Pääkaupunkiseudun raitiotien suunnitteluohje
3.4. Raitiotien rakenteet
Raitiotien rakenne koostuu radan alusrakenteesta ja päällysrakenteesta. Kiintoraiteella raitiotien päällysrakenne käsittää päällysteen ja pohjalaatan. Sepeliradan osalta päällysrakenne ulottuu sepelikerroksen alapintaan asti.
Raitiotien alusrakenne käsittää kantavan ja jakavan kerroksen.
Päällysrakenteen rakennetyyppi
Radan rakenne vaikuttaa siihen, miten kiskot on tuettu alustaansa. Kiskot voidaan tukea joko kiintoraiteeseen tai ratapölkkyihin, jotka puolestaan tukeutuvat sepeliseen tukikerrokseen.
Kiintoraide
| Edut | Haitat |
| Mahdollistaa sekä suljetut että avoimet päällysrakenneratkaisut | Sepeliraidetta kalliimpi rakentaa |
| Geometria vaatii vain vähän ylläpitoa | Peruskorjaus huomattavasti sepeliraidetta työläämpää, vaatii pidempiä työkatkoja |
Sepeliraide
| Edut | Haitat |
| Edullinen rakentaa, mikäli yhtenäiset osuudet ovat riittävän pitkiä | Huonompi geometrian pysyvyys |
| Vaatii tiheämpää ratageometrian mittausta muutosten varalta. | |
| Vaatii säännöllistä raiteen tukemista ratageometrian ylläpitämiseksi | |
| Ratasepelin jauhautumisen takia tukikerros on uusittava säännöllisesti |
Sepeliraide soveltuu säännöllisen ylläpidon vuoksi parhaiten avoimiin ratarakenteisiin.
Kiskot
Kiskot toimivat raitiotien kulkupintana, tukipalkkina ja raitiovaunun kulkua ohjaavana elementti-nä. Kiskojen tehtävä on jakaa raitiovaunun kulusta aiheutuvia voimia ja tarjota raitiovaunun pyörille hyvä kiskopyöräkontakti. Tämän lisäksi kiskot toimivat raitiovaunun paluuvirtapiirin sähköä johtavana osana.
Kiskojen tulee liikennekuormien ja niiden aiheuttaman väsymisen ja kulutuksen lisäksi kestää sään ja vuodenaikojen vaihtelun aiheuttamia lämpörasituksia, kemiallista ja sähköistä korroosiota sekä muun ajoneuvoliikenteen aiheuttamaa rasitusta.
Kiskoprofiili
Raitioteillä käytettävät kiskot jakautuvat Vignoles-kiskoihin ja urakiskoihin. Kiskoprofiilin valinnassa tulee valita linjalla käytettävään pyöräprofiiliin sopiva kiskoprofiili ja pyrkiä valitsemaan kuhunkin kohteeseen tarkoituksenmukainen kiskotyyppi.
| Vignoles | Urakisko |
 |  |
| Voidaan käyttää avoimissa tai suljetuissa ratarakenteissa. Jälkimmäinen edellyttää kiskouran toteuttamista esim. hajavirtaeristeellä tai urakiskoelementillä (eli laippakiskolla) | Käytetään suljetuissa ratarakenteissa |
Kiskoprofiilien taajaan vaihtamista tulisi kuitenkin välttää, sillä kiskojen toisistaan poikkeavien profiilien yhteensovittamiseksi vaadittavat liitoskiskot muodostavat aina erityistä kunnossapitoa vaativan kohteen.
Kiskoprofiileista käytetään standardien SFS-EN 13674-1 ja SFS-EN 14811 määrittelemää nimikkeistöä:
| Tieto | Metripaino (kg/m) | Profiilin tunnus | Lisätieto |
| Selitys | Kiskon paino kiskometriä kohden | R = Urakisko E= Vignoles-kisko | Lisätieto kertoo esim. kulkureunan pyöristyssäteen |
| Esimerkki | 60 | R | 1 |
Pääkaupunkiseudun raitioteillä käytetään seuraavia kiskoprofiileja
| Kiskoprofiili | Tyyppi | Korkeus (mm) | Hamaran pyöristyssäde (mm) | Mittapisteen korkeus kiskon selästä | Suositeltava esitaivutussäde (m) |
| 49E1 | Vignoles-kisko | 149 | 13 | 14 | 200 |
| 60R2 | Urakisko | 180 | 13 | 14 | 300 |
| 60R1 | Urakisko | 180 | 10 | 10 | |
| 59R1 | Urakisko | 180 | 10 | ||
| 53R1 | Urakisko | 130 | 13 | 14 |
Päällysrakennetyypin vaikutus kiskon lämpövoimiin
Kiskojen lämpövoimat lasketaan kaavalla
Jossa σ on jännitys, E on kimmomoduuli, α lämpölaajenemisvakio 0,0000115 °C-1, T1tarkastelulämpötila ja TN kiskon neutraalilämpötila. Kiskon tarkastelulämpötila-alue riippuu ratarakenteen tyypistä, sillä avoimessa ratarakenteessa kiskojen lämpötilan vaihteluväli on suoran auringonpaisteen kiskoja lämmittävästä vaikutuksesta johtuen suurempi.
| Neutraalilämpötila TN (°C) | Neutraalialueen alin lämpötila TNmin (°C) | Neutraalialueen ylin lämpötila TNmax (°C) | Ylin mitoittava lämpötila Tmax (°C) | Alin mitoittava lämpötila Tmin (°C) | |
| Avoin ratarakenne | 15 | 10 | 20 | 55 | -35 |
| Suljettu ratarakenne | 10 | 5 | 15 | 35 | -25 |
Raitiotien alusrakenne
Alusrakennetyyppien nimeäminen
Alusrakenne nimetään seuraavalla tavalla.
| Pohjamaaluokka | Alusrakenteen paksuus | Pohjavahvistustoimenpide |
| F | 500 | Vlk |
| Toimenpide | Lyhenne |
| Paalulaatta | Pl |
| Massanvaihto kaivamalla | Mvk |
| Vaahtolasikevennys | Vlk |
Painumat
Raitiotiet rakentamattomalla alueilla
Raitiotien alusrakenne suunnitellaan painumattomaksi.
