Operational transitions in railway infrastructure I II Master thesis Operational transitions in railway infrastructure Maurits de Hek 4468384 MSc. Transport, Infrastructure & Logistics Keywords: Train operations, railway infrastructure, human factors, transitions, train service disruptions, automatic train protection, vertical track alignment, train dispatching, power supply system Hardinxveld-Giessendam 03-09-2020 Graduation committee: Prof. R.M.P. Goverde – TU Delft Dr. J.H. Baggen – TU Delft Dr. M.L.C. de Bruijne – TU Delft Ing. F. Bokhorst – ProRail III IV Preface Terwijl de kinderen in mijn straat hun ongewoon lange schoolvrije periode gebruikten om de sloot voor mijn huis uit te baggeren, wat de buurt vervulde met een enorme moeraslucht, en visten naar rivierkreeftjes, die daar niet horen te zitten, zat ik op mijn kamer te schrijven aan mijn afstudeerrapport. Dag in, dag uit herhaalde dit tafereel zich. Soms had ik de neiging om me bij hen te voegen, zeker als de zinnen met moeite uit mijn vingers kwamen. Het feit dat dit rapport af is en voor u ligt, is daarom niet te danken aan mijn eigen kracht, maar door de gemeenschappelijke inspanning van velen die mij de afgelopen maanden ondersteund hebben. Dit rapport is tot stand gekomen dankzij de onbezoldigde hulp van vele mensen. Mijn meest nabije begeleiders, John Baggen, Frank Bokhorst en Mark de Bruijne wil ik hartelijk bedanken voor hun grote inzet en betrokkenheid bij het afstuderen. Eveneens wil ik Rob Goverde bedanken voor de taak die hij op zich heeft genomen als voorzitter van de afstudeercommissie. Jullie aanbevelingen en aanmoedigingen hebben mij geholpen om dit rapport te brengen tot waar het nu is. Dank daarvoor! Verder wil ik iedereen bedanken die een bijdrage aan dit rapport heeft gedaan door mee te denken, door kritische opmerkingen te plaatsen en die door het geven van interviews nieuwe informatie en nieuwe inzichten hebben gegeven. Veel goede inzichten en leuke ideeën heb ik aan deze mensen ontleend. Dank daarvoor! Tot slot wil ik mijn diepste spijt betuigen aan mijn ouders, familieleden, vrienden en kennissen die zowel gevraagd als ongevraagd soms geconfronteerd zijn met eindeloze uitweidingen van mijn kant over de meest pietluttige details met betrekking tot het spoor. Dat jullie dit alles doorstaan hebben, is een prestatie van verdienste, die niet onbenoemd mag blijven. Veel dank! V Samenvatting Introductie en onderzoeksdoel Technologische innovaties in de Nederlandse spoorwegsector, zoals ERTMS en 3kV tractie- energievoorziening (TEV), maken het mogelijk om de efficiëntie, effectiviteit en snelheid van het spoorwegsysteem de komende decennia te verhogen. De implementatie van nieuwe systemen als ERTMS en 3kV is een langdurig proces. De nieuwe systemen zullen daarom lange tijd naast de oude systemen (ATB-EG en 1.5kV) blijven bestaan. Tussen die oude en het nieuwe systemen zijn operationele transities nodig. Het aantal operationele transities zal de komende jaren daardoor toenemen. Sommige van deze operationele transities blijken vatbaar voor verstoringen. Wanneer een operationele transitie mislukt, kan dit voor aanzienlijke vertragingen op het spoorwegnet zorgen. Vooral wanneer meerdere operationele transities dicht bij elkaar liggen of gelijktijdig plaatsvinden, is het risico van verstoringen bij een van deze transities aanzienlijk. Wanneer verschillende operationele transities worden gecombineerd, kan een verstoring in de ene transitie grote gevolgen hebben voor de andere operationele transitie die vlak naast de eerste transitie ligt. Operationele transities worden gedefinieerd door twee kenmerken. Ten eerste zijn het fysieke locaties in de spoorinfrastructuur. De locatie is dus nauwkeurig vast te stellen. Ten tweede vereist een operationele transitie dat de machinist moet schakelen tussen twee systemen of zijn/haar gedrag aanzienlijk moet veranderen. Het doel van dit proefschrift is om het effect van operationele transities op de betrouwbaarheid van de treinexploitatie te onderzoeken. Het is vaak onduidelijk hoe groot de impact van operationele transities op de treindienst zijn. Dit proefschrift levert een bijdrage aan de wetenschappelijke literatuur door een aanzienlijk aantal operationele transitietypen te typeren en te onderzoeken. Dit onderzoekt geeft inzicht in de effecten van systeemtransities op de betrouwbaarheid van de treinexploitatie. Voor ProRail kan dit onderzoek bijdragen aan een beter begrip van operationele transities. Hieruit kunnen maatregelen worden genomen die de betrouwbaarheid van operationele transities vergroten om zo de punctualiteit van de treindienst toe te laten nemen. Methodieken Omdat er in de wetenschappelijke literatuur weinig bekend is over (operationele) transities in de spoorsector, wordt gebruik gemaakt