Železnice

Tento článek pojednává o dopravní infrastruktuře. O městě pojednává článek Železnice (okres Jičín).

ICE 3, vysokorychlostní vlak Deutsche Bahn

Železnice je kolejnicový dopravní prostředek pro přepravu osob a zboží.

Železnice vznikla na počátku 19. století spojením již staletí známého systému dopravy po kolejnicích a strojního pohonu. Požadavek hladké dopravní cesty a hmotnost strojního pohonu vedly zprvu k železem pobitým fošnám, později k montáži železných kolejnic na kamenných blocích, které byly později z důvodu dodržení rozchodu kolejí montovány na příčně položených železničních pražcích ze dřeva. Zde má původ pojmenování „železná dráha“. Dnešní železniční vozidla jezdí většinou s koly z ocele na ocelových kolejnicích, a díky speciálnímu profilu kol a okolku jsou drženy na jízdní dráze.

První kolejová vozidla byla používána v dolech a poháněna lany a navijáky, což se ještě dnes používá u pozemní lanové dráhy či u kabelové tramvaje. Pro pohon vpřed na velké vzdálenosti se dnes používá motorový pohon, který je buď umístěn přímo ve vozidle přepravujícím užitečnou zátěž (motorovém voze), nebo ve vozidle k tomu vyhrazeném (lokomotivě). Dalším vývojem železnice se dají očekávat automaticky řízená jednokolejná vozidla na principu magnetické levitace.

Dvoukolejná elektrifikovaná železniční trať v dolním Polabí u obce Hrdly

Tramvaje, městské dráhy, metro, nadzemní dráhy a kolejnicemi spojené horské dráhy jsou svým technickým principem železnice, ale jsou - podle země - budovány konstrukčně stavebně a pohonně odlišně od vlastní železnice, a mají též odlišné provozní předpisy.

Pojem dráha označuje zprvu cestu nebo trasu (či linii), na které se pohybuje objekt (viz jízdní dráha, dálnice, letištní dráha, vzletová a přistávací dráha); pojem železnice tedy precizně označuje druh jízdní dráhy. Teprve z něj vychází používání slova „železnice“ pro dopravní prostředek (jízdní dráha a vozidla), které je dále zkracováno na dráhy.

I v jiných jazycích slovo původně označovalo dráhy a teprve později dopravní prostředek: (německy Eisenbahn) (železná cesta), (francouzsky chemin de fer), (nizozemsky spoorweg), (španělsky ferrocarril), (rusky железная дорога [železnaja daróga]), (železná cesta), (anglicky railway) (kolejová dráha), (maďarsky vasút) (železná cesta), (italsky ferrovia) (železná cesta), (švédsky Järnväg) (železná cesta), (turecky demiryolu) (železná cesta).

Historie a význam železnice

Stephensonova lokomotiva Rocket z roku 1829.

Vyjeté koleje, které vedly povozy po cestách existovaly odedávna. Vývoj, který vedl k železnici, se ale neodvíjel na veřejných silnicích, ale v dolech, kde nejpozději v roce 1530 existovaly kolejové důlní vozíky či káry. V anglickém hornictví se vyvinul do konce 18. století systém, ve kterém se vozidla pohybovala na kolech s okolky na (z počátku železných) kolejnicích.

Počátkem dějin železnice v dnešním smyslu byl rok 1804, když Richard Trevithick uvedl do provozu první parní lokomotivu. Lokomotiva tehdy měla ještě kola bez okolků. Vedení po kolejích bylo, jak bylo u tehdejších konstrukcí koňských drah Wagonway obvyklé, zajištěno hranou na vnější straně kolejnic. Geometrický princip Wagonway byl v později překonán, u autobusových drah byl ale dále rozvíjen, a hrany vodících lišt se nachází na vnější straně kolejnic. První veřejná železnice zahájila provoz v roce 1825 z Stocktonu do Darlingtonu v Anglii a mimo zboží také poprvé v historii přepravovala i osoby. Kola železničních vozů již měla stejné okolky, jako mají dnešní vozy, a měla dnešní normální rozchod kolejí 1435 mm.

