Kriterier for valg av tunnelkonsept

__NUMBEREDHEADINGS__

Aktuelle tunnelkonsepter

Følgende prinsipielle tunnelkonsept benyttes for dobbeltsporede jernbanestrekninger:

• Ett stort dobbeltsporet løp med rømningsveier til det fri eller annet sikkert sted for minimum hver 1000 m.
• Ett stort dobbeltsporet løp med parallell service-/rømningstunnel med tverrforbindelse for rømning for minimum hver 1000 m.
• To separate enkeltsporede løp med tverrforbindelse mellom disse for hver 500 m.
• To separate enkeltsporede løp med servicetunnel forbundet med rømningsveier mellom tunnelene.

Dette er de samme tunnelkonseptene som omfattes av TSI SRT.

Vurdering av tunnelkonseptene

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
• lavere krefter ved togmøter

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.

Erfaringer fra andre land

Tabellene nedenfor viser for hvert land jernbanetunneler over 10 km både i drift og under bygging. For Sverige og Finland er 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 tunnelkonsept, 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 enkeltsporede tunneler med hyppige tverrslag i avstand 300-350 m. Dobbeltsporede tunneler 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. Konseptvalg synes i stor grad å være bestemt av drivemtode. Det planlegges og prosjekteres følgende flere nye, lange tunneler. Disse blir alle prosjekter 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 to separate enkeltsporede løp.

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 enkeltsporede tunneler.
• 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 %. Strategien for nye tunneler er ettløps tunneler.

Sverige

Sverige benytter både konseptet med ettløpstunneler 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 tunnelesikkerhet enn TSI-en foreskriver. Hallandsåsen bygges med to separate løp. Det samme gjaldt 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. Faktorere for bestemmelse av konseptet var grunnforholdene og tilgjengelighet for rømningssjakter.

Valg av tunnelkonsept

Valg av tunnelkonsept gjøres på bakgrunn av ulike faktorer. Kriterier som legges til grunn for valget er listet opp i tabell nedenfor. I tillegg er det også en rekke variabler som kan ha betydning for valg av tunnelkonsept, se tabell nedenfor.

Sikkerhet er ikke tatt inn som et kriterium for valg av tunnelkonsept da alle konseptene tilfredsstiller dagens krav til sikkerhet. TSI for sikkerhet i jernbanetunneler godtar løsningene på lik linje. Innsamling av materiale fra ca. 100 tunnelulykker fra jernbanetunneler opp til 20 km indikerer ikke noen signifikant forskjell mellom ettløps- og toløpstunneler.

For å bestemme tunnelkonsept og tekniske løsninger må tunnelens RAMS-ytelse være kjent. RAMS-ytelsen beregnes på bakgrunn av dimensjonerende ruteplan, akseptkriterier for oppetid og akseptkriterier for sikkerhet.

Kriterier

Følgende kriterier legges til grunn for valg av tunnelkonsept:

No.	Kriterium	Beskrivelse	Betydning for
1	Tunnellengde	Lang Middels lang Kort	Antall løp Sikkerhetstiltak
2	Trafikkmengde	Høy Middels Lav	Antall løp Overbygning Kontaktledning Sikkerhetstiltak
3	Trafikktype	Blandet trafikk Persontrafikk Godstrafikk	Antall løp Profil
4	Beliggenhet	Høyfjell Lavfjell Tunnel med stasjon Tunnel med liten fjelloverdekning	Antall løp Utforming av rømningsveier
5	Hastighetsnivå	300 km/h 250 km/h 200 km/h 160 km/h 100 km/h	Antall løp Profil Portalutforming
6	Økonomi	Investeringskostnader Livsløpskostnader	Antall løp

Tunnellengde

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 ett-løps 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 to-løpstunneler. Østerrike og Italia benytter både ett-løpstunneler 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.

Trafikkmengde

Den dimensjonerende ruteplanen vil angi antall tog som skal trafikkere tunnelen og togfrekvenser i de ulike deler av døgnet og hverdagstrafikk vs. helgetrafikk.

Trafikktype

Den dimensjonerende ruteplanen vil angi hvilke togtyper som skal trafikkere tunnelen. Den vil også si noe om evt. samtidig kjøring av persontog og godstog i tunnelen.

Beliggenhet

Geologi og topografi for planlagt tunnel er en viktig faktor for valg av konsept. Hvis det ikke er mulig å få til rømning til det fri eller annet sikkert sted ved rømningsveier for hver 1000 meter, må det vurderes service-/rømningstunnel eller to løp. Lav fjelloverdekning kan begrense valg av to enkeltsporede løp.

