Tunnel/Tunnelløsning
__NUMBEREDHEADINGS__
Aktuelle tunnelløsninger
Følgende prinsipielle tunnelløsninger benyttes for dobbeltsporede jernbanestrekninger:
A. Ett stort dobbeltsporet løp med rømningsveier til det fri eller annet sikkert sted for minimum hver 1000 m.
B. Ett stort dobbeltsporet løp med parallell service-/rømningstunnel med tverrforbindelse for rømning for minimum hver 1000 m.
C. To separate enkeltsporede løp med tverrforbindelse mellom disse for hver 500 m.
D. To separate enkeltsporede løp med servicetunnel forbundet med rømningsveier mellom tunnelene.
Dette er de samme tunnelløsningene som omfattes av TSI SRT.
Dobbeltsporstunneler:
Enkeltsporstunneler:
Vurdering av tunnelløsningene
Det er gjort vurderinger for både bygge- og driftsfase. Fordeler i byggefase er listet først.
Fordeler med ettløpstunneler:
- Færre arbeidsfronter
- Mindre masser som må fjernes
- Mindre bergoverflateareal for sikring
- Større tverrsnitt gir mindre laster på konstruksjonene
- Enklere å etablere overkjøringssløyfer
- Enklere håndtering av trykkutjevning
- Mindre utstyr som må vedlikeholdes
- Mulighet for å plassere teknisk utstyr i rømningstunneler som ikke krever sportilgang ved vedlikehold
- Lavere trykk- og sugkrefter på installasjoner og konstruksjoner
Fordeler med toløpstunneler:
- Kortere rømningsveier
- Full kapasitet i ett løp ved vedlikehold i det andre løpet
Sikkerhet vurderes likt i en driftsfase på grunn av at tiltakene er tilpasset de ulike løsningene (eks. rømningsveier). Det er imidlertid viktig å se på sikkerhet i drivefasen av tunnelen.
Dette tilsier valg av ettløpstunneler for kortere tunneler, mens toløpstunneler blir mest gunstig for lange tunneler, spesielt der hvor det er langt fra tunnel ut i dagen.
Tunnelkonsept (antall løp)
Valg av tunnelkonsept gjøres på bakgrunn av følgende kriterier:
- Sikkerhet
- Dimensjonerende trafikk
- Geologiske forutsetninger
- Anleggsteknikk
- Drift og vedlikehold
- Kostnader
Sikkerhet
Sikkerhetsmessig vil både dobbeltsporstunneler og to parallelle enkeltsporstunneler tilfredsstille dagens krav til sikkerhet [1]. Teknisk spesifikasjon for sikkerhet i jernbanetunneler (TSI SRT) [2] godtar løsningene på lik linje, hvilket innebærer at begge løsningene kan velges ut fra et sikkerhetsperspektiv. For dobbeltsporstunneler kreves en avstand til utgang til sikkert sted minst én gang hver 1000. m. En kan også velge å bygge en parallell rømnings-/servicetunnel. I parallelle enkeltsporstunneler skal det etableres tverrpassasjer mellom løpene, og disse skal finnes minst én gang hver 500. m [2]. Grunnlaget for forskjellen i avstand til sikkert sted er at det tar lenger tid for en kritisk tilstand oppstår ved brann i en dobbeltsporstunnel enn i en enkeltsporstunnel på grunn av større volum for røyken i dobbeltsporstverrsnittet.
For tunneler kortere enn 1000 m er det ikke krav til rømningsveier.
Dimensjonerende trafikk
Dimensjonerende trafikk danner også grunnlaget for tunnelens RAM-krav eller tilgjengelighetskrav. Vedlikehold av tunnelen må utføres i hvite tider for å sikre at trafikken ikke blir berørt (kapasiteten opprettholdes). Vedlikeholdstilgjengelighet må vurderes. Ved ett løp vil man legge opp til arbeid i ett spor og sam- tidig trafikk i nabospor. I en toløpstunnel stenger man ett løp, og må avvikle trafikken begge veier i det andre løpet, riktignok med full hastighet. Tiltak som kan lette vedlikeholdstilgang i tunnelen under trafikk må identifiseres. Ved to løp vil det være mer utstyr som skal vedlikeholdes. I tillegg vil belastningen utstyret utsettes for i en toløpstunnel være større enn i en ettløpstunnel. En ettløpstunnel gir muligheter for å plassere teknisk utstyr i tilknytning til service-/rømningsveiene slik at adkomst til disse er uavhengig av skinnegående kjøretøy og sportilgang. Vedlikeholdstoget gjør at svært mye sporarbeid kan utføres godt beskyttet ved en ettløpstunnel.
