Jernbanetunnel

Den jernbanetunnel er utformingen av en tunnel for jernbane .

historie

Tyskland

I 1836 ble den 4,5 kilometer lange Tollwitz-Dürrenberger Feldbahn åpnet med en sporvidde på 585 mm med den første 133 m lange jernbanetunnelen i Tyskland. Den Oberauer Tunnel , den første full- linjen jernbanetunnel i Tyskland, ble bygget mellom 1837 og 1839 på Leipzig - Dresden jernbanelinjen . Paneriai-jernbanetunnelen og Kaunas- jernbanetunnelen i Litauen ble bygget mellom 1859 og 1862 . Et stort antall jernbanetunneler ble bygget i Tyskland mellom 1860 og 1880. Under byggingen av Suedharz avstanden var 1868 Walkenrieder tunnel den Himmelreich hulrom oppdaget; Siden da har jernbaneforbindelsen Northeim - Nordhausen gått langs en hule. Av de mer enn 900 jernbanetunnellene i Tyskland i dag dateres nesten to tredjedeler fra denne tiden. De tidlige tunnelene ble bygget i henhold til bygningsreglementet til de statlige jernbanene , som var veldig forskjellige innholdsmessig. Som regel ble tunneler bare lagt ut der geologien sørget for at fjellene ville vare i lengre tid. Den gangens tunnelteknologi , som hovedsikkerhetselementet var treplaten, tillot ikke tunneler nær overflaten eller de i forvitret bergart. Omvendt var det ikke nødvendig med noe buet gulv på den tiden .

1. september 1988 avskaffet det som den gang var Deutsche Bundesbahn den tidligere foreskrevne advarselsfløyten foran tunneler. Etter at det tidligere hadde eksistert mange unntaksbestemmelser (spesielt i S-Bahn-området), ville det ha vært nødvendig å signalisere den respektive forskriften, hvis fordeler ville ha vært utenfor proporsjoner med kostnadene.

Tverrsnittsarealene til jernbanetunneler hadde en tendens til å øke i løpet av den tekniske utviklingen: For eksempel ble det i en tid med damplokomotiver gitt et standardtverrsnitt på 46 m² for dobbeltsporede jernbanetunneler i Tyskland; høyhastighetslinjene til DB, som er lagt ut i 300 km / t, har et standard tverrsnitt på 92 m². Alle tunneler som er planlagt for blandet trafikk siden 1998 har to parallelle, ensporede rør. I Sveits var den 15 km lange Gotthardtunnelen (linjehastighet 125 km / t) fornøyd med 38 m², men området ble økt til 48 m² for Hauenstein-basistunnelen (v _maks 140 km / t) og for Heitersbergtunnelen ( v _{max i} henhold til aerodynamiske kriterier: 170 km / t) på 58 m² og i tunnelene i Bahn-2000- prosjektet (v _max 200 km / t) på ca. 70 m².

I løpet av de nye linjene har det blitt bygget flere og flere tunneler i Tyskland siden slutten av 1970-tallet. I alt 87 tunneler med en total lengde på rundt 150 km ble bygget for høyhastighetslinjene Hannover - Würzburg og Mannheim - Stuttgart, som ble satt i drift i 1991 . På høyhastighetslinjen Köln - Rhinen / Main , åpnet i 2002 , som en ren passasjerute, kunne graderinger på opptil 40 (i stedet for forrige 12,5) promille oppnås. Med 30 tunneler med en lengde på 47 km falt andelen tunneler i den totale ruten fra 38% til 27%. Høyhastighetslinjen Nürnberg - Ingolstadt , som brukes for passasjerer og rask (lett) godstrafikk, har ni rør, totalt 27 km lange, og en tunnelandel på rundt en tredjedel. I 2018 utgitt Nürnberg-Erfurt høyhastighets jernbane er i seksjonen mellom Ebenfeld og Erfurt andelen tunneler og broer over 50%, 2017 delte nye Erfurt-Leipzig / Halle har også mange lange tunneler og som er under bygging Wendlingen-Ulm ispedd med over 50% tunnel nye poster.

I området Deutsche Bundesbahn regulerer reguleringen for jernbanetunneler (trykksaker 853) utviklet av Bundesbahn-Zentralamt Minden og først publisert i 1962 prinsippene for planlegging, bygging og vedlikehold av tunneler. Den ble oppdatert flere ganger, spesielt i løpet av byggingen av de første tyske nye linjene på 1980-tallet.

