ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta dopravní
Semestrální práce z předmětu Y2VT Vysokorychlostní tratě
Historie japonského Shinkansenu, Tókaidó Shinkansen
2010 / 2011 Jordánková Ivana
Historie japonského Shinkansenu [1] Ze čtyř světových stran vedly již na počátku 17. století do japonského hlavního města živé obchodní cesty. Podél skalnatého pobřeží se vinula k Tichému oceánu Tókaidó – Východní mořská cesta. Uběhlo 300 let a stejný název se hodil i pro novinku průmyslového věku. Byla to dvoukolejná železniční trať úzkého kapského rozchodu 3,5 ft (1 067 mm), postupně budovaná z Kóbe severovýchodním směrem přes Ósaku do Tokia, dokončená v roce 1889. V polovině 20. století ale přestala vyhovovat moderním nárokům. Ty vycházely ze skutečnosti, že území, jímž procházela, obývalo 43% obyvatel země a současně bylo zdrojem 70% průmyslové výroby. Na každou kolej připadalo denně 147 vlaků osobní přepravy, 83 vlaků nákladních a 20 vlaků služebních nebo zvláštních. Přednost železnici Již tehdy bylo pozoruhodné ústřední nádraží v Tokiu: nepřehledný komplex kolejí, vlaků, mraveniště lidí, kde se během 24 hodin odbavovalo 760 000 cestujících. Mezi 8. a 9. hodinou ranní přijíždělo 97 000 lidí, večerní statistiky dokládaly mezi 19. a 20. hodinou 104 000 odjíždějících osob. Při největší frekvenci zde vlak zastavoval každé dvě minuty, poslední cestující opouštěli nástupiště, když následující vlak přivážel nové. Situace byla nezvládnutelná a průzkumy naznačovaly další růst nároků na dopravu. V roce 1956 nezbylo nic jiného, než rozhodnout o novém řešení dopravy v hustě obydlených a dopravou zatížených koridorech. Obloukem 3 800 km dlouhým probíhá podél východního pobřeží asijské pevniny japonského souostroví, široké 200 až 300 km. Ve střední části ostrovů vystupují pásma hor, též proto je obyvatelstvo soustředěno hlavně do pobřežních pruhů území. To je ideální podmínka pro vedení dopravních koridorů, využívaných též železnicí. Koleje procházejí čtyřmi hlavními ostrovy (Honšú, Kjúšú, Šikoku, Hokkaidó), vzájemně spojenými trajekty, někde též tunely nebo mosty. Kapský rozchod byl zvolen v 19. stolení na doporučení zahraničního poradce, který nedocenil budoucí hospodářský rozvoj země a potřebu vhodnějšího řešení. Pozornost se nejprve soustředila na koridor mezi Tokiem a Ósakou. Jím vedená železniční trať měla vůči ostatní úzkorozchodné síti výhodu, že zde rychlíky mohly jezdit rychlostí až 110 km/h, zatímco jinde jen 95 km/h. Značné popularitě se těšily plány na výstavbu dálnice. Japonské národní železnice, důvěřující v budoucnost ocelových cest, však zahájily studium a výzkum vysokých rychlostí, dvoustovka se v diskusích odborníků stala běžným pojmem. Výsledky doložily, že vzdálenost 300 km je pro letadlo zcela nehospodárná. Potvrdily, že železnice je do vzdálenosti 600 km nejvýhodnější překoná-li ji expres asi za tři hodiny. Odtud vyplynula cestovní rychlost a železnice prosadily své názory proti příznivcům letadel a automobilů. Dne 20. dubna 1959 byla zahájena výstavba vysokorychlostní tratě Tokio – Ósaka, probíhající v podstatě podél původní tratě. Zvolen byl pro Japonsko stále ještě neobvyklý „normální“ rozchod 1 435 mm a do světa začal rychle pronikat pojem Šinkansen, čili nová dálková trať. Slovo Tókaidó se znovu objevilo v jejím názvu: Nová trať Tókaidó, často v používaném anglickém přepisu New Tokaido Line. Celkové investiční náklady činily 380 milionů jenů, což v té době představovalo 2 % ročního hrubého národního produktu země. Investiční náklady hradila z 90 % japonská vláda a železnice, z 10 % dlouhodobý úvěr od Světové banky.
