Veileder for valg av tunnelkonsept

OBS: Denne siden er utgått. Innholdet er flyttet til prosjekteringsveilederen

1 Tunnelkonsepter

Tunnelkonsept og tekniske løsninger velges basert på en RAMS-analyse. Denne veiledningen gir retningslinjer for valg av tunnelkonsept og tekniske løsninger.

Følgende prinsipielle tunnelkonsept 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 rømingsveier mellom tunnelene

Dette er de samme løsningene som omfattes av TSI SRT, og gjelder jernbanetunneler med lengde på mer enn 1 km.

1.1 Kriterier for valg av tunnelkonsept

1.1.1 Sikkerhet

Sikkerhetsmessig vil dobbeltsporstunneler og to parallelle enkeltsporstunneler tilfredsstille dagens krav til sikkerhet, og TSI SRT godtar løsningene på lik linje, hvilket innebærer at begge løsninger kan velges ut fra et sikkerhetsperspektiv. For dobbeltsporstunneler kreves en minimum avstand mellom rømningsveier på 1000 m. I parallelle enkeltsporstunneler skal det etableres rømningsvei mellom løpene med en avstand på minimum 500 m. Grunnlag for forskjellen i avstand til nødutgang er at det tar lenger tid for at en kritisk tilstand ved brann oppstår i dobbeltsporstunnel enn i en enkeltsporstunnel på grunn av større volum for røyken i dobbeltsporstverrsnittet.

På strekninger med vesentlig mengde godstrafikk kan forskjellen i sikkerhet være signifikant.

1.1.2 Geologiske forutsetninger

For bergtunneler i Norge med tilstrekkelig overdekning (overdekning > tunneldiameter) vil de geologiske forhold normalt ikke være av betydning for valg av tunnelkonsept. I svært dårlig berg, for tunneler i løsmasser og andre spesielle forhold kan valg av konsept ha betydning.

1.1.3 Anleggsteknikk

Topografiske forhold og mulige angrepspunkter for driving av tunnelen vil ha betydning for valg av konsept. Valg av drivemetode (konvensjonell sprengning eller TBM) vil også være viktig. På grunn av lang bestillings- og leveringstid for tunnelbormaskiner vil denne løsningen kun være aktuell for lange tunneler. Det antas også at boring av dobbeltsportverrsnitt med TBM ikke er aktuelt på grunn av svært stort tverrsnitt og liten inndrift i harde bergarter som er dominerende i Norge.

En fordel med dobbeltsportstunnel er at separasjon av sporene inn mot tunnelportalen ikke behøves som for enkeltsporstunneler. Normalt bygges tunnelportalene med ca. 25 m sporavstand hvilket medfører at det legges beslag på et 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 krysningsspor er det fordel med dobbeltsporet tverrsnitt.

Der topografiske eller andre forhold gjør det vanskelig å etablere rømning til det fri eller annet sikkert sted ved rømningsveier for minst hver 1000. meter må det vurderes service-/rømningstunnel eller to parallelle løp. Lav overdekning kan begrense valg av to løp.

1.1.4 Kostnader

I henhold til referanse 2) fra Sverige, vil det for en tunnel med to løp være ca. 16 % dyrere å bygge en dobbeltsporet tunnel. Ettersom tunneler er dyre kostnadselementer vil forskjellen i total kostnad blir stor for de ulike alternativene. Den angitte forskjellen gjelder kun bergtekniske arbeider inkludert driving, bergsikring, injeksjon og drenering.

For tunneler med f.eks. full utstøpning vil forskjellene være større. Basert på kostnader fra prosjektet E6-Dovrebanen vil de proporsjonale arbeidsmengder være som vist i tabellen under:

Sammenlignbare arbeidsmengde	Arbeidsmengde proporsjonal i forhold til	To enkeltsporstunneler	Dobbeltsporstunnel
Sprengning	Tverssnittsareal	1,19	1,0
Bergsikring	Vegger og hvelv (buelengde til 2 m over såle)	1,60	1,0
Forinjeksjon	Omkrets	1,53	1,0
VF-sikring (full utstøpning)	Vegger og hvelv	1,81	1,0

Ved innsetting av antatte kostnader for hver arbeidsoperasjon vil kostnadsforskjellen mellom dobbeltspor/to ganger enkeltspor være i størrelsesorden 50 %. En rimeligere vann- og frostsikringsløsning gir mindre forskjeller. Omfang og behov for injisering vil også ha betydning. Forskjellen fra den svenske beregningen er hovedsakelig knyttet kostnader til vann- og frostsikring, men det synes også som forholdet mellom tverrsnittsarealene for to enkeltspor kontra ett dobbeltspor er noe forskjellig.