For bygging av nye tunneler i Tyskland i dag, den tunnelen retningslinje ( EBA retningslinje: Krav til brann og katastrofe beskyttelse for bygging og drift av jernbanetunneler ) av Federal Jernbanetilsynet er avgjørende. Dette regulerer ikke bare kravene til bygging av slike tunneler, men gir også spesifikasjoner for driften.

I 2003 kunngjorde Deutsche Bahn et program for å øke sikkerheten for 22 rør i det gamle nettverket og alle de 49 tunnelene over 1000 m i lengde på de to nye linjene som ble åpnet i 1991. For rundt 150 millioner euro ble det skapt ytterligere tilgang til tunnelportalene samt nye redningsområder ved portalene, forbedret belysning og bedre markering av rømningsveiene . Tørre rør og ekstra nødutganger ble bedt om av eksperter, men ikke implementert . Også i Sveits (fra og med 2004) bør mer enn 60 jernbanetunneler med lengde over 1000 m være utstyrt med selvredningsanlegg. Blant annet var det planlagt etablering av cirka 60 cm brede rømningsveier og nødbelysning.

Ved utgangen av 2019 opererte Deutsche Bahn totalt 745 jernbanetunneler med en total lengde på 593 km; begge med en økende tendens. I 2011 var det 798 jernbanetunneler med en total lengde på 515 km.

Jernbanetunneler undersøkes for deres stabilitet og sikkerhet gjennom regelmessige vurderinger med faste intervaller.

England

Den Wallers Ash tunnel kollaps i 1842 var en av de første tunnelulykker i jernbanehistorie.

Varianter når det gjelder ruting

Spurtunnel

Spur eller hodetunneler fører gjennom en fjellspore eller hode eller foten av et fjell. De finnes for det meste i elvedaler. I lys av deres vanligvis moderat stigning, har mange jernbanelinjer er lagt gjennom disse dalene, men noen av dem har ofte store elven svinger. Deretter er det nødvendig med spor eller hodetunneler for å rette og forkorte ruten . Spor tunneler er vanligvis knapt lenger enn 200 meter. Inntil den ble sprengt i 2010, var Felstortunnelen i nærheten av Etterzhausen den korteste jernbanetunnelen i Tyskland med en lengde på bare 16 m, siden har den vært glassbærertunnelen III (18 m lengde) på Black Forest Railway . Som en uvanlig lang sporetunnel når Kaiser Wilhelm-tunnelen på Mosel-ruten en lengde på 4203 m. Elstertalbahn fra Gera Süd til Weischlitz og Nürnberg-Cheb-linjen , som bare er seks kilometer lang mellom Vorra og Neuhaus, har en spesielt stort antall sporer syv tunneler vil bli kjørt gjennom.

Spur tunneler brukes også hvis ustabilitet av bergmassene ovenfor fryktes i tilfelle en bergspore blir fullstendig erodert. Dette er for eksempel tilfelle med den eneste 28 meter lange Victoria Tunnel (etter dronning Victoria ) på Lötschberg sør-rampen.

På SBB Basel-Biel-linjen følger ni spesielt korte sporstunneler hverandre mellom Roches og Moutier med korte intervaller. Også her var konstruksjonen motivert for å opprettholde stabiliteten til de gjennomtrengte fjellhuggene.

Vertex tunnel

En toppunkt tunnel er en tunnel som krysser et fjell under en åsrygg . Karakteristisk er lange ramper i begge ender av topptunnelen, som stiger fra dalene langs fjellflankene til høyden på tunnelportalene. Jo større høydeforskjellen som skal overvinnes på rampen, jo kortere tunnel for å krysse fjellet. Den eldste fortsatt brukte jernbanetunnelen i Tyskland, den 691 m lange Buschtunnel (1838), gjennomborer en ås sør i Aachen etter en 2 km lang bratt rampe med 27 ‰ .