Geologiske forutsetninger
For bergtunneler i Norge med tilstrekkelig overdekning (i gode bergforhold ofte definert som overdekning > tunneldiameter) vil de geologiske forholdene normalt ikke være av betydning for valg av tunnelkonsept. I svært dårlig berg, for tunneler i løsmasser og ved andre spesielle forhold, kan dette imidlertid styre valg av tunnelkonsept.
Der topografiske eller andre forhold gjør det vanskelig å etablere rømning til det fri eller annet sikkert sted med rømningsveier for minst hver 1000. meter, må det vurderes service-/rømningstunnel eller to parallelle løp.
Anleggsteknikk
Topografiske forhold og mulige angrepspunkter for driving av tunnelen vil ha betydning for valg av konsept. Valg av drivemetode (konvensjonell driving eller TBM) vil også være viktig. Fjellkvaliteten er avgjørende for hvor god framdriften er ved bruk av TBM. Boring av dobbeltsportverrsnitt med TBM er ikke særlig aktuelt i de harde bergartene som er dominerende i Norge. Det vil ta lengre tid å bore og slite mer på kutterne, og dette vil gjøre drivingen mer kostbar. Maskiner med svært store tverrsnitt som brukes i utlandet borer i løsmasser eller svakere bergarter. Boring av enkeltsporet tunnel med mindre diameter går bra med TBM selv i harde bergarter (ref. Jernbaneverkets tunnelprosjekter Arna – Bergen 2015-2020, Follobanen 2015-2021 og mange prosjekter utenlands).
Valg av to parallelle enkeltsporstunneler genererer mer overskuddsmasse enn én dobbeltsporet tunnel. For Follobanen er to løp beregnet til å gi 30 % mer masse enn ved én dobbeltsporet tunnel.
En fordel med dobbeltsporstunneler er at separasjon av sporene inn mot tunnelportalen ikke er nødvendig. For enkeltsporstunneler bygges tunnelportalene normalt med ca. 25 m sporavstand, noe som medfører at det legges beslag på et betydelig større areal enn for en dobbeltsporet portal. Ved store hastigheter vil sporgeometrien medføre at utgreining fra normal til stor sporavstand vil starte langt fra portalen.
Dersom det er behov for overkjøringssløyfer er det en fordel med dobbeltsporet tverrsnitt.
Drift og vedlikehold
Dimensjonerende trafikk danner grunnlaget for tunnelens tilgjengelighetskrav. Vedlikehold av tunneler må utføres i hvite tider for å sikre at trafikken ikke blir berørt (kapasiteten opprettholdes).
Ved to parallelle tunneler stenger man ett løp og avvikler trafikken begge veier i det andre løpet. I dobbeltsporet tverrsnitt kan det være vanskelig å få til vedlikehold på det ene sporet mens driften opprettholdes med full hastighet på det andre. Vedlikeholdstoget gjør imidlertid at svært mye sporarbeid kan utføres godt beskyttet ved en dobbeltsporstunnel med full hastighet i nabospor. De fleste vedlikeholdsoppgaver på kl-anlegg er også fullt gjennomførbart med trafikk på nabospor i dobbeltsporet tunnel, riktignok med nedsatt hastighet. Ved større sporarbeider kan man vurdere å installere et fast skille mellom sporene, enten gjennomgående eller strekningsvis. Ved dette tiltaket kan de fleste arbeidsoppgaver utføres på ett av sporene med uhindret trafikk på nabosporet [3].
Ved to løp vil det være mer utstyr som skal vedlikeholdes. I tillegg vil utstyret utsettes for større belastning i en toløpstunnel enn i en ettløpstunnel pga. mindre tverrsnitt. En ettløpstunnel gir muligheter for å plassere teknisk utstyr i tilknytning til rømnings-/servicetunnelene slik at adkomst til disse er uavhengig av skinnegående kjøretøy og sportilgang.
Kostnader
Generelt er ettløpstunneler rimeligere enn toløpstunneler. Dobbelsportunneler har en kostnad på i størrelsesorden halvparten av to ganger enkeltspor basert på regneeksempel med kontaktstøpt betonghvelv med membran som vannsikringsløsning. For rimeligere vannsikringsløsning blir forskjellen noe mindre. Omfang og behov for forinjeksjon vil også ha betydning.