For lavere dimensjonerende hastighet enn 250 km/h antas forskjellene å bli mindre ettersom enkeltsporstverrsnittet relativt sett kan reduseres mer enn dobbeltsporstverrsnittet pga. aerodynamiske forhold.

Et annet forhold som har betydning i forhold til kostnader er hvordan kravene til rømningsvei oppfylles. Når kostnaden for rømingsveiene legges til på dobbeltsportunnelen innebærer det at rømningsveiene maksimalt får utgjøre 45 % av dobbeltsporstunnelens lengde før dobbeltsporstunnelen blir dyrere enn to parallelle løp.

For svært lange tunneler (> 20 km) vil kravet til beredskapsplasser med maks. 20 km avstand ha betydning for valg av konsept og utforming av tunnelen. Det må her anlegges ekstern adkomst til slike punkter for innsatspersonell. Det antas at dette bør utføres i form av tverrslagstunnel inn til tunnelen ved dobbeltsporet tverrsnitt. Ved enkeltsporstunnelen kan alternativet være å frakte redningspersonellet inn gjennom det ene løpet som ikke er berørt av hendelsen i det andre løpet.

1.1.5 Drift og vedlikehold

Dimensjonerende trafikk danner grunnlaget for tunnelens tilgjengelighetskrav. Vedlikehold av tunneler (generiske arbeidsrutiner) må utføres i hvite tider for å sikre at trafikken ikke blir berører. Vedlikeholdstilgjengelighet må derfor vurderes, og det må gjøres en RAM-analyse hvor nytten av en eventuell toløpsløsning beregnes i forhold til valgte systemer .

Ved to parallelle tunneler stenger man ett løp og avvikler trafikken i begge veier i det andre løpet, riktignok med full hastighet. I dobbeltsporet tverrsnitt kan det være vanskelig å få til vedlikehold på det ene sporet mens driften opprettholdes på det andre.

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.

2 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)

2.1 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.

I Sveits er det også eksempler på dobbeltspor i ett løp utført med TBM, Zimmerberg fase 1 fra Zürich til Thalwil (10 km) og Weinbergtunneler i Zürich (4,8 km). Diameter ca. 12 m.

2.2 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.

2.3 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 er bygget som dobbeltspor i ett løp. Toløpstunneler er kun aktuelt ved tunneler > 20 km. For middels lange tunneler vurderes ett eller to løp for hvert enkelt prosjekt. Østerrike har mer enn 70 tunneler lenger enn 1000 m.

Koralmtunnelen med en samlet lengde på ca. 33 km og overdekning opp til 1200 m utgjør kjernestrekningen for en ny høyhastighetslinje fra Graz til Klagenfurt. Tunnelen utføres med to parallelle enkeltsporstunneler med tverrpassasjer hver 500 m. Dimensjonerende hastighet er 250 km/h. Tunnelen drives hovedsakelig med TBM. Tunnelen er planlagt ferdig i 2023.

2.4 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.

2.5 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 lenger enn 2 km. Alle tunneler er i henhold til referanse 2) dobbeltsporet i ett løp. Dette konseptet er også det foretrukne for nye tunneler.

2.6 Sverige

I rapport fra Trafikverket i Sverige, referanse 1), anbefales det å utforme tunneler på linjer med to spor med ett tunnelløp som førstevalg opp til 8 km. Tunneler lengre enn 14 km anbefales utført med to parallelle løp. Mellom 8 og 14 km kan det benyttes enten dobbeltspor eller to parallelle enkeltsporstunneler, avhengig av eksterne forhold i det aktuelle området.

Sverige har 38 jernbanetunneler lengre enn 1000 m. Mange nyere tunneler er bygget i forbindelse med den enkeltsporede Botniabanen (25 km) som stod ferdig i 2010.

Tunnelen gjennom Hallandsåsen (8,7 km) har to parallelle løp.

I referanse 1) er det angitt at i tunneler med stor trafikk og mange passasjerer i storbyområder i Sverige, har avstanden mellom rømningsveiene tendert å bli ned til ca. 300 m basert på de røminngsanaylser og sikkerhetsvurderinger som må gjennomføres.

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.

2.7 Finland

No.	Navn	Lengde (km)	Konsept	Åpningsår	Kommentar
1	Savio	13,5	E	2008	Konv., kun godstrafikk

Ringbanen som forbinder Helsinki med den internasjonale flyplassen ved Vantaa utføres med to parallelle tunnelløp. Tunnelstrekningen er 8 km lang, og har stasjoner i fjell med mellomplattform. Banen er dimensjonert for commuter-tog med dimensjonerende hastighet 120 km/h. Tunnelen er drevet med konvensjonell sprengning. Avstand mellom rømningsveier mellom de to tunnelløpene er 230 m.

2.8 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.

2.9 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.

2.10 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.

2.11 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.