van een verkennende onderzoeksmethode. Als onderzoeks- methode wordt de grounded theory-approach gebruikt. Hierbij worden theorieën gevormd op basis van patronen die uit de data naar voren komen. Bovendien wordt de ‘mixed methods approach’ toegepast om data te verzamelen. Zowel kwantitatieve als kwalitatieve databronnen worden gebruikt om deze patronen in operationele transities te ontdekken. De eerste stap in het onderzoek is het identificeren van operationele transitietypes op het Nederlandse spoorwegnet. Op basis van de kenmerken van operationele transities, brainstorming en interviews zijn acht operationele transitietypes geïdentificeerd. Waar mogelijk zijn de locaties van deze transities vastgelegd. Er zijn vier case studies uitgevoerd waarin verschillende typen operationele transities aan bod komen. In de eerste case study worden operationele transities op de HSL-Zuid, Betuweroute en Havenspoorlijn onderzocht aan de hand van informatie uit literatuur en uit interviews. In de tweede case study worden operationele transities op knooppunt Meteren onderzocht en de derde case study onderzoekt operationele transities bij Zaandam. Voor de tweede en derde case studies worden kwantitatieve methoden gebruikt. Twee deelvragen aan de orde bij deze drie case studies. Allereerst wordt onderzocht in hoeverre vertragingen ontstaan door de vastgestelde operationele transities. Ten VI tweede wordt onderzocht wat de onderliggende oorzaken van mislukte operationele transities zijn. In de vierde en laatste case study wordt de rol van menselijke factoren bij het mislukken van operationele transities onderzocht. Interviews met machinisten en experts zijn gebruikt om de rol van human factors in vertragingen als gevolg van een mislukte ATB-EG-ERTMS transities te onderzoeken. Deze laatste case study is niet gericht op een specifieke locatie. Identificatie van operationele transitie types In totaal zijn acht soorten operationele transities zijn geïdentificeerd. Er zijn zes typen operationele transities geïdentificeerd die ‘permanent’ van aard zijn. Ze maken deel uit van de spoorweginfrastructuur en kunnen niet gemakkelijk worden gewijzigd (Tabel 1). Verder zijn er twee soorten tijdelijke operationele transities. Deze operationele transities zijn voor een beperkte tijd aanwezig. De locatie van deze transities is ook variabel (Tabel 2). Tabel 1 Permanente operationele transitietypes TRANSITIE TYPES BESCHRIJVING TRACTIE TEV-transities zijn noodzakelijk wanneer twee verschillende TEV- ENERGIEVOORZIENING systemen worden gebruikt. Treinen hebben de juiste apparatuur nodig (TEV) om beide TEV-systemen aan te kunnen. De bestuurder is verantwoordelijk voor het overschakelen tussen beide TEV-systemen. Fasescheidingen komen voor op 25kV railsecties om stromen te scheiden die niet in fase zijn. De machinist moet hier de pantograaf te laten zaken. AUTOMATISCHE In Nederland worden meerdere ATP systemen gebruikt: ATB-EG, ATB-NG TREINBEVEILIGING en ETCS. Transities tussen deze systemen worden automatisch (ATP) uitgevoerd door het ATP system in de trein. De machinist dient deze transities te bevestigen. BEWEEGBARE Verschillende soorten bruggen vereisen verschillende handelingen van de BRUGGEN machinist. Sommige bruggen kunnen zonder operationele beperkingen worden gepasseerd, terwijl voor andere bruggen, bijvoorbeeld bruggen zonder bovenleiding, de machinist tractie moet uitschakelen. VERTICAAL Het verticale spooralignement kan veranderen bij bruggen, tunnels, fly- ALIGNEMENT overs, dive-unders en het (natuurlijke) terrein waarop de spoorlijn is gebouwd. Steile hellingen veroorzaken grote veranderingen in de treinsnelheid. De machinist moet zich hiervan bewust zijn en anticiperen op de aanwezigheid van hellingen in de spoortracé. VERKEERSLEIDINGS- Het Nederlandse spoorwegnet wordt aangestuurd door Verkeersleidings- POSTEN posten (VL-post) die problemen en conflicten op het spoor oplossen. Wanneer conflicten niet op tijd door treindienstleiders (trdl) worden afgehandeld, kunnen treinen gele en rode seinen tegenkomen, die de trein afremmen. De overdracht van treinen tussen de Primaire Procesleidingsgebieden (PPLG’s) van verschillende trdl’s en tussen VL- posten kan eveneens vertragingen veroorzaken NIET CENTRAAL Op enkele rangeerterreinen en emplacementen worden wissels niet BEDIENDE GEBIEDEN aangestuurd door trdl’s, maar door rangeerders of machinisten. De trdl begeleidt de acties van het rijdende personeel, maar de trdl kan niet ingrijpen. Transities van niet-centraal naar centraal bediende gebieden worden aangegeven met borden of seinen. VII Tabel 2 Tijdelijke operationele transitietypes TRANSITIE TYPES BESCHRIJVING TIJDELIJKE SNELHEIDS- TSB's worden ingesteld wanneer rijden op volle snelheid op een bepaalde BEPERKINGEN (TSB) baanvak als onveilig