Basistunnel

En basistunnel fører i en linje gjennom et fjell uten bratte tilgangsramper fra dalbunnen . Siden ruten ikke fører oppover fjellflankene, er en basistunnel betydelig lenger enn en topptunnel. De første basistunnellene ble bygget på begynnelsen av 1900-tallet. Mens Simplon-tunnelen, åpnet i 1905, på grunn av den forskjellige topografien i de nordlige og sørlige Alpene, med en flat og en bratt innkjørsel hver (og overbelastes i noen tilfeller mer enn 2000 meter), må fremdeles beskrives som en hybridform mellom toppunktet og basistunnelen i henhold til definisjonen gitt ovenfor I 1916 ble den 2,5 km lange topptunnelen fra 1858 avløst av en ekte 8 km lang basistunnel ved Hauenstein i Sveits . Ytterligere eksempler er Apennine Base Tunnel , sannsynligvis også Furka Base Tunnel - som imidlertid begynner i Urseren-dalen over 1500 meter over havet - og Lötschberg Base Tunnel . Andre basistunneler er den lengste tunnelen i verden på Gotthard i Sveits , som ble kuttet gjennom 15. oktober 2010 (57 km, åpning 1. juni 2016) samt Brenner basistunnel , som for tiden er under bygging, og seksjonen under Mont-Cenis mellom Frankrike og Italia.

Spiraltunnel

I motsetning til tunneler, som overvinner et eksisterende hinder under bakken, hjelper spiraltunneler med å overvinne stigninger i bratt topografi ved kunstig å forlenge ruten med løkker eller sirkulære svinger . Hvis terrenget krever det, er kurven til en hårnål eller en rundkjøring som ligger på en skråning designet helt eller delvis som en spiraltunnel.

Tunneler der ruten svinger i motsatt kjøreretning er kjent som dreietunneler eller sløyfetunneler, mens de med en rotasjonsvinkel på over 270 ° er kjent som skruetunneler, rundkjøringstunneler eller spiraltunneler. Vendbare tunneler forekommer bare i forbindelse med dobbel eller flere løkker .

Se også: Liste over jernbanevendende tunneler

Tunnel under vann

Undervanns tunneler tjener til å krysse vannmasser. Velkjente eksempler er Seikantunnelen med en lengde på 54 kilometer (23 av disse er under havbunnen), 50-kilometer Stone , som går over 38 kilometer under gulvet i den engelske kanal , den underjordiske delen av den Øresund tilkobling , tunnelen under Storebeltet og den syv kilometer lange kryssingen under Severn-elvemunningen mellom England og Wales.

Med en lengde på 53,850 kilometer til gjennombruddet av Gotthard-basistunnelen, var Seikan-tunnelen den lengste tunnelen i verden.

Jernbanetunnel

I jernbanetunnelen deler veitrafikk og jernbane tunnelen. I Ennepetal begge modi bruke Kruiner tunnel der Ennepetal trene den Elberfeld-Dortmund jernbane undergangen. Den 89 m lange strukturen ble ferdigstilt i 1882. For tiden brukes tunnelen bare av godstog som stopper foran inngangen; personalet slår deretter på et signalanlegg som blokkerer passasjen til biler.

Driftsproblemer ved lengre tunneler

Ved drift av lange jernbanetunneler oppstår forskjellige fenomener, som vanligvis kalles tunnelproblemet . Disse er hovedsakelig forårsaket av tunnelens begrensede plass og den begrensede mengden luft som følge, samt utilstrekkelig sirkulasjon. De største problemene oppstår med termiske kjøretøy, dvs. damplokomotiver og lokomotiver med forbrenningsmotorer (f.eks. Diesellokomotiver). Ytterligere problemer oppstår i redning og evakuering av mennesker og bruk av redningsutstyr etter ulykker i jernbaneoperasjoner.

Damptidens "tunnelproblem"