Hastighetsnivå

Det vil være et betydelig økt trykk og tilhørende lufthastighet ved to enkeltsporede løp i forhold til ett stort dobbeltsporet løp. Ved et dobbeltsporet løp vil tog kunne møtes i hastigheter opp mot 250 km/t (akseptkriterier med tanke på lufthastighet og trykk er oppnådd).

For tunnel med stasjon er det lite sannsynlig at det er mulig å oppnå akseptkriterier med hensyn på lufthastighet og trykk med to-løps tunnel.

Soniske smell kan oppstå i forbindelse med høyhastighetstunneler. Sannsynligheten for dette reduseres kraftig med ballastspor, større tunnelprofil, trykkutjevningssjakter og ved å etablere konformede tunnelportaler.

Økonomi

Generelt kan det sies at investeringskostnadene for å bygge to løp er 20-30 % dyrere enn for et dobbeltsporet løp. Investeringskostnadene må imidlertid vurderes opp mot livsløpskostnadene.

Variabler

No.	Variabel	Beskrivelse
1	Levetid	100 år 80 år 50 år
2	Overbygning	Ballastspor Fastspor
3	Drivemetode	Konvensjonell drift TBM
4	Kontaktledning	Tradisjonelt anlegg Strømskinne
5	Sporveksler	Sporsløyfe

Levetid (Drift, regularitet og vedlikehold)

Tilgang til tunnelen for vedlikehold og inspeksjon er viktig i beslutningen om tunnelkonsept. Samfunnet stiller strenge krav til tilgjengelighet på anlegget og punktlighet i togtrafikken.

Med tanke på vedlikehold, vil man ved ett løp legge opp til arbeid i ett spor og samtidig trafikk i nabospor. I en to-løpstunnel stenger man ett løp, og må avvikle trafikken begge veier i det andre løpet, riktignok med full hastighet. Jernbaneverket har kjøpt inn et vedlikeholdstog fra Østerrike som gjør at svært mye sporarbeid kan utføres godt beskyttet. Det er gjort en større studie på trykk- og sugkrefter som opptrer i forbindelse med togpassering av vedlikeholdstoget, og konklusjonen er at dette går greit uten restriksjoner i de eksisterende tunneler i Osloområdet gitt fremtidige godstoghastigheter opp til V=120 km/h. Østerrike har i alt 10 slik tog i virksomhet.

Ved to løp vil det være mer utstyr som skal vedlikeholdes. I tillegg vil belastningen utstyret utsettes for i en to-løpstunnel være større enn i en ett-løps tunnel. En ett-løpstunnel gir muligheter for å plassere teknisk utstyr i tilknytning til rømningsveiene slik at adkomst til disse er uavhengig av skinnegående kjøretøy og sportilgang.

Nivå på bergsikring og vann- og frostsikring i forhold til drift og vedlikeholdsbehov må også vurderes.

Overbygning

Fast spor benyttes der krav til RAM er spesielt høyt, eller der det av andre grunner er fordelaktig økonomisk. Fast spor er bedre egnet ved TBM-tunneler ved at man kan spare tverrsnitt ved lavere byggehøyde på sporet.

Drivemetode

Erfaringsmessig er det ikke hensiktsmessig å drive med TBM for et så stort profil som en ett-løps tunnel med dobbeltspor gir. Imidlertid kan TBM være gunstigere ved valg av to løp med enkeltspor. Fjellforhold og gjenbruk/deponering av massene må vurderes. Valg av drivemetode gjøres ut fra økonomi og miljøhensyn.

Kontaktledning

Strømskinne er mest egnet for lavere hastigheter (stivere konstruksjon) ved høyt RAM-krav. Det er mest egnet sammen med fast spor på grunn av strengere krav til geometrisk kontroll (stivere anlegg – mindre geometriske feiltoleranser i forholdet spor/kl).

Sporveksler

TSI for sikkerhet i tunneler sier at man skal ha færrest mulig sporveksler i tunnel. En sporsløyfe vil imidlertid gi fleksibilitet i en avvikssituasjon og vil også kunne benyttes i forbindelse med drift- og vedlikeholdsarbeid. En sporsløyfe vil være dyr og komplisert å etablere i en to-løps tunnel.

Konklusjon

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

• 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
• "Verdens lengste tunnelside", http://www.lotsberg.net/
• JL-sak 21.1.10, Valg av tunnelkonsept i Jernbaneverket
• "Safety in railway tunnels and selection of tunnel concept", artikkel av Terje Andersen og Børre J. Paaske, Det Norske Veritas.