Derin Okuma — Demiryolu Çift Kat

Bir trenin diğerini beklemesi

Eskişehir ile Kütahya arasındaki tek hatlı koridorda bir yük treni, karşı yönden gelen yolcu trenine yol vermek için yan hatta çekilir. Yolcu treni geçer, makas kapanır, yük treni ana hatta geri döner. Manevra kabaca on iki dakika yer. Günde kırk çift tren geçen bir hatta bu on iki dakikalar toplanır ve hat, teorik kapasitesinin çok altında çalışır.

Demiryolunda kapasite, rayın uzunluğuyla değil, trenlerin birbirini geçme sıklığıyla ölçülür. Tek hat, aynı anda tek yönde tek tren taşır. Çift kat ise iki trenin karşılıklı, birbirini beklemeden geçmesine izin verir. Peki bu fark neden bu kadar büyük bir ekonomik sonuç doğurur?

Hat kapasitesi nasıl hesaplanır

Bir hattın kapasitesi, blok adı verilen güvenlik bölümlerine dayanır. Blok, iki sinyal arasındaki mesafedir ve bir trenin içine girmeden önce diğerinin çıkması beklenir. Tek hatlı bir koridorda bloklar karşılıklı yönler arasında paylaşılır. Çift hatta ise her yön kendi blok zincirine sahiptir.

Tek hatlı bir koridorda tipik kapasite günde 40-60 tren çiftidir. Çift hatta bu sayı 150-200 çiftine çıkar. Aradaki fark, sadece ray sayısı değil, sinyalizasyon mantığının değişmesidir. Tek hatta her karşılaşma bir bekleme üretir, çift hatta karşılaşma diye bir olay yoktur.

Kapasiteyi belirleyen ikinci parametre tren hızıdır. Yüksek hızlı trenlerde blok mesafesi uzar, çünkü fren mesafesi hızla birlikte artar. 160 km/s hızda fren mesafesi kabaca 1.500 metre, 250 km/s hızda 3.500 metreye yaklaşır. Blok uzadıkça aynı hatta daha az tren sığar.

Üçüncü parametre, yan hatların uzunluğudur. Bir yük treni 700 metre uzunluğundaysa, onu barındıracak yan hattın en az 750 metre olması gerekir. Yan hat kısaysa tren ikiye bölünür ve manevra süresi ikiye katlanır. Türkiye'de eski tek hatlı koridorlarda yan hat uzunluğu çoğu yerde 400-500 metre bandında kaldığı için modern 700 metrelik trenler buralara sığmaz.

Dördüncü parametre, tren tiplerinin karışımıdır. Aynı hatta 120 km/s giden bir yük treni ile 160 km/s giden bir yolcu treni birlikte çalışıyorsa, hız farkı her karşılaşmada bir bekleme üretir. Homojen trafikte kapasite yüksek, heterojen trafikte düşer. O yüzden Almanya gibi ülkelerde yük trenleri gece penceresine kaydırılır.

Kapasitenin beşinci ve en çok atlanan parametresi, sinyalizasyon seviyesidir. Sabit blokta sinyaller belirli mesafelerde durur ve tren her sinyalde yavaşlar. Hareketli blokta sinyal yoktur, tren konumunu sürekli bildirir ve bir sonraki tren ona göre ayarlanır. Aynı fiziksel hatta sabit blok günde 160 tren taşırken, hareketli blok aynı hatta 220-240 tren sığdırır. Yani kapasite, çelikte değil yazılımda da birikir.

Çift kat tam olarak neyi değiştirir

Çift kat, iki paralel hattın birbirinden bağımsız işletilmesidir. Her hat kendi yönünde tek yönlü çalışır. Düzenlemede trenler birbirini beklemez, sadece aynı yöndeki yavaş treni hızlı trenin geçmesi gerekir. O geçiş de yan hatlarda veya istasyonlarda yapılır.

İki hattın birbirine bağlandığı noktalara makas denir. Makaslar, hatlar arası geçişi sağlar ve bakım gerektirir. Çift katlı bir koridorda makas sayısı, tek hatlıya göre kabaca iki katına çıkar. Bu, bakım maliyetini artırır ama işletme esnekliğini de yükseltir.

Makaslar arası mesafe de kritik bir tasarım parametresidir. Çok sık makas, hızı düşürür çünkü tren her makasta yavaşlamak zorunda kalır. Çok seyrek makas ise bir arıza durumunda trenin diğer hatta geçmesini imkansız kılar. Tipik bir çift katlı koridorda makas aralığı 5-10 kilometre bandında tutulur.

Çift katın en büyük kazancı, bakım penceresidir. Tek hatlı koridorda bakım için hat tamamen kapatılır, trenler durur. Çift hatta bir hat bakıma alınırken diğer hat tek yönlü çalışmaya devam eder. Bu, yıllık bakım kaybını günlerden saatlere indirir.