1
Obr.1 – 20. dubna 1959 byla slavnostním Výkopem zahájena výstavba tratě New Tokaido Line. Na snímku je při tomto aktu prezident Japonských státních železnic, pan S. Sago, zdroj: [1]
Obr. 2 – Prototypová jednotka Tokaido sloužila k ověřování všech hlavních prvků vlaku. V průběhu zkoušek se zvyšoval výkon motorů i nejvyšší rychlost ze 170 na 200 km /h., zdroj: [1]
Stavební tempo urychloval blížící se termín zahájení tokijské olympiády. Rušno bylo po celé trase, vedoucí též v dohledu komolého kužele dnes již vyhaslé, 3 776 m vysoké sopky Fudži, která své okolí naposledy ohrožovala v roce 1707. 1. října 1964 byla 515,4 km dlouhá New Tokaido Line se 14 stanicemi na trase Tokio – Osaka uvedena do provozu. Pro její elektrizaci byla zvolena jednofázová střídavá proudová soustava 25 kV, 60 Hz, nejvyšší rychlost byla připuštěna 210 km/h. Prezident Japonských národních železnic přestřihl pásku před prvním expresem, vyšla upomínková známka – olympiáda mohla začít. Byly zavedeny dva typy expresů: rychlejší Hikary se dvěma zastávkami a pomalejší Kodama, který zastavoval ve všech stanicích. Nejprve jezdil každý z nich jednou za hodinu, postupně se jejich počet zvyšoval. V prvním roce provozu, zahrnujícím období od začátku října 1964 do konce září 1965, se zde přepravilo přes 11 mil. cestujících, ale již v roce 1967 překročil roční počet cestujících 100 milionů. Cestující přitahovala nabídka spojů, pohodlí i jízdní doba, která se z původních 6 h 30 min na úzkorozchodné trati zkrátila na 3 h 10min. Údaj pro rok 1980 dokládá 125 mil. přepravených osob a pro rok 1988, na prahu stříbrného jubilea vysokorychlostní tratě, již 160 milionů cestujících, kteří dali rychlé železnici přednost před letadly a automobily.
Obr.3 – Slavnostní otevření tratě proběhlo 1. října 1964 ve dvou stupních – nejdříve za účasti japonského císaře Hirohita na velké slavnosti, potom na tokijské železniční stanici, kde nový prezident JNR, Ischida, slavnostně přestřihl pásku a uvolnil tak prvnímu vlaku cestu do Ósaky, zdroj: [1]
2
Následuje Sanjó Když v roce 1886 zhodnotila japonská armáda poznatky o tehdejším světě a jeho budoucnosti, prosazovala změnu úzkého rozchodu domácích železnic na normální, z japonského hlediska široký. Problém konverse rozchodu se projednával třicet let, až v roce 1918 se příslušné dokumenty přestěhovaly do přítmí archivů. Důvodem byly obrovské náklady, které by si změna rozchodu vyžádala. K myšlence na normální rozchod se Japonci vrátili opět na počátku 2. světové války. Vyvinula se do projektu železniční tratě, vedoucí mezi ostrovy Honsů a Kjúšú, z Tokia přes Osaku do Hakaty. Měl zde jezdit na svou dobu pozoruhodný a rychlý expres Střela. Skladba vlaků, včetně vojenských, byla ale širší. Návrh se neuskutečnil, vznikla ale řada přípravných prací, které mohly být využity o čtvrtstoletí později. Příznivé zkušenosti s novým Tókaidem, podporované nežádoucím ovlivňováním životního prostředí silniční dopravou i růstem nehod, vyvolaly po vysokorychlostní železnici další poptávku. Jejím důsledkem bylo v roce 1966 zahájení výstavby na Tókaidó navazující vysokorychlostní tratě Sanjó – prvním úsekem Sanjó 1 z Osaky do Okajamy, dlouhým 153 km. Dokončeno byl v roce 1972, kdy byl také zahájen provoz. Současně se počet expresů Hikary a Kodama, vedených s východiskem i cílem v Tokiu, zvýšil na čtyři za hodinu. Návazně se rovinami i pahorkatinami západní části ostrova Honšů pokračovalo ve výstavbě úseku Sanjó 2 vysokorychlostní tratě Sanjó, vedoucího z Okajamy přes Hirošimu k západu. 