Tunneltemperatur

Temperaturen blir et generelt problem, spesielt i tunneler med tykt fjelldekke. Fordi geotermisk energi betyr at jo dypere tunnelen er under jorden, jo varmere er den. Som et resultat kan temperaturen i tunnelen være mye høyere enn utenfor tunnelen. I lange basistunneler kan temperaturen være over 40 ° C. Den kraftige temperaturendringen ved gjennomkjøring stiller store krav til trekkvognene, spesielt i forbindelse med den ofte høye luftfuktigheten, fordi den høye omgivelsestemperaturen gjør det vanskeligere å avlede spillvarmen fra trekkmotorene. Dette grunnleggende problemet forverres i tillegg av det faktum at det på grunn av det begrensede tverrsnittet av tunnelen ikke er mye luft tilgjengelig for å absorbere denne varmen. Dette kan være et problem selv ved relativt lave tunneltemperaturer, spesielt med diesellokomotiver i enfelts, bratt skrånende tunneler, siden motorene deres krever mye kjøleluft under full belastning, dvs. de krever en stor mengde kjølekapasitet. Problemet er spesielt akutt når det er flere motorer i tett rekkefølge på toget. Her stiger temperaturen på inntaksluften bratt fra motor til motor. I den tredoble trekkraften til Krauss-Maffei ML 4000 C'C ​​' i bakken av Rocky Mountains , målte inntaksluften til den sjette motoren temperaturer på over 95 ° C.

Oksygenproblem

Siden bare en begrenset mengde oksygen er tilgjengelig gjennom tunneltverrsnittet, har dette en tendens til å avta når termiske kjøretøy brukes. Det reduserte oksygeninnholdet i luften har en direkte innvirkning på forbrenningsprosessen, noe som igjen reduserer ytelsen til kjøretøyene. I tillegg kan ansatte og passasjerer være i fare av mangel på oksygen. For dem er imidlertid karbonmonoksidproblemet den største faren.

På grunn av ufullstendig forbrenning i dieselmotorer kan drivstoff også komme inn i eksossystemet, som tennes når du forlater tunnelen på grunn av den økte mengden oksygen som nå er tilgjengelig igjen. Dette problemet med drivstoffet i eksosanlegget skjedde blant annet i de seks første maskinene til Krauss-Maffei ML 4000 C'C ​​' .

Fare for forgiftning fra karbonmonoksid

Dette problemet er delvis direkte relatert til oksygenproblemet: det reduserte oksygeninnholdet fremmer ufullstendig forbrenning, noe som betyr at det produseres mer karbonmonoksid i stedet for karbondioksid. Siden dette er en giftig gass, kan den fort bli livstruende. Problemet oppstår oftest med damplokomotiver og feil drivstoffvalg. Men selv med diesellokomotiver kan avgassene inneholde for mye karbonmonoksid.

Ulykken 4. oktober 1926 i Rickentunnel kan spores tilbake til dette problemet. Her satt et tog fast i tunnelen og kvelte togpersonalet og en del av redningsteamet.

Synsproblem, røykeproblem

Spesielt med damplokomotiver forårsaker skorsteinen foran førerhuset problemer fordi den blåser skadelige avgasser i de stort sett åpne førerhusene. Dette gjør det vanskelig for lokomotivmannskapet å se tunnelruten, spesielt signalene i tunnelen.

løsninger

Fremme naturlig ventilasjon og kunstig ventilasjon

I noen tilfeller fremmer været i seg selv forbedret ventilasjon av tunnelen, så i de fleste alpintunneler er det et konstant trekk, som er forårsaket av det forskjellige lufttrykket mellom de to tunnelportalene. På den annen side er en tunnel som er vinkelrett på hovedværet og har toppunkt i tunnelen nesten ikke naturlig ventilert.

I tunneler som stiger jevnt i en retning, støtter skorsteinseffekten den naturlige tunnelventilasjonen. Denne effekten er ganske svak når det gjelder jernbanetunneler på grunn av den lave helling.

To enkeltfelts tunnelrør som ligger ved siden av hverandre, og som bare kan brukes i en retning, er bedre ventilert enn en dobbeltfelts tunnel som kan brukes i begge retninger.

Avtrekkspiper kan også installeres i tunneler med svakt deksel. Dette var vanlig praksis for bytunneler i damptiden.

En løsning på tunnelproblemet er å kunstig ventilere tunnelen med en vifte. På grunn av den høye temperaturen kan det også være nødvendig med ventilasjon i den innledende fasen av elektrifiserte tunneler.

Elektrisk togtransport

De fleste problemer kan håndteres ved å innføre elektrisk togtransport. Dette resulterer vanligvis også i en økning i ytelse og blir derfor ofte prioritert til tross for høyere kostnader.

Fordi folk i den varme, nesten 20 kilometer lange Simplon-tunnelen hadde bekymringer om de kunne få kontroll over problemene med dampdrift, ble elektriske lokomotiver brukt helt fra starten.