Raitiotiet nykyisillä katualueilla
Raitiotien alusrakenne suunnitellaan lähtökohtaisesti painumattomaksi. Painumaton rakenne vaaditaan esimerkiksi silloin, kun lähellä sijaitsee paalutettuja tai muita painumattomia rakenteita. Nykyisiä katualueita ei ole suunniteltu painumattomaksi. Raitiotien ja viereisen kadun painumaerojen vuoksi tapauskohtaisesti radalle voidaan sallia painumia ja raja-arvot on esitetty alla olevassa taulukossa.
| Sepeliraide | Kiintoraidet | Vaihdealue | |
| Kokonaispainuma | 100 mm | 100 mm | 50 mm |
| Pituussuuntainen kaltevuuden muutos | 0,5 % | 0,5 % | 0,3 % |
| Sivusuuntainen kaltevuuden muutos | 0,8 % | 0,4 % | 0,4 % |
Painumia voidaan hallita esirakentamalla käyttäen syvästabilointia (massastabilointi tai pilaristabilointi), esikuormitusta, ylipengerrystä sekä kevennystä edellyttäen, että painumakäyttäytyminen on riittävästi ennustettavissa. Esikuormitusta käytettäessä tulee aina järjestää painumaseuranta.
Pehmeiköillä painumaton rakenne edellyttää radan perustamistavaksi massanvaihtoa tai paalulaattaa.
Siirtymärakenteet suunnitellaan sallittujen kaltevuuden muutosten perusteella. Painumattoman raitiotien ja painuvaksi katsotun ympäristön siirtymärakenteet pitää tarkastella tapauskohtaisesti.
Kantavuus
Raitiotien alusrakenteen yläpinnan kantavuuslaskennan mitoitusarvona käytetään arvoa E2=120 MN/m2. Alusrakenteen yläpinta on kiintoraidelaatan alapinta tai sepeliradan tukikerroksen alapinta.
Tapauskohtaisesti voidaan sallia pienempi kantavuus alusrakenteen yläpinnassa, jos tämä huomioidaan kiintoraidelaatan mitoituksessa.
Kantavuuslaskenta tehdään Liikenneviraston ohjeen 38/2018, Tierakenteen suunnittelu mukaisesti.
Routamitoitus
Raitiotien routamitoituksen osalta mitoittava pakkasmäärä Helsingissä on F10, mikä tarkoittaa pakkasmäärää 25 000°Ch. Mitoitusroudansyvyys on 1,9 m.
Pakkasmäärä perustuu Helsingin katurakenteiden ja vesihuoltoverkoston suunnitteluperusteiden ohjeeseen ja RIL 261 Routasuojaus -ohjeeseen. Lisäksi on kerätty Ilmatieteenlaitoksen säähavainnot Malmin ja Helsinki-Vantaan lentoasemilla v. 1961-2017. Kummassakaan mittauspisteessä ei ole vuoden 1987 jälkeen ylitetty arvoa 25 000°Ch.
Raitiotien sallittu laskennallinen routanousu on 50 mm. Projekteissa voidaan tapauskohtaisesti sopia myös tiukemmasta 30 mm routanoususta.
Raitiotien siirtymäkiilan syvyys on 2,1 m (routimaton rakenne).
Routamitoitus tehdään Liikenneviraston ohjeen 38/2018, Tierakenteen suunnittelu mukaisesti.
Routasuojaus
Radan routasuojaustarve määritetään ja routasuojaus mitoitetaan päällysrakenteen mitoituksen yhteydessä. Kiintoraideosuuksilla voidaan käyttää routalevyjä riittävän routasuojauksen saavuttamiseksi. Routalevyjen käyttö on perusteltava kohdekohtaisesti. Routalevyjä ei lähtökohtaisesti käytetä routasuojauksena.
Routalevyn alla tulee olla vähintään 300 mm kerros routimatonta materiaalia. Tarvittaessa tehdään alusrakenteen massanvaihto routalevyjen alle.
Routaeriste tulee sijoittaa ylimmän pohjaveden pinnan yläpuolelle. Tai vaihtoehtoisesti radan rakennekerrokset pitää kuivattaa salaojin, jos pohjavedenpintaa voidaan alueella laskea pysyvästi.
Routasuojaukset suunnitellaan RATO 3 (Liikenneviraston ohjeita, Ratatekniset ohjeet 3, 13/2018, radan rakenne) kohdan 3.7.5 mukaisesti.
Routalevyjen tulee olla Liikenneviraston 27.2.2002 julkaiseman ”XPS-routalevyjen tekniset toimitusehdot” mukaisia.
Siirtymäkiilat
Raitiotien pituussuuntaiset siirtymärakenteet eri kerrospaksuuden välillä tehdään kaltevuuteen 1:30.
Kiintoraiteen ja avorataosuuden saumakohtaan tulee tehdä erillinen siirtymärakenne, jonka avulla dynaaminen jousto eri puolilla rakennetta saadaan samansuuruiseksi.
Ratarakenteen liittyessä katurakenteeseen, tehdään poikkisuuntaiset siirtymärakenteet kaltevuuksin 1:1 paikoissa, joissa ei ole risteävää liikennettä. Risteysalueet tarkastellaan tapauskohtaisesti.