Et annet forhold som har betydning i forhold til kostnader er hvordan kravet til rømningstunneler oppfylles. Beregninger som Trafikverket har utført viser at når kostnaden for rømningstunnelene legges til på dobbeltsporstunnelen innebærer det at rømningstunnelene maksimalt får utgjøre 45 % av dobbeltsporstunnelens lengde før dobbeltsporstunnelen blir dyrere.
Erfaringer fra andre land
Tabellene nedenfor viser for hvert land jernbanetunneler over 10 km både i drift og under bygging. Tunnelløsning for tunneler < 10 km er ikke listet opp, men likevel gjennomgått. Andel ettløpstunneler øker med avtagende lengde. For Sverige og Finland er det tatt med alle tunneler over 5 km.
Tabellforklaring:
- E = enkeltspor, 2E = 2 parallelle enkeltsporede tunneler, D = dobbelspor i ett tunnelløp, +s = separat service- og redningstunnel
- TBM = tunnelen er bygget vha. tunnelboremaskin, konv. = tunnelen er drevet med konvesjonell metode (sprenging)
Sveits
| No. | Navn | Lengde (km) | Konsept | Åpningsår | Kommentar |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Gotthard baseline | 57 | 2E | 2017 | TBM |
| 2 | Lotschberg base tunnel | 34,6 | E/2E | 2007 | TBM/Konv. |
| 3 | Vereina | 19 | E/D | 1999 | Enkeltspor |
| 4 | Furka base tunnel | 15,4 | E | 1982 | Enkeltspor |
| 5 | Ceneri basistunnel | 15,4 | 2E | 2019 | TBM |
| 6 | St.Gotthard | 15 | D | 1882 | |
| 7 | Lötschberg | 14,6 | D | 1913 |
Sveits har ingen klar strategi for valg av tunnelløsning, og valg av løsning gjøres for hvert enkelt prosjekt avhengig av trafikktetthet, lengde og bergforhold. De nye lange alpetunnelene Gotthard og Lotschberg bygges imidlertid som toløpstunneler med hyppige tverrslag i avstand 300-350 m. Ettløpstunneler er det vanlige konseptet i Sveits for mange nyere tunneler på ca. 5-10 km.
Frankrike
| No. | Navn | Lengde (km) | Konsept | Åpningsår | Kommentar |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Mont Cenis | 54 | 2E | 2022 | TBM/Konv. |
| 2 | Frejus (Mont Cenis) | 13,7 | D | 1871 | Grensetunnel mot Italia |
Til tross for stor satsing på bygging av nye høyhastighetsbaner er det bygget lite nye konvensjonelle jernbanetunneler i Frankrike bortsett fra Kanaltunnelen som er omtalt under Storbritannia. De nye høyhastighetsbanene er bygget med større stigninger og fall enn i de fleste andre land. Dermed har man i stor grad unngått bruk av tunneler.
På den nye LGV Mediterrannée som ble tatt i bruk i 2001 er det totalt 12,5 km med tunneler. Disse er alle ettløpstunneler. Holdningen har imidlertid endret seg, og på linjen Perpignan-Figuerras-Gerona bygges en 8,2 km lange Perthustunnelen som toløpstunneler.
Østerrike
| No. | Navn | Lengde (km) | Konsept | Åpningsår | Kommentar |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Koralm tunnel | 32,8 | 2E | 2016 | TBM |
| 2 | Wienerwald | 13,4 | 2E/D | 2008 | TBM (11 km) |
| 3 | Inntal | 12,7 | D | 1994 | |
| 4 | Lainzer | 12,3 | D/2E | 2008 | Cut&Cover/TBM |
| 5 | Radfeld-Wiesing | 11,4 | D | 2010 | Delvis TBM |
| 6 | Arlberg | 10,6 | D | 1884 | |
| 7 | Stans-Terfens | 10,6 | D | 2008 | |
| 8 | Brenner basis | 55 | 2E | 2020 | TBM |
De fleste jernbanetunneler i Østerrike har blitt bygget som ettløpstunneler, og dette har vært hovedkonseptet for nye tunneler. Toløpstunneler er kun aktuelt ved tunneler > 20 km. For middels lange tunneler vurderes ett eller to løp for hvert enkelt prosjekt. Det planlegges og prosjekteres flere nye, lange tunneler. Disse blir alle prosjektert som ettløpstunneler.
Tyskland
| No. | Navn | Lengde (km) | Konsept | Åpningsår | Kommentar |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Landrucken | 10,8 | D | 1988 | |
| 2 | Mundener | 10,5 | D | 1991 |
På høyhastighetsbanen Neubaustrecken er det flere tunneler opp mot 10 km. Disse tunnelene er ettløpstunneler. Her er både gods- og persontrafikk. På den nye strekningen Leipzig-Erfurt-Nurnberg og andre høyhastighetsbaner som bygges for 300 km/h velges det i stor grad ettløpstunneler.