18,7 km dlouhým tunelem Šin Kammon opustila hlavní japonský ostrov Honšů a vstoupila na ostrov Kjúšú a do města Hakata v jeho severní části. Na této 393 km dlouhé trase byl provoz zahájen 10. března 1975. O náročnosti výstavby této tratě svědčí fakt, že plných 223 km (57%)vede v tunelech a dalších 31 km (8%) na mostech a viaduktech. Osaka, kde se setkávají vysokorychlostní tratě Tókaidó a Sanjó, se stala důležitým železničním uzlem. Pět expresů Hikari a pět expresů Kodama začalo jezdit každou hodinu mezi 1 069 km vzdáleným Tokiem a Hakatou. Jízdní doba nejrychlejších expresů se na trati Tokio – Osaka zkrátila o 3 h 20 min (na 3 h 10 min), na trati Osaka – Hakata o 4 h 50 min (na 3 h 30 min). Při porovnání jízdních dob z Tokia do Hakaty lze zjistit pozoruhodné skutečnosti. V roce 1942 byla jízdní doba expresu Fuji v parní trakci 20 hodin 3 minuty, v roce 1961 v elektrické trakci 15 hodin 35 minut, po otevření nové trati expresem Hikari 6 hodin 40 minut a v roce 1993 překonává nejrychlejší expres Nozomi tuto trať, dlouhou 1 069 km, za pouhých 5 hodin 4 min.. Úspěch byl pozoruhodný, expresy z Tokia do Osaky používalo 85% cestujících mezi oběma městy, z Tokia do Hirošimy 65% a do Hakaty více než 30%. Tohoku a Džóecu Mezitím vypracovaný národní plán stanovil v roce 1969 výstavbu 7 200 km vysokorychlostních tratí, později rozšířený na 9 000 km. V květnu 1970 jej podpořil zákon o výstavbě celostátní sítě železnic pro rychlost vyšší než 200 km/h, které měly spojit důležitá místa. Dopravní trasy z oblasti velkého Tokia se 14 mil. obyvatel k Cugarskému průlivu a Japonskému moři nebyly v době výstavby prvních vysokorychlostních tratí zatíženy tak, jako cesty směřující na jihozápad. Přesto šest prefektur se 13 mil. obyvatel záhy prosadilo své prání, aby je protla další vysokorychlostní stať. Byla to Tohoku, vedená ze železniční stanice Ómija, severně od Tokia, plochou krajinou i napříč horskými hřebeny, přes Sendai do Morioky. Trať Tohoku, dlouhá 465 km, prochází řadou důležitých průmyslových středisek i atraktivními přírodními oblastmi
3
s několika národními parky. Provoz se šedesáti expresy denně byl zahájen 23. června 1982. Požadavky dalších tří prefektur, obydlených 10. mil. obyvatel a přitažlivých zajímavou krajinou, přispěly k výstavbě další, 270 km dlouhé, vysokorychlostní tratě Džóecu. Stavěla se současně s Tohoku, vycházela rovněž ze železniční stanice Ómija a vedla severozápadním směrem přes Takasaki a Nagaoka do Niigaty, největšího průmyslového střediska na břehu Japonského moře. Čtyřicet expresů denně nabízelo své služby od 15. listopadu 1982. Obě vysokorychlostní tratě, Džoecu i Tohoku, protínají území s náročnými klimatickými podmínkami. V úseku mezi železničními stanicemi Takasaki a Džokomogen na Džoecu napadnou v zimě až tři metry sněhu, na trati Tohoku dosahuje vrstva sněhu jeden metr. Proto mají elektrické jednotky sněhové pluhy a veškerá jejich podpodlahová zařízení jsou ve skříních. Na tratích je automatické zařízení pro rozehřívání sněhu. Japonsko má 196 sopek, z toho třicet je činných. Jejich vulkanická činnost naznačuje geologicky mladý věk japonských ostrovů. Dávají zemi četná minerální zřídla, jsou ale také zdrojem častých záchvěvů půdy a občasných zemětřesení. To působí starosti na trati Tohoku, která vede seizmicky značně aktivní oblastí. Proto jsou ve vzdálenosti 40 až 100 km podél její trasy instalovány detektory. V případě potřeby umožní návěsti zabezpečovacího zařízení snížení rychlosti expresu, příp. jeho úplné zastavení.
Tókaidó Shinkansen Po rozpadu Japonských státních železnic v roce 1987 byla založena Centrální japonská železnice (JR Central), jejíž primární činností je provoz trati Tókaidó Shinkansen, dlouhé 515 km, spojující tři hlavní metropolitní oblasti Tokio, Nagoya a Osaka.
Obr.4 - Koncentrace obyvatel Japonska, zdroj: [2]
4
Typy vlakových spojů: Tokaido Shinkansen sestává ze spojů Nozomi, Hikari a Kodoma, které se liší rozdílnou obsluhou stanic (viz obr. 5).
Obr. 5 – Typy spojů, zdroj: [2]
Dopravní vytíženost Tokaido Shinkansenu se neustále zvyšuje. Aby vyhovělo potřebám cestujících, je vypraveno více jak 9 Nozomi expresů každou hodinu mezi stanicemi Tokio – Shin-Osaka. Na obrázku 6 je vidět, kolik a jaké typy expresů jsou vypraveny denně na trati Tokaido Shinkansen.
