Nå har forskere oppdaget en av hovedårsakene til sporfeil på jernbanen

– De to første årene av prosjektet var jeg litt fortapt. Jeg måtte finne ut hvilke av feilene på jernbanesporet som var mest kritisk for norsk jernbane, sier forsker Rui Tao.

Et jernbanespor kan føre til ulykker på et titalls måter.

Sprekker i delene som holder skinnene fast til svillene og ujevne setninger dypt nede i underbygningen kan få alvorlige følger - men hvilken feil er mest kritisk?

Forskningen pekte i alle retninger samtidig.

Forskeren jobbet som en etterforsker

Tao kom til Norge i august 2021 med bakgrunn fra vannressurs- og vannkraftteknikk ved Hohai University og Wuhan University i Kina.

Han kjente lite til det norske jernbanesystemet. Måten han til slutt angrep problemet på, var inspirert av hvordan en etterforsker jobber med en kriminalsak.

– Prosessen ligner egentlig på måten en etterforsker jobber i en kriminalroman. Du har noen spor, og så prøver du å finne ut hvem som står bak, forklarer han.

Sporene måtte hentes fra tre fagfelt som sjelden snakker sammen:

• geoteknikk (læren om grunnforhold)

• geomatikk (faget som bruker satellitter og avanserte målinger til å kartlegge terreng)

• jernbaneteknikk

131 feil på 5 mil

Bane NOR eier målevognen Roger 1000. Den registrerer sporgeometrien når den kjører og dekker strekningen Trondheim–Støren to ganger i året.

Tao brukte data fra målevognen til å analysere vertikale bevegelser i skinnegangen fra 2016 til 2020.

På strekningen fant han 131 isolerte sporfeil. Nesten 70 prosent av dem var telehiv, ikke setninger. Rundt 70 prosent av hivene kom tilbake etter at sporet var vedlikeholdt.

Forverringen lå typisk på mellom null og tre millimeter i året, i ekstreme tilfeller seks til sju millimeter.

At hivene stadig kommer tilbake, sier noe om hva vedlikeholdet faktisk utretter, påpeker Tao.

– Vedlikeholdet gjøres først og fremst med pakkmaskin, som retter opp geometrien i overflaten. Ligger årsaken i underbygningen, kommer problemet tilbake igjen og igjen og igjen, forklarer han.

For å tallfeste alvorlighetsgraden av telehiv, simulerte han et NSB type 73-tog som passerte over modellerte sporfeil.

Røret fungerer som en tunnel for kald luft

To størrelser er avgjørende, ifølge forskeren: Faller kontaktkraften mellom hjul og skinne mot null, mister hjulet kontakten med skinnen, og risikoen for avsporing øker.

Øker den vertikale akselerasjonen, kjenner passasjerene det som et rykk. Simuleringene viste at telehivene både øker risikoen for avsporing og går ut over komforten til passasjerene.

Deretter befarte Tao selv områdene med telehiv.

– Vi observerte en tydelig sammenheng mellom telehiv og stikkrenner, og dette var ingen tilfeldighet. Nesten overalt der sporet hadde hevet seg, lå det en dreneringskanal, en stikkrenne eller en annen konstruksjon som førte vann, sier han.

En stikkrenne er et rør med åpne ender som leder vann gjennom jernbanefyllingen. De er svært vanlige i Norge. Ofte er de anlagt for å drenere jordbruksarealer eller lede nedbør til elver og bekker.

Budsjettet var 10.000 kroner

Om vinteren fungerer røret som en tunnel for kald luft. Det gjør at telen trenger betydelig dypere inn i fyllingen enn den ellers ville gjort. Dermed oppstår de tre forutsetningene for telehiv: minusgrader, telefarlige masser og tilgang på vann.

– I Norge har vi lange vintre og mye telefarlig masse, og grunnvannstanden står ofte høyt. Dessverre er alle de tre betingelsene for telehiv lett oppfylt langs norske jernbanelinjer, påpeker Tao.

Men at to ting opptrer sammen, er ikke det samme som at den ene forårsaker den andre.

Observasjonene i felt viste hvor hivene var, ikke hva som skjer i jorda rundt en stikkrenne i løpet av en vinter. Det måtte Tao finne ut av for å komme videre.

Å installere måleinstrumenter i en stikkrenne i drift er nesten umulig. Tao bygget derfor en nedskalert utgave i et fryserom på NTNU.

Der var det seks minusgrader i lufta over bakken og inne i røret, seks plussgrader i vannreservoaret under, sensorer for forskyvning i overflaten og temperatur i flere dybder.

Budsjettet var 10.000 kroner.

Forsker brukte kondomer som membran

– Med svært knappe midler måtte jeg mobilisere alle på laben og tenke utradisjonelt for å løse oppgaven, sier han.

Jorda i modellen var helt vannmettet, og vann kunne ikke få komme inn i selve røret. Løsningen ble en lateksmembran i hver ende.

 – Vi brukte den billigste løsningen vi fant, sier Tao. Han hentet nesten 20 kondomer fra gratisbeholdningen i hovedbygget på NTNU.

Forsøket ga svar på hvordan stikkrenner kan forårsake telehiv. Når vann fryser, utvider det seg med omtrent ni prosent, men denne volumøkningen alene er sjelden nok til å skape store løft.