Tek yönlü çalışma sırasında kapasite yarıya iner ama sıfıra inmez. Fark, işletmeci için kritiktir. Tek hatlı bir koridorda bakım penceresi açıldığında tüm trafik durur ve yolcu otobüse aktarılır. Çift hatta ise trenler gecikmeli de olsa çalışmaya devam eder ve yolcu kesintisi yaşamaz.

Çift katın ikinci gizli kazancı, hız profilidir. Tek hatlı bir koridorda tren, karşılaşma ihtimali yüzünden sürekli temkinli gider. Çift hatta bu temkin ortadan kalkar ve tren, hattın izin verdiği en yüksek hızda seyredebilir. Yolcu treninde bu, seyahat süresinden 10-15 dakika keser. Yük treninde aynı kazanç, vagon devir hızına yansır ve filo ihtiyacını düşürür.

Maliyetin gerçek ağırlığı nerede

Çift kat yatırımının maliyeti, ray ve traversin toplamından ibaret değildir. Toprak işleri, köprü ve tünel genişletmeleri, sinyalizasyon, elektrifikasyon ve kamulaştırma kalemleri toplamın büyük kısmını oluşturur. Düz arazide kilometre maliyeti 8-15 milyon avro bandında, dağlık arazide 40 milyon avroyu aşar.

Maliyetin en sinsi kalemi kamulaştırmadır. Mevcut tek hatlı bir koridorun yanına ikinci hat koymak, koridorun genişletilmesini gerektirir. Genişleme, koridor boyunca uzanan tarlaların, evlerin ve sanayi tesislerinin bir kısmının satın alınması anlamına gelir. Kentsel kesimlerde kamulaştırma, toplam maliyetin yüzde 20-30'una çıkabilir.

Köprü ve tünel genişletmeleri ikinci ağır kalemdir. Mevcut bir köprü tek hat için tasarlanmışsa, ikinci hattı taşımaz ve yeni köprü gerekir. Tünellerde ise ya mevcut tünel genişletilir ya da yeni tünel açılır. Tünel genişletme, yeni tünel açmaktan bazen daha pahalıdır çünkü mevcut yapıyı zayıflatma riski taşır.

Sinyalizasyon, çift katın görünmez maliyetidir. Tek hatlı bir koridorda basit bir sinyal sistemi yeterken, çift hatta hareketli blok veya ETCS Seviye 2 gerekir. Sistemler kilometre başına 1-2 milyon avro ekler. Ancak kapasiteyi yüzde 30-40 artırır.

Hareketli blok nedir? Sabit blokta trenler arası mesafe sabit sinyallerle belirlenir. Hareketli blokta ise her tren kendi konumunu sürekli bildirir ve bir sonraki tren ona göre ayarlanır. Bu, sabit blokta kaybedilen mesafeyi geri kazandırır ve aynı hatta daha fazla tren sığdırır.

Elektrifikasyon da çift katla birlikte yenilenir. 25 kV 50 Hz katener sistemi, dizel çekişe göre ton-kil başına enerji maliyetini kabaca üçte bire indirir. Çift kat yatırımı genellikle elektrifikasyonla birlikte yapılır, çünkü ikinci hattı sonradan elektriklendirmek daha pahalıdır.

Elektrifikasyonun ikinci kazancı bakım maliyetidir. Dizel lokomotiflerin motor bakımı, elektrikli lokomotiflere göre çok daha sık ve pahalıdır. Bir dizel lokomotif yılda kabaca iki kez büyük bakıma girerken, elektrikli lokomotif yılda bir kez girer. Fark, filo büyüklüğüyle çarpıldığında ciddi bir işletme tasarrufu üretir.

Maliyetin son görünmez kalemi, inşaat süresidir. Yüz kilometrelik bir çift kat projesi düz arazide 4-5 yıl, dağlık arazide 7-9 yıl sürer. Süre boyunca mevcut tek hat çalışmaya devam eder ama yavaşlar. İnşaat lojistiği, mevcut trafiği kısıtlar ve gecikmeleri artırır. Yani yatırımın bir kısmı, inşaat sırasında kaybedilen işletme verimliliğidir.

Çift katın sınır koşulları

Çift kat her koridorda aynı sonucu vermez. Trafik yoğunluğu düşükse, ikinci hat boş çalışır ve yatırım kendini taşımaz. Kabaca bir eşik vermek gerekirse, mevcut tek hattın kapasitesinin yüzde 60'ının altında çalışan bir koridorda çift kat ekonomik değildir.