EBA (Eisenbahnbundesamt) har utarbeidet retningslinjer for utforming av jernbanetunneler. Her er det bl.a. spesifisert følgende:
- Tunneler lengre enn 1000 m, og som skal betjene blandet gods- og persontrafikk til samme tid, skal utformes som to separate ettløpstunneler.
- I enkeltsporede tunneler hvor det ene løpet skal tjene som rømningsvei for det andre, skal tunnelløpene være farbare med vegkjøretøy.
Italia
| No. | Navn | Lengde (km) | Konsept | Åpningsår | Kommentar |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Simplon I&II | 19,8 | 2E | 1906/22 | Konv. |
| 2 | Appennino base tunnel | 18,5 | D | 1934 | Konv. |
| 3 | Vaglia | 16,8 | D+delvis s | 2009 | Konv. |
| 4 | Valico | 16,6 | |||
| 5 | Firenzuola | 15,3 | D | 2009 | |
| 6 | Monte Santomarco | 15 | E | 1987 | Enkeltsporbane |
| 7 | Sciliar | 13,2 | D | 1993 | |
| 8 | Caponero-Capoverde | 13,1 | D | 2001 | |
| 9 | Peloritana | 12,8 | E | 2001 | Dobling av eksisterende linje |
| 10 | Bussoloeno | 12,5 | 2E | 2012 | |
| 11 | Monterotondo | 11,1 | |||
| 12 | San Donato | 11 | D | 1986 | |
| 13 | Pianoro | 10,9 | D | 2009 | |
| 14 | Raticosa | 10,5 | D | 2009 | |
| 15 | Sant Lucia basis | 10,3 | D | 1977 |
Italia er det landet i Europa med høyest tunnelandel - hele 10 %. Mer enn 140 tunneler er lengre enn 2 km. Strategien for nye tunneler er ettløpstunneler.
Sverige
Sverige bygger både ettløps- og toløpstunneler. Sverige har lenge hatt et særkrav om rømningsveier for hver 150-200 m da det er Boverket som stiller krav til evakuering fra tunneler. Dette kravet ble beholdt etter at TSI SRT trådte i kraft da denne åpner for at enkeltland kan beholde strengere krav til tunnelsikkerhet enn TSI SRT foreskriver. Hallandsåsen bygges med to separate løp. Det samme gjelder for Citytunnelen under Malmø sentrum. Tunneler på Grødingebanen og Trollhättan-Gøteborg er bygget som ettløpstunneler.
| No. | Navn | Lengde (km) | Konsept | Åpningsår | Kommentar |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Hallandsåstunneln | 8,7 | 2E | 2015 | 63 % TBM, 37 % sprengt |
| 2 | Citytunneln | 6,0 | 2E | 2010 | TBM + cut and cover |
| 3 | Citybanan (Stockholm) | 6,0 | 2017 | ||
| 4 | Namntalltunneln | 6,0 | E | 2009 | Konv. |
| 5 | Björnböletunneln | 5,2 | E | 2009 | Konv., tas i bruk 2012 |
| 6 | Arlanda | 5,1 | D | 2000 | Konv. |
Finland
| No. | Navn | Lengde (km) | Konsept | Åpningsår | Kommentar |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Savio | 13,5 | E | 2008 | Konv., kun godstrafikk |
Japan
| No. | Navn | Lengde (km) | Konsept | Åpningsår | Kommentar |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Seikan | 53,9 | D+s | 1988 | Konv. |
| 2 | Hakkoda | 26,5 | D | 2010 | TBM |
| 3 | Iwate-Ichinohe | 25,8 | D | 2002 | |
| 4 | Iiyama | 22,2 | D | 2013 | |
| 5 | DaiShimizu | 22,2 | D | 1982 | |
| 6 | Shin-Kanmon | 18,7 | D | 1975 | |
| 7 | Rokko | 16,2 | D | 1972 | |
| 8 | Haruna | 15,4 | D | 1982 | |
| 9 | Gorigamine | 15,2 | D | 1997 | |
| 10 | Nakayama | 14,9 | D | 1982 | |
| 11 | Hokuriku | 13,9 | D | 1962 | |
| 12 | SinShimizu | 13,5 | E | 1967 | Dobling av eksisterende linje |
| 13 | Aki | 13 | D | 1975 | |
| 14 | Chikushi | 11,9 | D | 2013 | |
| 15 | KitaKyushu | 11,8 | D | 1975 | |
| 16 | Fukushima | 11,7 | D | 1982 | |
| 17 | Kubiki | 11,4 | D | 1969 | |
| 18 | Shiozawa | 11,2 | D | 1982 | |
| 19 | Akakura | 10,5 | E | 1997 | |
| 20 | Ikuta | 10,4 | D | 1976 | |
| 21 | Daisan-shibisan | 10 | D | 2004 |
Japan har totalt 21 jernbanetunneler over 10 km. De fleste tilhører det japanske høyhastighetsnettet. De bygger alle sine tunneler som ettløpstunneler.