I Amerika ble tunnelene i Baltimore (Howard Street Tunnel) og New York (Park Avenue Tunnel og adkomstveier til Pennsylvania Station ) elektrifisert. Great Northern Railroad's Cascade Tunnel ble elektrifisert i 1909 og Hoosac Tunnel i 1911.

Cab-frem lokomotiv

Når det gjelder damplokomotiver, førte førerhuset på toppen av lokomotivet i tunneler betydelige fordeler for lokomotivføreren. Fordelen med lokomotivene til førerhuset kjøpes på bekostning av ulempene når det gjelder belysning og drivstoffransport.

Konseptet beviste sin verdi med oljeskyting, men det var ikke billig å drive. Førerhuset kunne ikke spre seg som et resultat og forble nisjedesign. På South Adriatic Railway hadde klassene Gr670 og Gr671 det største antallet kullfyrte lokomotiver med førerhus i drift. The Southern Pacific Railroad , SP anskaffet et stort antall oljefyrte enheter. SP kjøpte totalt 244 førerhuslokomotiver, som var delt inn i klassene AC-1 til AC-8 og AC-10 til AC-12.

Injisering av kjølevann i eksosgassene

Denne teknikken brukes i Nord-Amerika på jernbanelinjer med lengre tunneler. Vann injiseres i eksosstrømmen eller avtrekksluften fra radiatoren til diesellokomotiver for å binde den termiske energien til vanndråpene og spre den: en liter vann kan absorbere mer enn fire ganger mengden varme sammenlignet med en m³ luft.

Endret kjøleluftinntak

Normalt er luftinntakene til motoren og radiatoren så høye som mulig for å forhindre at fremmedlegemer og fremfor alt drivsnø suges inn. Men det er nettopp dette som har flere ulemper enn fordeler i tunnelen, ettersom avgassene fra motorene og avtrekksluften fra radiatorene også sprer seg veldig raskt i det øvre området, og det er ingen frisk luft i dette området, i motsetning til åpen rute. Derfor er det påkrevd med konstruktive endringer for lokomotiver som bruker ruter med høy andel tunneler (eksempel: New Zealands klasse DX for drift gjennom Otira-tunnelen ). De fleste av disse endringene løser ikke endelig problemet med mulig overoppheting på grunn av inntak av varm og brukt tunnelluft, men de kan øke kjøretiden til den kritiske grensen for overoppheting er nådd, noe som kan øke tunnellengden som kan bli betydelig kjørt gjennom uten problemer.

En annen mulighet er å ordne viftene til kjøleren slik at en større mengde luft blir ført gjennom kjøleren. Dette er fordi viftene for motorkjøling i diesellokomotiver vanligvis er plassert over radiatoren og suger luften gjennom den. For å forbedre effektiviteten til kjøleren ble viftene flyttet under kjøleren og luften presset gjennom dem. Southern Pacific Railroad bestilte slike lokomotiver fra 1973 med seriene SD 45T-2 og SD 40T-2. Disse kalles "Tunnel Motors". Denne konstruksjonsmetoden er spesielt nyttig når flere korte tunneler følger hverandre langs en rute.

En annen mulighet er størst mulig romlig separasjon av inntaks- og avtrekksåpningene, noe som også antyder å senke inntaksåpningene fra takkanten til sideveggene. For å gjøre dette er det veldig viktig å bestemme luftstrømmene langs kjøretøyet i tunnelen, og fremfor alt turbulensen i avtrekksluften. Effekten er mest effektiv hvis kjøleluften suges inn fra et område som ingen avtrekksluft kan ha nådd ennå.

sikkerhetskonsept

Lengre tunneler med bare en ny type tunnel er utstyrt med nødutganger . Disse nødutgangene fører via stiger eller trapper til redningsområder utendørs eller, som med Arlbergtunnelen , til parallell veitunnel . Dette gir redningsarbeidere ekstra tilgang slik at folk kan reddes og evakueres raskere.

Jernbanene driver brannbekjempelse og redningstog for å støtte redning og gjenoppretting . Disse er vanligvis utstyrt med utstyr, medisinske og transportvogner. Bruken av disse redningstogene blir trent i regelmessige øvelser med redningsarbeiderne som er ansvarlige på stedet.

