The economic comparison of the different type of ballast-less superstructures with a ballasted superstructure technic: A case study; Yenibosna-Airport Metro line (Istanbul)

Abstract

It is known that the ballast-less superstructure systems require less maintenance than ballasted superstructure versions throughout their service life. Although the construction costs of ballast-less superstructure are higher than ballasted superstructure systems, it is seen that the ballast-less superstructure systems offer more economical solutions when the total costs of the line's service life are examined. However does each ballast-less superstructure system have this economic advantage over ballasted superstructure? Which type of superstructure is more economical under different economic conditions? What is the most economical solution for Turkey in the superstructure selection? In this study, 3 different types of railway superstructures (a ballasted system, a ballast-less system with asphalt bearing layer, a ballast-less system with concrete bearing layer) were examined economically to answer these questions. Construction and maintenance costs of the mentioned types of superstructure have been determined and according to these costs, these systems were compared economically. This research has been shown on a case study. The results of this study indicate that the ballast-less track with asphalt bearing layer is more expensive than other superstructure types in every economic condition where the discount rate is greater than 2%. When the discount rate is less than 7%, the ballast-less system with concrete bearing layer is the most economical system. In the case that the discount rate exceeds 7%, the ballasted track is the most economical system. For economic conditions in Turkey (discount rate for 15%), it has been determined that the ballasted track is a more economical system.

Keywords

• Ballast-Less systems
• Ballasted systems
• Asphalt bearing layer
• Concrete bearing layer
• Economic analysis

Farklı tipteki balastsız üstyapı uygulamalarının balastlı bir üstyapı uygulaması ile ekonomik olarak karşılaştırılması: Durum çalışması; Yenibosna-Havalimanı Metro hattı (İstanbul)

Öz

Demiryollarında kullanılan üstyapı tiplerinden biri olan balastsız üstyapı sistemlerinin, servis ömrü boyunca balastlı üstyapıya göre daha az bakım gerektirdiği bilinmektedir. Balastsız üstyapının her ne kadar yapım maliyetleri balastlı üstyapıya göre daha yüksek olsa da, hattın hizmet ömrü süresince oluşan toplam maliyetler incelendiğinde, balastsız üstyapının daha ekonomik çözümler sunduğu görülmüştür. Ancak, her balastsız üstyapı sistemi balastlı üstyapıya göre bu ekonomik avantaja sahip midir? Ayrıca, ekonomik koşullar bir üstyapı tipinin ekonomiklik ölçütünü ne kadar etkilemektedir? Ülkemiz ekonomik koşullarında hangi üstyapı tipini seçmek daha uygundur? Bu çalışma, bu soruları yanıtlamaya yönelik olarak 3 farklı demiryolu üstyapı tipini (balastlı üstyapı, beton taşıma katmanlı balastsız üstyapı ve asfalt taşıma katmanlı balastsız üstyapı) ekonomik olarak incelemiştir. Bahsi geçen üstyapı tiplerinin yapım ve bakım maliyetleri belirlenmiş olup, ortaya çıkan maliyetlere göre üstyapı tipleri ekonomik olarak birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Bu araştırma bir durum çalışması üzerinde gösterilmiştir. Çalışmanın sonuçlarına göre, asfalt taşıma katmanlı balastsız üstyapı sistemi, iskonto oranının %2’den büyük olduğu her ekonomik koşulda diğer üstyapı tiplerinden daha pahalı olmaktadır. Beton taşıma katmanlı balastsız üstyapı sistemi ise, iskonto oranının %7’den küçük olduğu durumlarda en ekonomik sistem durumundadır. Bu iskonto oranı (%7) aşıldığında, toplam maliyeti en az olan sistemin balastlı üstyapı sistemi olduğu görülmüştür. Ülkemiz koşulları dikkate alındığında ise (iskonto oranı %15 için) ekonomik açıdan en uygun sistemin balastlı üstyapı sistemi olduğu ortaya çıkmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Balastsız üstyapı
• Balastlı üstyapı
• Asfalt taşıma katmanı
• Beton taşıma katmanı
• Ekonomik analiz