Kina
| No. | Navn | Lengde (km) | Konsept | Åpningsår | Kommentar |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Taihang | 27,9 | 2E | 2008 | |
| 2 | Wushaoling | 21,1 | 2E | 2006 | NATM |
| 3 | Qinling | 18,5 | 2E | 2002 | |
| 4 | Dayaoshan | 14,3 | D | 1987 | |
| 5 | Changliashang | 12,8 | D |
Vi har identifisert 5 lange driftssatte jernbanetunneler i Kina over 10 km. De 3 lengste er ettløpstunneler. De to andre er toløpstunneler.
Spania
| No. | Navn | Lengde (km) | Konsept | Åpningsår | Kommentar |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Guadarrama | 28,4 | 2E | 2007 | TBM |
| 2 | Pajares | 24,7 | 2E | 2011-2013 | TBM |
Spania gjennomfører en meget ambisiøs utbygging av et omfattende høyhastighetsnett. Tunnelene bygges som ettløpstunneler.
Storbritannia
| No. | Navn | Lengde (km) | Konsept | Åpningsår | Kommentar |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Kanaltunnelen | 50,5 | 2E+s | 1994 | TBM |
| 2 | Stratford west | 10,1 | 2E | 2007 | TBM |
Kanaltunnelen mellom Storbritannia og Frankrife er vel 50 km lang og er bygget som to ettløpstunneler med en separat rømnings-/servicetunnel.For Channel tunnel rail link som forbinder Kanaltunnelen med høyhastighetsbane til St.Pancras stasjon i London, er konseptet basert på borede ettløpstunneler. Faktorene for bestemmelse av konseptet var grunnforholdene og tilgjengelighet for rømningssjakter.
Oppsummering/Konklusjon
For tunneler over 20 km i Europa bygges så og si alle nye tunneler med to løp. I Japan velger man imidlertid å bygge også de lengste tunnelene som ettløps tunneler. Japan har totalt 22 jernbanetunneler over 10 km der de fleste tilhører det japanske høyhastighetsnettet.
For tunneler mellom 10-20 km er situasjonen noe mer blandet. Land som Spania, Frankrike, Tyskland og Sveits velger toløpstunneler. Østerrike og Italia benytter både ettløpstunneler og to separate løp. For tunneler under 10 km er også valg av tunnelkonsept blandet.
Det har likevel vært en klar tendens de siste 10-15 årene å velge to separate enkeltsporede løp for tunneler lengre enn 10 km.
TSI for sikkerhet i jernbanetunneler angir at for tunneler som er lengre enn 20 km bør det vurderes spesielle sikkerhetstiltak utover det som det er stilt krav til.
En generell trend er at lange tunneler (> 15 km) bygges som toløpstunneler, mens kortere tunneler bygges oftere som ettløpstunneler. Bl.a. har TSI-kravet om rømningsveier for hver 1000 m for ettløpstunneler og for hver 500 m for toløpstunneler påvirket denne utviklingen.
Generelt kan man gi følgende konklusjoner:
- Tunneler opp til en lengde på 5 km bygges normalt som ettløpstunneler
- For tunneler med en lengde fra 5 km til 15 km vil konseptene variere avhengig av stedlige forhold
- Tunneler med en lenge over 15 km bygges normalt som toløpstunneler
Kun Tyskland har etablert regelverkskrav for valg av antall tunnelløp.
Referanser
- "Verdens lengste tunnelside", http://www.lotsberg.net/
- "Safety in railway tunnels and selection of tunnel concept", artikkel av Terje Andersen og Børre J. Paaske, Det Norske Veritas.
- TSI sikkerhet i jernbanetunneler
- Veiledning for saksbehandling ved brannsikring av jernbane- og banetunneler, se www.sjt.no
- Veiledning til NS 3901 Risikoanalyse av tunneler og underjordiske anlegg for t-bane og jernbane
- JL-sak 21.1.10, Valg av tunnelkonsept i Jernbaneverket