Železnice v 19. století během několika desetiletí vytvořila hustou dopravní síť, která významně zkrátila dobu cestování v Evropě a v Severní Americe. Působila jako katalyzátor průmyslové revoluce, vytvořila potřebu vzniku těžkého průmyslu a díky svému rozvoji vytvořila předpoklad velké poptávky po železe, oceli a strojích. Vznikla moderní stavba mostů a tunelů, aby bylo možno stavět železniční tratě. Moderní akciová společnost je reakcí na potřebu kapitálu pro železniční projekty, které již nemohl sám žádný soukromý investor financovat.

Německý válečný transport v roce 1914

Ve válkách v 19. století se ukázala obrovská strategická výhoda dobře vybudované železniční sítě. Především prusko-francouzská válka se stala je příkladem velké výhody dopravy vojenských oddílů a jejich zásobování po železnici a tím získání rozhodujícího vlivu ve válce. Proto vlády evropských zemí s velkou pozorností a rychlostí podporovaly a řídily výstavbu národních železničních sítí. Vojenský význam železnice byl největší v první světové válce. Nezastupitelnou úlohu hrála železnice i za druhé světové války, kdy mj. umožnila po německé invazi do SSSR záchranu sovětského těžkého průmyslu pro válečnou výrobu přesunem obrovského množství strojního vybavení továren do bezpečí na východ, ale také nechvalně proslulé deportace milionů obětí do nacistických koncentračních a vyhlazovacích táborů.

Mezi světovými válkami začal masívní rozvoj motorových vozidel jako dopravního prostředku, který měl v následujících desetiletích ve všech západních zemích za následek pozastavení provozu na velké části železniční sítě. Dopravní výkonnost železnice sice rostla, ale ne v tak velké míře jako v motorizované individuální dopravě. Nákladní železniční doprava v Severní Americe si dodnes udržela silnou pozici. V Evropě a v Japonsku si železniční doprava dokázala obhájit své pozice v osobní dopravě, mimo jiné také díky výstavbě vysokorychlostních tratí.

Dle údajů CIA má celosvětová železniční síť délku celkem 1,37 miliónů kilometrů. V Severní Americe je 275 000 km železnic, členské státy EU mají 236 000 km, Rusko 87 000 km, Čína přes 75 000 km a Indie má přes 63 000 km železničních tratí. Dohromady mají výše jmenované země polovinu celosvětové železniční sítě. Z dalších zemí světa s nejrozsáhlejšími železničními sítěmi má Austrálie 38 550 km, Argentina 32 000 km, Jižní Afrika 21 000 km a Mexiko 18 000 km. Česká republika je s délkou 9 632 km železniční sítě na 22. místě na světě.

Železniční vozidla

Kolejová vozidla železnic jsou sestavována do vlaků (popř. tzv. posunujících dílů), které se skládají z jednoho nebo více za sebou řazených železničních vozů (výraz „vagon“ se v odborných textech nepoužívá). Vlak (resp. posunující díl) je tažen nebo posunován jednou nebo více lokomotivami nebo motorovými vozy; tato hnací vozidla jsou umístěna obvykle na čele, méně často na konci vlaku nebo mezi železničními vozy.

Lokomotivy, pohonné jednotky a motorové vozy se označují pojmem hnací vozidlo. Železniční zaměstnanec, který ovládá hnací vozidlo (někdy prostřednictvím řídicího vozu), je strojvedoucí.

Na počátku železnic obstarávala pohon tažná zvířata (koněspřežná dráha), později byla nahrazena parním pohonem, po roce 1879 elektrickým pohonem (vynalezen toho roku Wernerem von Siemens). Od roku 1900 se používá také zážehový či vznětový (dieselový) motor, v nedávné době byly vlaky poháněny i turbínami. Motory přes převody uvádějí do pohybu kola, pomocí kterých se vlak pohybuje po kolejnicích. Někdy se používají pomocné prostředky, např. ozubené hřebeny mezi kolejnicemi ozubnicové dráhy či třecí disky. Experimentálně byly použity i vrtulové a reaktivní motory, které se ale neosvědčily. Dříve používané kladky, které vlaky používaly na místech s velkým stoupáním, byly technickým vývojem pohonných jednotek lokomotiv překonány.

