Dimensjonerende laster
Innhold
1 Trykk- og suglaster
Kriterier for dimensjonerende trykk- og suglaster for ett- og toløpstunneler er gjennomgått. Det anbefales spesifikke krav til trykk- og suglaster for V ≤ 200 km/h og 200 < V ≤ 250 km/h.
| Last fra togtrafikk | Enkeltsporet tunnel (kN/m2) | Dobbeltsporet tunnel (kN/m2) |
|---|---|---|
| V ≤ 200 km/h | ||
| 200 < V ≤ 250 km/h |
Forutsetninger:
- Enkeltsporet tunnel med tverrsnitt 50-60 m2
- Dobbeltsporet tunnel med tverrsnitt 90-100 m2
- Ballastspor
- Helisolert såle
- Ingen trykkavlastning
Størrelsene av trykk- og suglaster skal vurderes spesielt ved:
- Fastspor
- Avvik fra forutsatt tunneltverrsnitt
- Avvik fra forutsatt hastighet
- Traktformede portalsoner og/eller sjakter
2 Komfortkriterier
Idet et tog kjører inn gjennom en tunnelmunning skapes det en rask trykkendring. I tillegg til denne effekten av entringen vil togets følgetrykk skape et undertrykk langs sidene av toget mens det går gjennom tunnelen. Slike trykkendringer kan påvirke komforten inne i togene. Store trykkendringer på innsiden av en vogn kan føre til ubehag og i ekstreme tilfeller skader på passasjerer og ansatte.
TSI-helsekriterier:
Den europeiske spesifikasjonen for samtrafikkevne for høyhastighetstog stiller krav til at trykkendringer ikke må overskride 10 kPa. Denne verdien gjelder selv for en fullstendig svikt i toget tetting (f.eks brutt vindu) og passering av to høyhastighetstog.
For lavere trykkendringer er komfortkriterier knyttet til individuell oppfatning. Ulike nasjonale regler og retningslinjer er utarbeidet i løpet av de siste 20 år:
- UIC-kode 660. Referete opprinnelig til rullende matierell.
- UIC-kode 779. Referer til tunneldesign.
Disse kriterene gir motstridende anbefalinger, se tabell.
| Kriterium | Tidsintervall | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 s | 3 s | 4 s | 10 s | 60 s | |
| UIC 660 | < 0,5 kPa | < 0,8 kPa | - | < 1,0 kPa | < 2,0 kPa |
| UIC 779 | < 1,0 kPa | - | < 1,6 kPa | < 2,0 kPa | - |
| SSB Rail 2000 (prosjekt) | - | - | < 1,5 kPa | - | - |
| Guadarrama tunnel (prosjekt) | - | - | < 2,5 kPa | - | - |
Likevel, passasjerer kan føle ubehag selv om komfortkriteriene er oppfylt. Vanligvis er komforten for passasjerer ikke spesifikt avhengig av trykkvariasjoner. Andre viktige aspekter er:
- distraksjon/underholdning (pent landskap, interessante diskusjoner, osv.)
- støy (tog, aerodynamikk, høylytte passasjerer osv.)
- vibrasjoner
- helsetilstand eller alder til passasjerer
- hyppighet og varighet av tunnelpasseringer
After several years of experience working with the UIC-660 pressure comfort criteria it comes out that specifically the long time criterion (∆pmax in 60 s < 2 kPa) is very difficult to satisfy. The main reason is the development of rather long double bore single track tunnels with typically small free cross-sectional areas (ATunnel ≈ 40 - 50 m2). The constant pressure decrease along the train during the tunnel passage leads to a significant pressure-step at the exit portal. Indeed several studies concerning pressure comfort are underway in Europe with the aim to understand more about this phenomenon and the impact on passengers.
3 Mekaniske ulykkeslaster
3.1 Risiko for ulykker i jernbanetunneler
Risikoen er et uttrykk for frekvensen for at en ulykke inntreffer når et tog kjører gjennom en tunnel, samt konsekvensene av en slik ulykke.
Gjennomgang av ulykkesstatistikk viser at av de ulykker der menneskeliv kan gå tapt, er det tre typer ulykker som også er relevante i tunneler:
- Sammenstøt
- Avsporing
- Brann
3.1.1 Ulykkesfrekvenser
Figur: Ulykkesfrekvenser for persontog
Ulykkesfrekvensen for jernbanetunneler er estimert på bakgrunn av ulykkesstatistikk i perioden 1970-2000 ved det norske jernbanenettet. Frekvensen er sammenlignet med frekvensen for åpen linje.
3.1.1.1 Risiko for sammenstøt
Risikoen for sammenstøt er lavere i tunnel enn for åpen linje bl.a. pga. følgende forhold:
- sammenstøt mellom tog og bil ved planoverganger forekommer ikke i tunnel
- lavere risiko for sammenstøt ved skifting
- lavere risiko for sammenstøt ved ras
- lavere risiko for sammenstøt i forbindelse med avsporing
3.1.1.2 Risiko for avsporing
Risikoen for avsporing er lavere i tunnel enn for åpen linje bl.a. pga. følgende forhold:
- jevn skinnetemperatur gir lavere risiko for avsporing som følge av solslyng eller skinnebrudd
- bedre kurvatur og grunnforhold gir lavere risiko for avsporing som følge av vindskjevheter og sporutvidelser
- færre sporveksler
- lavere risiko for ras
3.1.1.3 Risiko for brann
Risikoen for brann vil være tilnærmet den samme i tunnel som for åpen linje.