İkinci sınır, düğüm noktalarıdır. Çift katlı bir koridor, iki ucundaki istasyonlarda hala darboğaz yaşar. İstasyon girişindeki makas düzeni, peron sayısı ve yan hat uzunluğu, hattın kapasitesini sınırlar. Yani koridorun ortası çift kat, uçları tek kat kalırsa, kazanç yarıya iner.

Üçüncü sınır, trafik karışımıdır. Aynı koridorda hem yüksek hızlı yolcu treni hem ağır yük treni çalışacaksa, çift kat bile yeterli olmayabilir. Durumda üçüncü veya dördüncü hat gerekir. Almanya'nın Ren koridorunda tam bu yüzden ayrı yük hattı inşa edildi.

Dördüncü sınır, bakım kapasitesidir. Çift kat, bakım penceresini kolaylaştırır ama bakım filosunu da büyütür. İki hat, iki kat bakım ekibi ve iki kat makine demektir. Yıllık bakım bütçesi, tek hatlıya göre kabaca yüzde 70 artar. Kalem, hesap tablosunda görünmez ama işletme maliyetinde belirir.

Piyasa Hafızası

Ankara-İstanbul Yüksek Hızlı Tren hattının Köseköy-Gebze kesimi, 2014 yılında çift katlı olarak hizmete girdi. Kesim, mevcut tek hatlı koridorun yanına inşa edilen ikinci hatla birlikte çalışmaya başladı. Açılışla birlikte Ankara-İstanbul arası yolcu treni seferleri günde 12 çiftten 26 çiftine çıktı. Yük trenleri ise aynı koridorda gece penceresinde çalışmaya başladı. Tarih, Türkiye'de çift kat yatırımının kapasite etkisinin en net görüldüğü kırılma olarak kayda geçti.

Küçük Bir Hesap

Sayılar temsili, mantık gerçek. Geri dönüş süresi, trafik yoğunluğuna aşırı duyarlıdır. Kapasite kullanımı yüzde 60'ın altına düşerse süre 20 yılı aşar, yüzde 90'a çıkarsa 7 yıla iner. Yani çift kat, trafiğin zaten yoğun olduğu koridorlarda kazançlıdır.

Duyarlılığın ikinci boyutu, yatırım maliyetidir. Kilometre maliyeti 12 milyon avro yerine 20 milyon avro olursa, toplam yatırım 2 milyar avroya çıkar ve geri dönüş süresi 11 yıldan 18 yıla uzar. Dağlık bir koridorda bu senaryo gerçekçidir. Yatırım kararı, koridorun trafiği kadar arazi yapısına da bağlıdır.

Üçüncü duyarlılık, sinyalizasyon seviyesidir. Hareketli blok kurulmazsa kapasite 160 yerine 120 tren çiftinde kalır. Durumda yıllık ek gelir 70 milyondan 45 milyona iner ve geri dönüş süresi 11 yıldan 16 yıla çıkar. Sinyalizasyonu atlamak, kağıt üzerinde 100 milyon avro tasarruf gibi görünür ama on yılda 250 milyon avro gelir kaybına dönüşür.

Okuma çerçevesi

Çift kat, iki ray döşemek değil, işletme mantığını değiştirmektir. Kapasite artışı ray sayısından değil, karşılaşma beklemesinin ortadan kalkmasından gelir. Yatırımın geri dönüşü, koridorun mevcut trafik yoğunluğuna bağlıdır ve bu eşik yüzde 60 civarındadır.

İkinci ders, sinyalizasyonun görünmez maliyetidir. Çift kat, basit sinyalle çalışmaz, hareketli blok gerektirir. Ek maliyet, kapasiteyi yüzde 30-40 artırarak kendini telafi eder. Sinyalizasyonu atlayan bir çift kat yatırımı, kağıt üzerinde ucuz görünür ama işletmede kapasitenin yarısını kaybeder.

Üçüncü ders, bakım penceresidir. Çift kat, hat kapatmadan bakım yapılmasına izin verir ve yıllık kaybı günlerden saatlere indirir. Kazanç, hesap tablosunda görünmez ama işletme güvenilirliğinde en büyük farktır.

Dördüncü ders, yan hat uzunluğudur. Çift kat, yan hatları modernleştirmeden tam kapasiteye ulaşmaz. 700 metrelik bir yük treni, 500 metrelik yan hatta sığmaz ve manevra süresi ikiye katlanır. Yatırımın yarısı raylara, diğer yarısı bu görünmez altyapıya gider.

Beşinci ders, düğüm noktalarıdır. Koridorun ortası çift kat olsa bile uçlardaki istasyonlar darboğaz yaratırsa kazanç yarıya iner. Yatırım, koridorun tamamı boyunca tutarlı olmadıkça beklenen etkiyi vermez. Bir koridorun geleceği, kaç ray döşendiğiyle değil, trenlerin birbirini kaç kez beklediğiyle ölçülür.