Na hlavním trasách v hustě zalidněných oblastech je upřednostňován elektrický pohon, jinde dieselový pohon. Výjimkou je Severní Amerika, kde neexistuje žádná elektrifikovaná dálková trať.

Zařízení železnice

Železniční nádraží v Brémách

Železniční trať v Montaně

Landwasserviadukt na Albulabahn ve Švýcarsku

Železnice

Zařízením železnice se označuje železniční infrastruktura. Zahrnuje kolejovou síť, budovy a další technická zařízení, jako například zabezpečovací zařízení, které jsou nutné k provozu železnice.

Koleje a podloží

Obvykle se koleje skládají ze dvou kolejnic, podélných ocelových pásů, které jsou od sebe vzdáleny o stanovený rozchod a jsou upevněny na pražcích nebo na podkladovém panelu či desce. Kolejnice se upevňují různými způsoby, např. hřeby nebo svorami. Upevněním kolejí se jistí rozchod kolejí a znemožňuje rozjíždění kolejnic v příčném směru. Pražce jsou většinou z impregnovaného dřeva, či nověji z předpjatého betonu.

Kolejový rošt z kolejnic a pražců je uložen na kolejovém loži (většinou ze štěrku), které zachycuje statické a dynamické síly a předává dál železničnímu spodku. Železniční svršek se skládá z kolejnic a jejich lože. Především u vysokorychlostních železnic se užívá kolejový svršek z betonu, na který jsou montovány kolejnice s tlumícími prvky, tzv. pevná jízdní dráha.

Železnice neumožňuje velká stoupání a vyžaduje velké poloměry oblouků. Proto jsou především v pohořích nutné složité konstrukce umělých staveb. Mnoho železničních tras přes pohoří je známo svými složitými mosty a tunely. Příkladem je např. Semmeringbahn v Rakousku či Albulabahn a Berninabahn ve Švýcarsku.

Důležité železniční trasy (hlavní tahy) a další trasy s vysokou hustotou provozu se budují většinou dvoukolejné. Na více kolejových trasách se mohou vlaky bez omezení křižovat a předjíždět, což je na jednokolejných trasách možné jen na nádražích.

V České republice se podle zákona o dráhách rozlišují celostátní dráhy (je pouze jedna), regionální dráhy, vlečky, speciální dráhy (např. metro). Lanové, tramvajové, trolejbusové a důlní dráhy nejsou železničními drahami, a to ani když je provozuje železniční společnost.

Elektrifikace

Elektrické pohonné vozy vyžadují dodávku elektrické energie za jízdy. Proud je většinou dodáván z trolejového vedení, které je umístěno nad kolejemi, méně často - hlavně u podzemních drah a metra - je umístěna napájecí kolejnice bočně od kolejnic nebo je umístěná mezi kolejnicemi. K systému zásobování elektrickou energií patří i trakční stanice, přes které probíhá napájení elektrickým proudem. Některé železniční společnosti provozovaly/provozují vlastní elektrárny a přenosová vedení pro přenosovou napájecí soustavu.

Železniční stanice

Existuje více typů železničních stanic. Existují hlavové železniční stanice (lidově koncové železniční stanice), kde železniční tratě končí, dále mezilehlé železniční stanice, kterými tratě probíhají a další. Dle funkce existují železniční stanice pro osobní dopravu, které slouží k nastupování, vystupování a k přestupování cestujících a nákladní železniční stanice, kde je zboží nakládá, vykládá a překládá, seřaďovací nádraží, která slouží k přechodu jednotlivých vozů nebo skupin vozů mezi jednotlivými nákladními vlaky, a provozní nádraží, která slouží k odstavení a údržbě kolejových vozidel.