I nyere tunneler er systemer på plass for å slå av luftledningen i tilfelle en ulykke i tunnelområdet og for å kunne jorde den. I noen større tunnelsystemer er myndighetene radio , nødbelysning , telefoner og brannvannslinjer tilgjengelig.

Operative Problems of Long Tunnels: Present

Luftmotstand

Under visse omstendigheter kan den betydelig økte luftmotstanden i forhold til åpne ruter også vise seg å være et problem. Luftmotstanden i tunnelen er et ekstremt komplekst fenomen som er vanskelig å fange opp med matematiske modeller, ettersom forskjellige prosesser er flettet sammen. På den ene siden skyver fronten av toget en slags ”luftpute” foran seg i kjøreretningen (stempeleffekt). Andre luftpakker har en tendens til å bli "sugd" bakover langs toget på grunn av trykkforskjellen mellom tuppen av toget (overtrykk) og enden av toget (undertrykk). Begge strømmer er utsatt for en mer eller mindre sterk motstand , avhengig av om laminær eller turbulent strømningsmønster råder. Den resulterende luftmotstanden avhenger derfor av lengden, tverrsnittsarealet og overflateegenskapene til både tunnelen og toget. Mens motstanden ved høyhastighetstog takket være aerodynamisk utforming opp til relativt høye hastigheter kan holdes innenfor tålelige grenser, kan den i gods og spesielt på Rolling Road- tog på rette labyrintiske overflater være veldig lette å sterke virvler og - spesielt med lange tunneler og til og med ved moderat høye hastigheter - tilsvarende høy luftmotstand. For å overvinne dette, må det ikke bare brukes uforholdsmessig mye energi; dette må også fjernes fra tunnelen igjen - i form av varme.

Tryksvingninger

Hvis lange tunneler skal krysses i høye hastigheter, må andre aerodynamiske fenomener som de plutselige svingningene i lufttrykket når et tog kommer inn i tunnelen ( tunnelbang ) tas i betraktning i tillegg til overføring av energi .

Funksjoner

• Den Pfingstberg tunnel og skog tunnel langs Mannheim - Stuttgart høyhastighetslinje ble bygget primært av miljømessige grunner (for å unngå separasjonseffekten av jernbanesporet) og ikke å kjøre gjennom et fjell. De har lite overbelastning og ble bygget i åpne byggegroper som var dekket over.
• Spesielt i indre byområder kan bygging av en ny jernbane ofte bare utføres under bakken, dvs. i en tunnel. Dette gjelder spesielt for underjordiske og S-Bahn-systemer.
• Den Weissen tunnel blir noen ganger brukt som lengste kino i verden .

En liste over jernbanetunneler er i kategorien: Jernbanetunneler og strukturene som kan krysses med sykkel siden slutten av togtrafikken er nevnt her .

litteratur

• Pierre Brunner: Jernbanelinjene i landskapet, spesielt forholdet mellom landskapet og tunnelen. I: Communications of the Geographical-Etnographic Society. Zürich, bind 39, 1938–1939, s. 189–222 ( digitalisert versjon )
• Marc Dahlbeck: Jernbanetunnel. Underjordisk arkitektur . Stuttgart 2013, ISBN 978-3-613-71456-4 .
• Hartmut Freystein, Martin Muncke, Peter Schollmeier: Håndbok for design av jernbanesystemer. Linjeledning, overbygning, tekniske strukturer, tunneler, passasjertrafikksystemer, kryss, containerterminaler, støybeskyttelse 2. utgave. Eurailpress, Hamburg 2008, ISBN 978-3-7771-0379-2 .
• Joachim Seyferth: Tunnelen bok . (= Schiene -Photo; Vol. 6). Seyferth, Wiesbaden 2006, ISBN 3-926669-06-3 .

weblenker

• Kart over alle tyske jernbanetunneler

• Tabell over alle tyske jernbanetunneler , sortert etter forskjellige kriterier
• Tabell over alle østerrikske jernbanetunneler , sortert etter forskjellige kriterier samt tunnelportalbilder
• Historiske jernbanetverger i Alpene AlpenTunnel.de
• Bilder av tunnelportaler i Tyskland på www.eisenbahn-tunnelportale.de
• Tunneldatabase på Verkehrsrelktionen.de

Individuelle bevis