Slik kan telehiv i jernbanesporet stanses
En ny doktoravhandling ved NTNU viser at nesten 70 prosent av de isolerte sporfeilene mellom Trondheim og Støren skyldes telehiv, ikke setninger. Stikkrennene under sporet er hovedårsaken.
Hovedmistenkt i Taos forskning: en åpen stikkrenne i jernbanefyllingen midt på vinteren. ( Foto: Rui Tao)
De to første årene av doktorgradsarbeidet visste ikke Rui Tao hva han lette etter. Et jernbanespor kan føre til ulykker på et titalls måter, fra sprekker i skinnehodet og løse befestigelser (delene som holder skinnene fast til svillene), til ujevne setninger dypt nede i underbygningen. Litteraturen pekte i alle retninger samtidig.
– De to første årene av prosjektet var jeg litt fortapt. Jeg måtte finne ut hvilke av feilene på jernbanesporet som var mest kritisk for norsk jernbane, sier Tao.
Han kom til Norge i august 2021 med bakgrunn fra vannressurs- og vannkraftteknikk ved Hohai University og Wuhan University i Kina, og kjente lite til det norske jernbanesystemet. Måten han til slutt angrep problemet på, var inspirert av hvordan en etterforsker jobber med en kriminalsak.
– Prosessen ligner egentlig på måten en etterforsker jobber i en kriminalroman. Du har noen spor, og så prøver du å finne ut hvem som står bak, forklarer han.
Sporene måtte hentes fra tre fagfelt som sjelden snakker sammen: geoteknikk (læren om grunnforhold), geomatikk (faget som bruker satellitter og avanserte målinger til å kartlegge terreng), og jernbaneteknikk. Avhandlingen ble levert ved Institutt for bygg- og miljøteknikk ved NTNU våren 2026, finansiert av “Centre for Green Shift in the Built Environment.” Tao er nå postdoktor ved NGI i Trondheim.
131 feil på fem mil
Bane NOR eier målevognen Roger 1000 som registrerer sporgeometrien når den kjører og dekker strekningen Trondheim–Støren to ganger i året. Tao brukte data fra målevognen til å analysere vertikale bevegelser i skinnegangen fra 2016 til 2020 med kontinuerlig wavelet-transformasjon, en signalbehandlingsmetode som skiller enkeltstående avvik fra den jevne slitasjen langs linjen.
På strekningen fant han 131 isolerte sporfeil. Nesten 70 prosent av dem var telehiv, ikke setninger. Rundt 70 prosent av hivene kom tilbake etter at sporet var vedlikeholdt. Forverringen lå typisk på mellom null og tre millimeter i året, i ekstreme tilfeller seks til sju millimeter.
At hivene stadig kommer tilbake, sier noe om hva vedlikeholdet faktisk utretter.
– Vedlikeholdet gjøres først og fremst med pakkmaskin, som retter opp geometrien i overflaten. Ligger årsaken i underbygningen, kommer problemet tilbake igjen og igjen og igjen, forklarer Tao.
For å kvantifisere alvorlighetsgraden av telehiv, simulerte han et NSB type 73-tog som passerte over idealiserte sporfeil. To størrelser er avgjørende: faller kontaktkraften mellom hjul og skinne mot null, mister hjulet kontakten med skinnen, og risikoen for avsporing øker. Øker den vertikale akselerasjonen i vognkassen, kjenner passasjerene det som et rykk. Simuleringene viste at telehivene både øker risikoen for avsporing og går ut over passasjerkomforten.
Deretter befarte Tao selv områdene med telehiv.
– Vi observerte en tydelig sammenheng mellom telehiv og stikkrenner, og dette var ingen tilfeldighet. Nesten overalt der sporet hadde hevet seg, lå det en dreneringskanal, en stikkrenne eller en annen konstruksjon som førte vann, sier han.
Strekningen mellom Trondheim og Støren, der Tao analyserte fire år med målevognsdata. ( Foto: Rui Tao)
Rui Tao disputerte ved NTNU i våren 2026 og er nå postdoktor ved NGI i Trondheim. ( Foto: NTNU)
Kondomer som membran
En stikkrenne er et rør med åpne ender som leder vann gjennom jernbanefyllingen. De er svært vanlige i Norge, ofte anlagt for å drenere jordbruksarealer eller lede nedbør til elver og bekker. Om vinteren fungerer røret som en tunnel for kald luft, noe som gjør at telen trenger betydelig dypere inn i fyllingen enn den ellers ville gjort. Dermed oppstår de tre forutsetningene for telehiv: minusgrader, telefarlige masser og tilgang på vann.
– I Norge har vi lange vintre og mye telefarlig masse, og grunnvannstanden står ofte høyt. Dessverre er alle de tre betingelsene for telehiv lett oppfylt langs norske jernbanelinjer, påpeker Tao.
Men at to ting opptrer sammen, er ikke det samme som at den ene forårsaker den andre. Feltobservasjonene viste hvor hivene var, ikke hva som skjer i jorda rundt en stikkrenne i løpet av en vinter. Det måtte Tao finne ut av for å komme videre.