Hovorově je „nádražím“ míněna přijímací budova, která slouží osobní dopravě, i v případě, když související zařízení na trati není v odborné železniční mluvě železniční stanice, ale např. pouze odbočka („křižovatka“) či zastávka na železniční trase. Železniční stanicí není ani pouhé nákladiště nebo výhybna.

Provoz železnice

Železnice jsou většinou státní majetek a jsou státem i většinou provozovány státem (státní dráhy), ale mohou být i v soukromém vlastnictví (soukromé dráhy). Tyto pojmy se nevztahují jen na provozování drah, ale také na veřejné či neveřejné využívání železnice. Železnice, není významné jestli státní či soukromé dráhy, jsou ve většině případů využívány jako veřejný dopravní prostředek, a mohou být použity každou osobou za úplatu.

Železniční společnosti

Za provoz drah, to znamená, za bezpečný a přesný provoz vlaků, zodpovídají železniční společnosti. Tradičně bývají vlaky provozovány stejnou společností jako železniční infrastruktura. Od konce 20. století se v Evropské unii organizačně odděluje infrastruktura od dopravy z důvodu zajištění přístupu bez diskriminace k železniční síti.

Bezpečnost železničního provozu

Železniční nehoda ICE v Eschede v Německu

Letecký pohled na nádraží v Frankfurtu nad Mohanem

Železnice jsou vedeny v trase a nemohou se vyhýbat překážkám, přesto mají na pozemní komunikaci možnost přesného a bezpečného provozu.

Technika kolejové dopravy má mnohé přednosti, má ale i svá nebezpečí. Železniční vlaky mají kvůli velké hmotnosti a malému tření dlouhou brzdnou dráhu. Díky pohybu po trati je nemožné bezprostředně ovlivnit jízdní dráhu kolejového vozidla a řídit ji. Kromě čelních a bočních srážek i vykolejení vlaků zapříčiňují škody. Také na veřejnosti méně známé, vzácně se vyskytující události, jako je převrácení při velkém bočním větru, mohou způsobit těžká neštěstí a jsou zohledněna v předpisech.

Železnice přesto patří k bezpečným dopravním prostředkům a nehodám v kolejové dopravě dochází pouze zřídka, za to vděčí různým provozním opatřením, jakož i přísným kontrolám zodpovědných úřadů. Stejně jako v letecké dopravě, je u železnice tolerována jen malá četnost nebezpečných událostí, z důvodu vysokých požadavků na spolehlivost a bezpečnost použité techniky.

Motorová vozidla a železniční zařízení mají bezpečností prvky, které mají zajistit pokud možno co nejbezpečnější provoz. Jsou to návěstidla, stavědla a železniční zabezpečovací zařízení, na vozidlech brzdy a vlakové zabezpečovače, které mají zabránit lidskému selhání strojvůdce. Bezpečností systémy jsou založené na osvědčených technologiích, ale především na poznatcích z chyb, které se vyskytly v železničním provozu, a jsou zohledněny příčiny železničních nehod a jsou bezpečnostní zařízení jsou dále zdokonalována.

Stavědla se zajišťují mechanickými, elektrickými a elektronickými prostředky, že výhybky, návěstidla a jiná technická zařízení jsou v poloze, kdy se vlaky vzájemně neohrozí, nebo se sami ohrozí nepřiměřenou rychlostí či se ohrozí, když jsou výhybky či jiné technická zařízení nesprávně nastavené. Díky vlastnostem kolejnic a vedení vozidel na nich, jsou jejich polohy během jízdy vlaků po úsecích přesně určené a stavědla rozpoznají přesné nastavení kolejí.

Železniční přejezdy, kde se silnice a cesty na jedné úrovni kříží se železnicí, jsou jištěny závorami, světelnými znameními a dopravními značkami, či jinými zařízeními. Technicky jištěné železniční přejezdy jsou začleněny do systému stavědel. Především na železničních přejezdech, kde se železnice dostává do kontaktu s jinými dopravními systémy, je není jistota bezpečného provozu, a proto jsou postupně nahrazovány a jen výjimečně schvalovány při stavbách nových tras. Rizika plynoucí na železniční provozu na přejezdem nejsou nepatrná. Na druhou stranu železniční přejezdy omezují rychlost různých pohotovostních služeb, především hasičské záchranné služby a zdravotnických záchranných služeb v silniční dopravě.

