diagnostyki Nawierzchni Kolejowej. Gdańsk 2001.

12. Department of Transportation. Rail. TM-5628/AFR91-44, Chapter 7.1�. Flyvbjerg B.: Pięć mitów o badaniach typu studium przypadku. Studia Socjologiczne

2005, nr 2.14. Fórmaniak A.: Integracja gotowości i bezpieczeństwa systemów infrastruktury kole-

jowej na etapie projektowania. Przegląd Komunikacyjny 2006, nr 1.15. Guidelines for hazard evaluation procedures. AIChE-CCPS, 1993.16. Horiuchi M.: Development of risk assessment method for railway system. Japanese

Railway Engineering 1998, No. 141.17. Ispitanija na shod s relsov s pomošču nagruzočnogo vagona. Železnye Dorogi Mira

1996, nr 6.18. Jeong D.Y.: Analytical modelling of rail defects and its applications to rail defect

management. U.S. Department of Transportation, January 2003.19. Kaczmarek T.T.: Ryzyko i zarządzanie ryzykiem. Ujęcie interdyscyplinarne, Defin,

Warszawa 2005.20. Kothmayer H., Mautner M., Reiterem M.: Remediation of an arched bridge using

a mass-and spring system. Railway Technical Review 2006, No. 4.21. Lemke O., Bosse G.: Beispielhafte Anwendung einer formalen Unfallanalysemetho-

de. ZEVrail Glasers Annalem 2006, No. 6/7. 22. Łysiuk V.S.: Pričiny i mehanizm shoda kolesa s relsa. Problema iznosa koles iz relsov.

Transport, Moskwa 1997.


28

2�. Melentev L.P.: Mehanizm dviženija kolesnoj pary po relsam. Put’ i Putevoe Hoziajstvo 1997, nr 10.

24. Min An. M.: Safety assessment in railway – the current status and future aspects. Rail-way Engineering, London 2002.

25. Network Rail Monitor. Office of Rail Regulation, 2006.26. Ofierzyński M.: Symulacja komputerowa prowadzenia w torze i dynamicznych zacho-

wań pojazdu szynowego. Konferencja Pojazdy Szynowe, Warszawa 2006.27. Oki H.: Derailment test with experiment track. Japanese Railway Engineering 1967, No. 4.28. Railroad and grade crossing. Charter forty: Bureau of local roads and streets manual.

January 2006.29. Ryzyko. Zarządzanie ryzykiem w przedsiębiorstwie. Wydawnictwo BGJ-Consulting,

Bydgoszcz 2000.�0. Sobaś M.: Stan i doskonalenie kryteriów bezpieczeństwa przed wykolejeniem pojaz-

dów szynowych (2). Pojazdy Szynowe 2006, nr 2.�1. Świątecki P.: Bezpieczeństwo transportu kolejowego. Przegląd Komunikacyjny 2004,

nr 2.�2. Takai H. and oth.: Derailment safety evaluation by analytic equations. Quarterly Re-

ports of RTRI, 2002, No. 3.��. Towpik K.: Infrastruktura transportu kolejowego. Oficyna Wydawnicza Politechniki

Warszawskiej, 2004.34. Train derailment at Hadfield: A final report by the Independent Investigation Board.

Office of Rail Regulation, July 2006.35. Ustinenko N.M.: Modelirovane processa shoda podvižnogo sostava. Železnodorožnyj

Transport 2001, nr 9.36. Verigo M.F.: O knige V.S. Łysiuka „Pričiny i mehanizm shoda kolesa s relsa. Problema

iznosa koles i relsov”. Vestnik VNIIŽT 1999, nr 2.�7. Werner W.A.: Proces inwestycyjny. Studium Przypadku. Wydawnictwo PW, Warszawa

1996.38. Wrzeszcz Z.: Inteligentny system gromadzenia informacji faktograficznej. Informatyka

1992, nr 6.�9. Yokose K.: A theory of the derailment of wheelset. Quarterly Reports RTRI, 1966, No. 3.40. Zarembski A.M., Palese J.W.: Managing risk improves track safety. International Railway

Journal 2005, No. 5.


RYZYKO W EKSPLOATACJI NAWIERZCHNI KOLEJOWEJproblemykolejnictwa.pl/images/PDF/145_1.pdf · z...

Documents

Transcript of RYZYKO W EKSPLOATACJI NAWIERZCHNI KOLEJOWEJproblemykolejnictwa.pl/images/PDF/145_1.pdf · z...