3.2 Brannlaster
3.2.1 Eksterne krav
Følgende forskrifter og standarder har relevante krav når det gjelder dimensjonering av ulykkeslaster for brann i tunnelkonstruksjoner:
- TSI SRT
- NS-EN 1990:2002 + NA:2008; Eurocode: Grunnlag for prosjektering av konstruksjoner, inkludert nasjonale tillegg
- NS-EN 1991-1-2:2002 + NA:2008; Eurokode 1: Laster på konstruksjoner del 1-2: Allmenne laster - Laster på konstruksjoner ved brann, inkludert nasjonalt tillegg
- NS-EN 1991-1-7:2006 + NA:2008; Eurokode 1: Laster på konstruksjoner del 1-7: Allmenne laster - Ulykkeslaster
TSI 4.2.2.3: Strukturens integritet skal i tilfelle av brann kunne opprettholdes i et tidsrom som er tilstrekkelig til å tillate selvredning og evakuering av passasjerer og personale, og til at redningstjenestene kan gripe inn uten risiko for strukturelt sammenbrudd. Brannegenskapene til den ferdige tunneloverflaten, enten dette er fjell eller betongvegger, skal vurderes. Den skal kunne motstå temperaturen i en brann i et bestemt tidsrom iht. EUREKA-kurven. Denne skal bare benyttes til konstruksjon av betongstrukturer.
TSI 4.2.2.3 tilsier at normal brannlast er at strukturen skal dimensjoneres for å takle selvevakuering og redning ved en persontogbrann, dvs. ved en 25 MW brann med EUREKA-kurve, og at strukturen skal tåle minimum to timer brannbelastning.
TSI SRT stiller ikke krav til de verst tenkelige brannsituasjoner som kan oppstå. TSI SRT stiller kost-effektive krav for "normale" tunneler. Erfaring tilsier også at EUREKA-kurven ikke er dekkende for en større godstogbrann. En branndimensjonering iht. TSI SRT gir derfor en restrisiko. Dette fremgår av TSI SRT gjennom følgende sitater:
pkt. 1.1.1, tredje avsnitt: ...og derved sørge for et optimalt nivå av sikkerhet i jernbanetunneler på mest kostnadseffektive måte. pkt. 1.1.7: Risikoområde, risiko som ikke omfattes av denne TSI
- økonomisk tap som skyldes skade på strukturer og tog
pkt. 2.3, tredje avsnitt: Tatt i betraktning at ulykker i jernbanetunneler som involverer flere dødsfall er sjeldne, ligger det i sakens natur at det kan forekomme, men med svært liten sannsynlighet, hendelser som til og med godt utstyrte redningstjenester vil kunne stå maktesløse overfor, som for eksempel en større brann som involverer godstog.
Det må derfor vurderes om restrisikoen for den enkelte tunnel tilsier ekstra tiltak.
NS-EN 1991-1-1:2002 + NA:2008 spesifiserer laster på konstruksjoner ved brann. Avsnitt 2.3 spesifiserer at relevant dimensjonerende brann skal hentes fra nasjonale forskrifter. I Norge vil det være TSI SRT, men de begrensninger som er nevnt over.
I kapittel 2.2 spesifiseres at brann er en ulykkeslast og dimensjonerende brannscenario skal fastsettes basert på en risikoanalyse.
Det generelle grunnlaget for prosjektering av konstruksjoner er spesifisert i NS-EN 1990:2002 + NA:2008. Her spesifiseres følgende framgangsmetode for håndtering av ulykkeslaster:
- Ut fra forventede konsekvenser ved skade og sammenbrudd på konstruksjonen gis den en pålitelighetsklasse.
- Pålitelighetsklassen til konstruksjonen gir et tillatt nivå på restrisikoen.
I tabell NA.A1(901) i NS-EN 1990:2002/NA:2008 i nasjonalt tillegg NA, er jernbanebruer veiledende plassert i pålitelighetsklasse 3 (dvs. 10-4 årlig sannsynlighet for overskridelse av bruddgrensetilstanden og atomreaktorer i pålitelighetsklasse 4 (10-5 årlig sannsynlighet).
Det innebærer at man kan anse at jernbaneinfrastruktur normalt vil være i pålitelighetsklasse 3.
NB: I disse standarder er frekvens oppgitt per kostruksjon. Overførbarheten til jernbaneinfrastruktur er derfor ikke entydig da sannsynlighet vil øke med antall km eller antall togkm.
Det må vurderes om man har pålitelighetsklasse 4 på kritiske punkter (dvs. der konsekvenser ved kollaps er ekstra høy).