Forskjellen er at frossen jord trekker til seg mer vann. Rundt hvert jordkorn finnes en tynn vannfilm som forblir flytende, og denne vandrer oppover mot grensen mellom frossen og ufrossen jord.

Når vannet fryser til is der, dannes det horisontale lag, kjent som islinser. De fortsetter å vokse så lenge de får tilførsel av vann nedenfra.

– Den endelige konklusjonen er at islinser er hovedårsaken til telehiv. Veksten kunne ses med det blotte øye under forsøket i den fysiske modellen, sier Tao.

Bare isolasjon virker

Planer om å øke kapasiteten for drenering med nye stikkrenner langs jernbanelinjer bør derfor ta høyde for disse funnene, mener Tao.

Hans forskning viser at frostsikring må være en integrert del av design og utforming i nye jernbaneprosjekter for å forhindre telehiv.

Tao testet tre ulike tiltak i en datamodell. Bare isolasjonen virket. Den reduserte ujevnheten som gjør sporet humpete, med opptil 90 prosent.

De andre tiltakene hadde liten effekt.

– Konklusjonen vår er at bare den termiske løsningen virker. Problemet med de hydrauliske løsningene er at den norske vinteren er for lang. De har en viss effekt i starten, men over tid, med mye kulde, går telehivet tilbake til sitt opprinnelige nivå. Den mekaniske løsningen fungerer heller ikke, sier Tao.

Satellitter som følger sporet

Taos forskingsresultater er mest nyttige for nye jernbaneprosjekter.

På spor som allerede ligger, blir det for dyrt å grave opp fyllingen for å legge isolasjon. Der må telehivet holdes nede med pakkmaskin. Inspeksjoner avgjør hvor og når den settes inn. Behovet for inspeksjon overstiger allerede kapasiteten, påpeker Tao.

– Vi trenger bedre styring av vedlikeholdet slik at mannskaper sendes til riktig sted før et større problem eller en hendelse oppstår, sier han.

Tao testet derfor metoden PS-InSAR. Den måler grunnbevegelser ved å sammenligne radarbilder fra satellitter.

Selv om teknikken er velprøvd for overvåking av jordfuktighet og flom, er den lite brukt på jernbane. Tao var usikker på om den ville fungere under norske forhold.

 – Om den kunne brukes på jernbanen, og på den norske spesielt, hadde vi ingen anelse om, sier han. 

Den virkelige målestokken

Alle målingene som Tao hentet inn, krevde omfattende bearbeiding. Grunnen var at målepunkter ofte var feilplassert, for eksempel i elva Gaula i stedet for på brudekket.

Tao utviklet derfor en egen metode for å fjerne støy og korrigere målepunktene.

I en test over 52 kilometer korresponderte 4 av 7 funn med rapporter fra togpersonalet. 2 av de resterende ble bekreftet av målevognsdata.

Det siste avviket lå i et område med sparsom dekning.

Metoden kan dermed varsle begynnende sporfeil, men veien fra vitenskapelig suksess til praktisk iverksetting hos aktører som Bane NOR er fortsatt lang.

– Hvordan forskningen kan brukes i det daglige arbeidet, er kanskje det jeg bryr meg mest om. Den virkelige målestokken for forskningen vår ligger i anvendelsen på reelle problemer, sier Rui Tao.

Referanser:

Rui Tao mfl.: Evolution of isolated heaving defects for vertical rail displacements: a multi-disciplinary study. International Journal of Rail Transportation, 2026.

Rui Tao mfl.: Monitoring of ground displacement-induced railway anomalies using PS-InSAR techniques. Measurement, 2025.

Les en oppsummering av forskningsprosjektet på engelsk på Nasjonalt vitenarkiv sine sider.

Kort oppsummering av forskningsprosjektet

• Finansiering: Centre for Green Shift in the Built Environment, NTNU. Arbeidet ble utført fra august 2021 til desember 2025.

• Hovedfunn: 131 isolerte sporfeil, 69,5 prosent dominert av hiv. Dannelse av islinser rundt stikkrenner er den styrende mekanismen. Isolasjon reduserer hivene med 48 til 90 prosent.

• Bakgrunn: I 2023 var rundt 14 prosent av det norske jernbanenettet, omtrent 600 kilometer, vurdert som mangelfullt, dårlig eller kritisk. Underbygningen er den svakeste delen av infrastrukturen.

Artikkelen er produsert og finansiert av NGI

Norges Geotekniske Institutt er én av over 80 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Les også disse sakene fra Norges Geotekniske Institutt:

• 

  Kan norsk berggrunn bli framtidens lokale CO₂-lager og «trylle» bort karbon?

• 

  Fiberoptikk kan gjøre det tryggere å bygge på bløt leire

• 

  Bare 1 av 12 bolter holdt: Nå undersøker forsker om KI kan sikre fjellet

• 

  Jordskred: – Det er avgjørende å vite nøyaktig hvilken skog vi rett og slett ikke har råd til å hugge ned

• 

  Denne gassen under Svalbard kan være en undervurdert klimarisiko

• 

  Sørpeskred: Derfor kan skredet gå der du tror du er trygg

Les flere saker laget av Norges Geotekniske Institutt her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER