Rautatie

Kahden eri raideleveyden raiteita Odawaran rautatieasemalla Japanissa

Rautatie on liikenneväylä, jonka kulkualustana on kahden rinnakkaisen teräskiskon ja niitä altapäin tukevien ratapölkkyjen muodostama, ratapengerryksen päällä lepäävä raide. Rautatiellä kuljetetaan junilla rahtia ja matkustajia, ja liikenne on yleensä aikataulunmukaista.

Rautatie tarkoittaa koko raideliikenneväylää kaikkine siihen kuuluvine raiteineen, laitteineen ja järjestelmineen, kuten asemat, ratapihat, opastimet, sähköistys, turvalaitteet.

Raide tarkoittaa kahden kiskon ja pölkytyksen muodostamaa yksittäistä väylää, jolla voi kulkea vain yksi juna kerrallaan. Junat ohjautuvat itsestään kiskojen mukaan, ja raiteelta toiselle siirryttäessä junan on kuljettava vaihteiden kautta.

Rata on hallinnollinen nimitys suunniteltavalle tai toteutettavalle rautatielle, joka valmistuttuaan yhdistää kaupunkeja, risteysasemia tai muita tärkeitä kohteita. Esimerkkinä Vaasan rata (Tampere-Haapamäki-Vaasa), Savon rata (Kouvola-Kuopio) ja Lahden oikorata (Kerava-Lahti).

Rataosat ovat rautatien osuuksia tiettyjen rautatien solmukohtien välillä. Ne voivat muodostua yhdestä tai useammasta raiteesta. Myös asemilla on yleensä useita rinnakkaisia raiteita, jolloin alueesta käytetään nimitystä ratapiha.

Liikennemuodot ja niiden ohjaus

Liikennettä rautateillä ohjataan opastimilla ja radiopuhelimilla annettavilla suullisilla luvilla. Rautatieliikennepaikan eli yleiskielessä aseman sisäistä liikennettä nimitetään vaihtotyöksi ja kahden liikennepaikan välistä liikennettä junaliikenteeksi, riippumatta siitä, minkälainen yksikkö liikkuu.

Liikenteenohjaaja huolehtii tarvittavan kulkutien muodostamisesta kääntämällä radan vaihteet, varmistamalla raiteiden käytön ja asettamalla opastimet vaadittavaan asentoon. Tässä työssä liikenteenohjaajalla on yleensä käytössään turvalaitejärjestelmä, joka automaattisesti estää junaa tai vaihtotyöyksikköä joutumasta vaaralliselle, toiselle yksikölle varatulle raidealueelle.

Vaihtotyötä johtaa vaihtotyönjohtaja, ja sen suorittamiselle tulee olla liikenteenohjauksen lupa. Junan päällikkönä toimii veturinkuljettaja. Tavarajuna voi lähteä liikennepaikalta toiselle silloin, kun sillä on lähtölupa. Matkustajajunan lähtö edellyttää aikatauluaikaa, ja liikenteenohjaajan annettua lähtöluvan kuljettajan on odotettava vielä konduktöörin antamaa "valmis lähtöön" -opastetta.

Luokittelu

Rautatiet voidaan jakaa tärkeytensä ja käyttötarkoituksensa mukaan pääratoihin, yhdysratoihin eli poikkiratoihin, rinnakkaisratoihin, sivuratoihin ja pistoratoihin. Kaupunkirata on ainoastaan kaupungin lähiliikenteeseen käytetty rautatien osuus, jossa ei kulje kaukoliikennettä, kuten tavara- tai pikajunia. Metrorata on yleensä yleisestä rautatieliikenteestä täysin erillinen, suurten kaupunkien sisäiseen matkustajaliikenteeseen suunniteltu ja rakennettu rautatie. Metrorataa käyttävä liikennejärjestelmä on yleisnimeltään metro.

Maaston mukaan rautatiet voidaan jakaa tasanko-, mäkimaa-, vuoristo- ja vuoriratoihin. Rakenteen perustella erotetaan tartunta- eli adheesioradat ja hammasradat. Suurkaupunkien alueella kulkevat radat rakennetaan usein joko tunneleihin (maanalainen rata) tai maan pintaa ylemmäksi (ilmarata tai korkorata).

Rautatien rakentaminen

Kerava-Lahti-oikoradan rakennustyömaa Mäntsälässä

Rautatielinjan suunnan määräämiseksi tehdään ensin taloudellinen ja tekninen tutkimus, jossa selvitetään rautatien kannattavuus ja rakennustöissä huomioon otettavat ympäristöseikat. Sen jälkeen seuraa linjan avaaminen ja raivaaminen, ojittaminen ja kuivaaminen, tasaus- ja pengerrystyöt, sepelöinti, kiskotus, siltojen ja tukimuurien rakennus sekä asemarakennusten, laiturien ja muiden rautatien käyttöön liittyvien rakennusten rakentaminen. Radan alusrakenne koostuu väli- ja eristyskerroksesta sekä mahdollisista suodatinkerroksesta ja routalevystä. Radan päällysrakenne koostuu tukikerroksesta sekä raiteesta. Raide koostuu ratapölkyistä, ratakiskosta, kiinnitys ja jatkososista sekä vaihteista ja muista erikoisrakenteista. Ratapenger sisältää radan rakennekerroksien lisäksi mahdollisen pengertäytteen.

Yksiraiteisen rautatien rakentaminen vaatii kiskoihin noin 54-60 tonnia terästä kilometriä kohden raiteen jykevyydestä riippuen (UIC-54- ja UIC-60-kiskot). Sata kilometriä pitkään yksiraiteiseen rautatiehen tarvitaan siis 5 400-6 000 tonnia terästä kiskoja varten ja kaksiraiteiseen tietenkin tuplamäärä. Terästonnin tuotanto kuluttaa energiaa noin 21,6 GJ eli 6 MWh. Yksiraiteisen rautatien kiskoihin kuluu näin energiaa 324-360 MWh kilometriä kohden ja sataan kilometriin 32,4-36 GWh. Ratapölkkyjen tiheys vaihtelee, mutta yleensä ne asennetaan noin 60 senttimetrin välein. B70-malliset ratapölkyt ovat betonia ja painavat 300 kilogrammaa kappale. Kilometrin pituiselle yksiraiteiselle rautatielle kyseisiä ratapölkkyjä menisi siis 1667 kappaletta ja ne painaisivat yhteensä 500 tonnia. Betonitonnin valmistus kuluttaa energiaa noin 1,4 GJ eli 389 kWh. Ratapölkyt kilometrin matkalle kuluttaisivat energiaa siis noin 194 MWh ja sadan kilometrin matkalle noin 19,4 GWh.

Radan poikkileikkausmuodot eli normaaliprofiilit riippuvat radan pölkytyksestä, tukikerrosmateriaalista ja nopeudesta. Tukikerros tehdään yleensä sepelistä, mutta soratukikerroksellisia raiteita on yhä käytössä. Sepelitukikerroksen paksuus on puupölkyillä 450 mm ja betonipölkyillä 550 mm. Tukikerroksen leveys riippuu nopeudesta ja siitä, onko kyseessä jatkuvakiskoraide vai lyhyt- tai pitkäkiskoraide. Lyhyt- ja pitkäkiskoraiteissa kiskot liitetään toisiinsa sidekiskoin.

Radan kaarteet ovat ympyrän kaaria, jotka yhtyvät siirtymäkaarilla suoraan tai toiseen ympyräkaareen. Pääraiteen kaarteissa käytetään yleensä raiteen kallistusta. Kallistus ilmoitetaan millimetreinä, ja sillä tarkoitetaan sisä- ja ulkokiskon välistä korkeuseroa. Kallistusta ja siirtymäkaaria käytetään harvoin sivuraiteissa. Kaarresäde riippuu mitoitus- tai tavoitenopeudesta. Esimerkiksi 50 km/h tavoitenopeuden mukainen suositeltava kaarresäde on 300–500 m. Tavoitenopeuden ollessa 250 km/h suositeltava kaarresäde on 4500–9000 m. Raideleveyttä kasvatetaan kaarresäteen ollessa pienempi kuin 220 m. Pienet kaarresäteet voivat rajoittaa liikennöintiä, liikennöintinopeutta tai lisätä kunnossapitotarvetta. Radalla käytettävään suurimpaan sallittuun nopeuteen vaikuttavat raidegeometrian lisäksi muun muassa akselipaino, turvalaitetekniikka, tasoristeykset ja laituripolut.

Suomessa raiteen suurin sallittu pituuskaltevuus on 12.5–15 promillea riippuen radan merkityksestä ja nopeustasosta. Ratahallintokeskus voi tapauskohtaisesti myöntää luvan jopa 35 promillen pituuskaltevuudelle. Suurin käytössä oleva pituuskaltevuus on 22,5 promillea (Huopalahti–Vantaankoski). Liikennepaikat pyritään rakentamaan alle 1,5 promillen kaltevuuteen. Suuret pituuskaltevuudet vaikeuttavat junan kulkua, pysäyttämistä sekä liikkeellelähtöä.

Historia

Rautatieverkon tiheys Euroopassa vuonna 1896.

Rautatien edeltäjänä voidaan pitää niitä puisia raideteitä, joita jo 1500-luvulla käytettiin muun muassa Keski-Euroopassa Harzin ja Tirolin vuorikaivoksissa, jotta kaivosvaunut kulkisivat helpommin. Kulumisen välttämiseksi käytettiin mutkapaikoissa rautaisia suojakiskoja tai kiskot päällystettiin rautalevyillä. Kun raudan hinta laski tuntuvasti vuonna 1767, alettiin eräässä Englannin tehtaassa käyttää raiteina puun sijasta litteitä valurautaharkkoja, mikä osoittautui hyväksi valinnaksi. Vuoden 1808 jälkeen valurauta vaihtui kiskojen valmistusaineena takorautaan, ja vuonna 1820 siirryttiin valssilaitoksissa valmistettujen kiskojen käyttöön. Ensimmäiset rautatiet olivat epätasaisia, ja niitä pitkin vedettiin kolisevia rattaita ihmis- ja eläinvoimilla, kunnes höyryvoima otettiin käyttöön. Aluksi käytettiin kiinteitä höyrykoneita, jotka köysien avulla saattoivat vetää vaunuja esimerkiksi mäkeä ylös. Liikkuvan höyrykoneen eli ensimmäisen varsinainen veturin keksimisen jälkeen 1825 oli rautatie valmis. Manner-Euroopan ensimmäinen rautatie rakennettiin 1835 Belgiaan, seuraavat 1835 Saksaan, 1837 Ranskaan ja 1838 Venäjälle.

Suomen ensimmäinen rautatie rakennettiin jo vuonna 1836 Taipaleen kanavan rakennustyömaalle lähellä Varkautta. Suomen ensimmäinen henkilöliikenteen rautatie rakennettiin Helsingistä Hämeenlinnaan 1858–1862. Seuraavaksi valmistuivat rataosuudet Riihimäki–Pietari 1868–1870, Hyvinkää–Hanko-rata 1873, Kerava–Porvoo 1874, Hämeenlinna–Tampere 1876 ja Turku–Toijala 1876.

Vuonna 1924 rautateitä oli koko maailmassa 1 215 878 kilometriä, josta Euroopassa 374 415 kilometriä, Pohjois- ja Etelä-Amerikassa 601 914 kilometriä, Aasiassa 135 067 kilometriä, Afrikassa 55 520 kilometriä ja Australiassa 48 962 kilometriä. Vuonna 1923 oli rautateitä Yhdysvalloissa 404 513 kilometriä, Saksassa 57 245 kilometriä, Venäjällä 55 978 kilometriä, Ranskassa 52 737 ja Britteinsaarilla 38 287 kilometriä, Ruotsissa 15 502 kilometriä, Tanskassa 4 968 kilometriä, Suomessa 4 595 kilometriä, Norjassa 3 456 kilometriä, Latviassa 2 824 kilometriä ja Virossa 1 067 kilometriä.

Katso myös

• Raideleveys
• Rautatieliikenne
• Rautatievaihde
• Risteysvaihde
• Suomen rautatiet
• Veturi
• VR-Yhtymä
• Ratikkamuseo

Rautatieaiheisia keskustelufoorumeita

• sr1.fi foorumi
• Rautatiemuseon keskustelufoorumi
• sfnet.harrastus.rautatiet
• Vaunut.org – Junakuvia ja havaintoja

Aiheesta muualla

• Eri maiden rautatiekarttoja
• YLE/Elävä arkisto: Toiveammatti - veturinkuljettaja

Raideliikenne

Rautatieliikenne	rautatie juna rautatieasema rautatieliikennepaikka rautatiekalusto
Metroliikenne	metro metroasema
Raitioliikenne	raitiovaunu duoraitiovaunu pikaraitiotie museoraitiotie
Turvalaitteet	asetinlaite kampiasetinlaite kankiasetinlaite opastin releasetinlaite tietokoneasetinlaite varmistuslukko- ja opastinturvalaitos
Raideleveys	kapea normaali leveä
Suomessa	rautatieliikenne rataverkko raitioliikenne lähijunaliikenne metroliikenne kapearaiteiset rautatiet yritykset: VR Fenniarail Operail