Obr. 6 – počet a typ expresů/den, zdroj: [2]
Charakteristika a výkonnost • Bezpečnost: ATC systém mimoúrovňové křížení speciální zákon na zákaz vstupu oplocení podél tratě žádné zranění ani nehoda během 45 let 5
• •
Spolehlivost: průměrné denní zpoždění je 0.5 minuty/vlak Nejvyšší rychlost: 270 km/h 2 hod 25 min jízdy mezi Tokiem a Osakou • Výkon: 13 expresů/hodinu vyjíždějících z Tokia 323 expresů/den 378 000 cestujících/den 138 milionů cestujících/rok Grafikon Tokaido Shinkansenu [2] V prvním roce provozu byly mezi Tokiem a Osakou nasazeny pouze 2 expresy/hod. Nyní číslo stouplo ze 2 na 13 expresů/hod. 1964 (od zahájení provozu)
2010 (Březen)
4 hodiny 2 60 61 000
2hod. 25 min. 13 323 378 000
Cestovní čas Vlaků/hod z Tokia Vlaků/den Cestujících/den
Obr 7. – grafikon, zdroj: [2]
Hlavní kontrolní centrum Hlavní kontrolní centrum je nejprogresivnější řídící systém, který zajišťuje bezpečnost a spolehlivost.
6
Obr. 8 – hlavní kontrolní centrum, zdroj: [2]
Kontrolní struktura (obr. 8): Kontrola vlakového provozu Kontrola vytíženosti personálu a vozu Kontrola obsluhy cestujících Kontrola výkonu Kontrola dráhy a údržby Kontrola návěstí a telekomunikace
Obr. 9 – kontrolní struktura, zdroj: [2]
COMTRAC (COMputer – aided TRAffic Control) Významné přispění k řízení vysokorychlostních vlaků na trati Tokaido bylo vylepšení řídících kontrolních systémů jako ATC a Centralizované kontroly dopravy. K zvládnutí vyššího stupně služeb byl COMTRAC představen jako automatický kontrolní systém, který umožňuje sledovat po celý den stav všech vlaků, které jsou na trati.
7
Obr. 10 – COMTRAC, zdroj: [2]
ATC – systém automatického vedení vlaku Signál, oznamující maximální povolenou rychlost podle vzdálenosti od předchozího vlaku a podle stavu trati,je nepřetržitě zobrazen na tachometru. Pokud se vlak pohybuje příliš rychle, je automaticky zpomalen na náležitou rychlost.
Obr. 11 – ATC systém, zdroj: [2]
Typy vlakových souprav Počátek série 0 v roce 1964 byl převratný s ohledem na tehdejší úroveň železniční technologie. V roce 1992 dosáhla centrální japonská železnice dramatického technologického zlepšení a uvedla série 300, zvyšující maximální rychlost o 50 km/h. V roce 1999 byla uvedena série 700, která více dbala na pohodlí cestujících a v roce 2007 byl představen nejnovější model Shinkansenu série N700. 8
Obr.12 – porovnání sérií, zdroj: [2]
Obr. 13 –počet a typy vlakových souprav, zdroj: [2]
9
Údržba vozového parku
Obr. 14 – typy a intervaly mezi kontrolou, zdroj: [2]
TERRA-S (Tokaido Shinkansen Earhquake Rapid Alarm Systém) TERRA-S detekuje P vlny (primární, podélné vlnění), které se pohybují rychleji než S vlny (sekundární, příčné vlnění) a výpočtem stanoví skutečný čas k identifikování míry zemětřesení a vzdálenost epicentra. Systém zhodnocuje rozsah škod před vydáním varování. Detekce zemětřesení ve velkém měřítku vede k okamžitému omezení elektrickému přenosu k bezpečnému zastavení všech činností vlaků. Všech 21 detekčních míst je nastaveno tak, aby zajistilo plné pokrytí celé trati Tokaido Shinkansenu a rovněž poskytuje informace vlakové dopravě na konvenčních tratích.
Obr. 15 – TERRA-S systém, zdroj: [2]
Životní prostředí Porovnání emisí CO2 Shinkansenu a letadla mezi Tokiem a Osakou.
10
Citace [1] Jelen, Jiří,. Svět rychlých kolejí / Vyd. 1. lit., 1997. 163 s. : ISBN 80-85884-76-3., str. 1 – 4
Praha : Nakladatelství techn.
[2] Http://english.jr-central.co.jp/company/company/others/data-book/index.html [online]. 2010 [cit. 2010-12-15], str. 4 - 10
11