Když se po prvních letech provozu dráhy skončily s jízdou na rozhled jako všeobecně uplatňovaným pravidlem, byly tratě rozdělena na úseky, které oddělovala traťová hradla. Traťová zabezpečovací zařízení dnes zajišťují, že se na uvedeném úseku nachází pouze jeden vlak a vlaky jezdí v pevně určených vzdálenostech. Již v počátcích vývoje železnice bylo započato, postupně předat bezpečnost za provoz na trati technice. Nejdříve byla obsluha traťových hradel zcela na obsluze železnice, která rozpoznala, že se vlak pohybuje v uvedeném traťovém úseku. Po nehodách byly již na počátku 20. století bylo technicky zajištěno, že obsluhu skutečně minul vlak (či část vlaku). Budoucí bezpečnostní systémy mají zajistit, že vlaky budou jezdit v relativní vzdálenosti své brzdné dráhy a tím se zvýší kapacita a energetická hospodárnost železničních tratí bez omezení bezpečnosti v přesných časových intervalech v jednotlivých traťových úsecích. Železnice, především v Severní Americe jezdí v časových intervalech. Především systematické a zajištěné komunikační protokoly mezi zaměstnanci ve vozidlech a na trati, jakož i přesná evidence přispívají k bezpečnosti; tak je způsob, jak umožnit vozidlu další jízdu při poruše signalizace, přesně určen a možné nebezpečné manipulace se stavědlech musí být písemně dokumentovány. Bezpečnost železnice je stále více zajišťována zpětnou vazbou mezi organizováním a jednáním. Velkou zodpovědnost stále mají lidé stále při zajišťování vlakového provozu na vedlejších tratích.

Na rychlostních tratích při rychlostech vyšších než 160 km/h bylo v Německu pro vlaky s průměrnou rychlostí 160 km/h zaveden tzn. Linienzugbeeinflussung. Zde se souhlas k jízdě a údaje pro řízení vlaku na předávají na stanoviště strojvedoucího. Strojvedoucí sleduje parametry jízdy vlaku, zejména maximální rychlost a brzdnou křivku, a v případě překročení rychlosti je zavedeno rychločinné brzdění. S ETCS, ERTMS a GSM-R mají být zavedeny celoevropské standardy bezpečnosti železniční dopravy, řízení a komunikace.

Důležitý příspěvkem k bezpečnosti provozu je přesná poloha kolejnic a stálá kontrola. Poloha kolejí se následkem železničního provozu a povětrnostními vlivy mění, probíhá v přesně určených časových intervalech proměřování geometrie kolejí, a když je nutné, i jejich oprava. K měření existují speciální železniční vozidla.

Jízdní řád

Nejdůležitějším nástrojem v provozu železnice je grafikon železniční dopravy. Je vytvořen způsobem, že je možný optimální provoz železnice. při plánování musí být zohledněny různé okolnosti: možnosti křižování na železničních stanicích ležících na trati, možná nejvyšší rychlost vlaku, minimální odstup následujících vlaků (daný blokovými signály trati) a návaznost na jiné vlaky jako i další podmínky (hmotnost vlaku, sklon trati, zatáčky, brzdné možnosti atd.). Důležitý pro hospodárný provoz je optimální nasazení vozidel a personálu: mohou být pouze na jednom místě, ale nemají např. zbytečně stát ve stanici. Dobrý jízdní řád má dostatek rezerv, ale ne jejich nadbytek, aby se drobná zpoždění nepřenášela na jiné železniční spoje.

Cestující oceňují taktový jízdní řád, protože je svojí pravidelnou skladbou snadno zapamatovatelný. Pro plánovače jsou jeho přednosti v jednoduchosti, v symetrii. Taktové jízdní řády se konstruují jako síťové dopravní plány.