Å instrumentere en stikkrenne i drift er nesten umulig. Tao bygget derfor en nedskalert utgave i et fryserom på NTNU: seks minusgrader i lufta over bakken og inne i røret, seks plussgrader i vannreservoaret under, forskyvningssensorer i overflaten og temperatursensorer i flere dybder.
Budsjettet var 10 000 kroner.
– Med svært knappe midler måtte jeg mobilisere alle på laben og tenke utradisjonelt for å løse oppgaven, sier han.
Jorda i modellen var helt vannmettet, og vann kunne ikke få komme inn i selve røret. Løsningen ble en lateksmembran i hver ende, festet med O-ringer.
– Vi brukte den billigste løsningen vi fant, sier Tao med et smil. Han hentet nesten 20 kondomer fra gratisbeholdningen i hovedbygget på NTNU.
Forsøket ga svar på hvordan stikkrenner kan forårsake telehiv. Når vann fryser, utvider det seg med omtrent ni prosent, men denne volumøkningen alene er sjelden nok til å skape store løft. Forskjellen er at frossen jord trekker til seg mer vann. Rundt hvert jordkorn finnes en tynn vannfilm som forblir flytende, og denne vandrer oppover mot frysefronten, grensen mellom frossen og ufrossen jord. Når vannet fryser til is der, dannes det horisontale lag, kjent som islinser, som fortsetter å vokse så lenge de får tilførsel av vann nedenfra.
– Den endelige konklusjonen er at islinser er hovedårsaken til telehiv. Veksten kunne ses med det blotte øye under forsøket i den fysiske modellen, sier Tao.
Modellforsøket: en nedskalert stikkrenne i et fryserom på NTNU, bygget for 10 000 kroner. Rui Tao (til høyre) sammen med professor Gustav Grimstad fra NTNU, som hjalp ham med å sette opp riggen.
Bare isolasjon virker
Planer om å øke dreneringskapasiteten med nye stikkrenner langs jernbanelinjer bør derfor ta høyde for disse funnene, mener Tao. Avhandlingen konkluderer med at frostsikring må være en integrert del av design og utforming i nye jernbaneprosjekter for å forhindre telehiv.
Tao testet tre ulike tiltak i en datamodell, der hvert tiltak skulle motvirke én av de tre forutsetningene for telehiv: isolasjon mot minusgrader, forspente geonett mot de telefarlige massene, og en tett membran for å hindre vanntilgang.
Bare isolasjonen virket. Den reduserte differensielt hiv, ujevnheten som gjør sporet humpete, med opptil 90 prosent, mens membranen og geonettene hadde svært liten effekt.
– Konklusjonen vår er at bare den termiske løsningen virker. Problemet med de hydrauliske løsningene er at den norske vinteren er for lang. De har en viss effekt i starten, men over tid, med mye kulde, går telehivet tilbake til sitt opprinnelige nivå. Den mekaniske løsningen fungerer heller ikke, fordi forskjellen i stivhet mellom geonettet og den frosne jorda er for liten til at geonettet gjør nytte, sier Tao.
Etter disputasen ved NTNU: Rui Tao (i midten) med hovedveileder Yutao Pan fra NTNU (til venstre) og seksjonsleder ved NGI, Jean-Sébastien L'Heureux.
Satellitter som følger sporet
Funnene over er primært rettet mot nye jernbaneprosjekter. På spor som allerede ligger, blir det for dyrt å grave opp fyllingen for å legge isolasjon. Der må telehivet holdes nede med pakkmaskin, og inspeksjoner avgjør hvor og når den settes inn. Behovet for inspeksjon overstiger allerede kapasiteten.
– Vi trenger bedre styring av vedlikeholdet, slik at mannskaper sendes til riktig sted før et større problem eller en hendelse oppstår, sier Tao.
Tao testet derfor metoden PS-InSAR, som måler grunnbevegelser ved å sammenligne radarbilder fra satellittene i Sentinel-1-programmet. Selv om teknikken er velprøvd for overvåking av jordfuktighet og flom, er den lite brukt på jernbane, og Tao var usikker på om den ville fungere under norske forhold.
– Om den kunne brukes på jernbanen, og på den norske spesielt, hadde vi ingen anelse om, sier han.
Rådataene krevde omfattende bearbeiding, da målepunkter ofte var feilplassert, for eksempel i elva Gaula i stedet for på brudekket. Tao utviklet derfor en egen metode for å fjerne støy og korrigere målepunktene. I en test over 52 kilometer korresponderte fire av sju funn med hendelsesrapporter fra togpersonalet, mens to av de resterende ble bekreftet av målevognsdata. Det siste avviket lå i et område med sparsom dekning.
Metoden kan dermed varsle begynnende sporfeil, men veien fra vitenskapelig suksess til praktisk implementering hos aktører som Bane NOR er fortsatt lang.
– Artikkelen ble publisert i fjor og fikk nesten 30 siteringer på ett år, så den har fått en viss oppmerksomhet i fagmiljøet. Men hvordan den kan brukes i det daglige arbeidet, er kanskje det jeg bryr meg mest om. Den virkelige målestokken for forskningen vår ligger ikke i publiseringen, men i anvendelsen på reelle problemer, avslutter Rui Tao.