Kaynakça

1. [1] Öztürk Z, Arlı V. Demiryolu Mühendisliği. İstanbul, Türkiye, Sembol Basım Baskı Sistemleri Matbaa ve Yayıncılık, 2009.
2. [2] Lechner B. “Railway concrete pavements”. 2nd International Conference on Best Practices for Concrete Pavements, Florianopolis, Brazil, 2-4 November 2011.
3. [3] Esveld C. Slab Track: A Competitive Solution. Faculty of Civil Engineering, Section Roads & Railways. Delft University of Technology, The Netherlands, 1999.
4. [4] Arlı V. Balastlı ve Balastsız Üstyapıların Ekonomik Yönden Karşılaştırılması. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2002.
5. [5] Schilder R, Diederich D. Installation Quality of Slab Track-A Decisive Factor for Maintenance. Editor: Eberhard Jänsch. RTR Special: Maintenance and Renewal, 76-78, Hamburg, Germany, Eurailpress, 2007.
6. [6] Kondapalli SK, Billow DN. “Life Cycle Benefit of Concrete Slab Track”. Portland Cement Association, Skokie, Illinois, USA, Scientific Report, SN2860, 2008.
7. [7] Juan-Juan R, Lechner B, Xiu-yi L. “Economical evaluating the ballastless railway track with consideration of LCC viewpoint”. 8th International Conference of Chinese Logistics and Transportation Professionals (ICCLTP), Chengdu, China, 8-10 October 2008.
8. [8] Pichler D, Fenske J. “Ballast-less track systems experience gained in Austria and Germany”. AREMA Annual Conference, Indianapolis, USA, 29 September-2 October 2013.

9. [9] Köse H. Balastsız Üstyapıda Asfalt ve Beton Taşıyıcı Tabakaların Teknik ve Ekonomik Yönden Karşılaştırılması. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2015.
10. [10] Marschnig S. “Ballasted track or slab track? What would be the best choice for the new high-speed lines in Sweden?”. Seminar Järnvägsgrupp, Stockholm, Sweden, 25 May 2016.
11. [11] Pratico FG, Giunta M. “LCC-based appraisal of ballastedand slab tracks: limits and potential”. The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering, 13(4), 475-499, 2018.
12. [12] Sarik V. Decision-Making Model For Track System Of High-Speed Rail Lines. MSc Thesis, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden, 2018.
13. [13] Önder EG. Comparison Of Ballasted And Slab Track Based On Lcc Analysis, MSc Thesis, Sapienza University, Rome, Italy, 2019.
14. [14] Şahin O. Demiryolunda Hat Rijitliğinin ve Etkilerinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2011.
15. [15] Ray Haber Web Sitesi. “İstanbul Raylı Sistemler Ağ Haritası”. https://i0.wp.com/rayhaber.com/wp-content/uploads/2013/09/Istanbul_Rapid_Transit_Map_schematic.png?ssl=1 (24.04.2020).
16. [16] T.C. Kamu İhale Kurumu. “Çakmak-Çiftehan İstasyonları Arası Hattın Ray Taşlama Makinesi ile Koruyucu Ve Düzeltici Ray Taşlamasının Yapılması İşi”. https://www.turkiye.gov.tr/kik-ihale-sorgula?asama=detay&kayitNo=2019/478411&index=0&sf=0&aciklama (25.04.2020).
17. [17] Michas G. Slab Track Systems for High-Speed Railways,. MSc Thesis, Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden, 2012.
18. [18] French Tunneling and Underground Space Association. “Rail Tracks and Trackbeds in Tunnels”. Paris, France, Scientific Report, 242, 2013.
19. [19] European Asphalt Pavement Association. “Asphalt in Railway Tracks”. Brussels, Belgium, Scientific Report, 10, 2014.
20. [20] T.C. Kamu İhale Kurumu. ”50 Km Yol Yenileme Çalışmalarına Ait Geri Tamirat Çalışmalarında Kullanılmak Üzere 1 Adet Balast Eleme Makinası, 1 Adet Buraj Makinası, 1 Adet Balast Regulatörü, 1 Adet Dinamik Hat Stabilizatörü Kiralanması ve Çalıştırılması Hizmet Alım İşidir” ve
21. “Diyarbakır-Kurtalan İstasyonları Arasında Buraj, Regülatör ve Hat Stabilizatör ile Makinalı Tamirat ve Ray Taşlama Yapılması Hizmet Alımı İşi”. https://www.turkiye.gov.tr/kik-ihale-sorgula?asama=detay&kayitNo=2017/332736 https://www.turkiye.gov.tr/kik-ihale-sorgula?asama=detay&kayitNo=2018/620679 (16.02.2019).