V jízdním řádu je rozlišováno mnoho druhů vlaků, například dálkové vlaků InterCity či příměstská doprava. Ve interním jízdním řádu jsou zohledněny i nákladní vlaky, či jízdy prázdných vlaků.

Provoz a automatizace

Deska železničního stavědla

Provoz železničních tratí je stále více automatizován a centralizován. Stavědla převzala nastavovaní výhybek a návěstidel. S nasazením techniky řízení železničního provozu mohou být dálkově řízena návěstidla v celých regionech. Automatické řízení vlaků nastavuje železniční trasy na základě elektronicky uložených jízdních řádů.

Výhody železniční dopravy

Železnice má mnohem nižší externí náklady, než silniční nebo letecká doprava. U osobní dopravy jsou přepočtu na osobokilometr asi čtvrtinové, u nákladní dopravy jsou dokonce šestinové. Externí náklady vznikají zejména v souvislosti se znečištěním životního prostředí, hlukem a nehodami. U silniční dopravy pochází více než polovina externích nákladů z nehod.

Problémy železniční dopravy

Zábor místa a rozdělení krajiny

Pro vysokou kapacitu železničních tratí (čtyřkolejná železniční trať dokáže za hodinu přepravit až 50 000 cestujících obou směrech) a též proto, že železnice je centrálně řízena, je zábor místa železnicí mnohem menší než u silniční dopravy. Trasy se čtyřmi kolejemi a velké železniční křižovatky jsou mnohem méně četné něž čtyřproudové silnice a dálniční sjezdy. Navíc jsou železniční tratě relativně úzké.

Problémem je ovšem rozdělení krajiny železničními tratěmi. Železniční tratě, především novostavby pro vysokorychlostní železnici, zasahují do krajiny více než dálnice, potřebují více prostoru pro přemostění údolí a pro zářezy do krajiny, jakož i více tunelů. Každá elektrifikovaná trať potřebuje i novostavby elektrického vedení.

Hlučnost

Velkým problémem je i hlučnost železniční dopravy. Většinou se nachází železniční trasy a křižovatky v obydlených oblastech. Hlukové emise projíždějících vlaků, především nočních nákladních vlaků, mohou být velkou zátěží pro mnoho obyvatel. Snížení hlučnosti železniční dopravy se v některých zemích věnuje značná pozornost. Opatření proti vznikání hluku se provádějí na straně infrastruktury (bezstyková kolej, pravidelné broušení kolejnic, tlumící upevnění kolejnic na pražcích, obložení kolejnic), vozidel (tlumení agregátů vozidel, kotoučové brzdy nebo nekovové špalíky, tlumiče hluku nebo nástřiky na kolech) a odstíněním zdrojů hluku (protihlukové stěny). V České republice se ochrana proti hlučnosti řeší stavbami protihlukových zdí. Tyto stavby však necitlivě zasahují do krajiny.

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Eisenbahn na německé Wikipedii.

Literatura

• Eduard Bass: Ze začátku našich železnic, Státní nakladatelství, Praha 1948
• Železnice – historie a současnost, Rebo, Čestlice 2009, ISBN 978-80-255-0287-7
• Franco Tanel: Železnice – od parních lokomotiv k vysokorychlostním vlakům, Slovart, Praha 2013, ISBN 978-80-7391-782-1

Související články

• Mezinárodní železniční unie
• Modelová železnice

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu železnice ve Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo železnice ve Wikislovníku
• Zelpage.cz – Stránka českých příznivců železnice
• Vlaky.net – Stránka slovenských příznivců železnice
• zeleznice.biz - velmi rozsáhlá galerie lokomotiv
• Atlas lokomotiv
• K-REPORT český dopravní server
• Heslo železnice na Open directory project
• Babitron - aktuální poloha vlaků
• Zákon o dráhách - znění platné od 1. ledna 2012, zveřejněné Ministerstvem dopravy ČR