Philippe Chopard: Ingénieur chef de projet, Bonnard
& Gardel Ingénieurs-conseils SA, Suisse
Alan Weatherill: Responsable du groupe "Ventilation", Bonnard &
Gardel Ingénieurs-conseils SA, Suisse
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In Vorbereitung, dem April 2004 ist eine wesentliche Änderung des Klimatisierungs- und Ventilationskreislaufes im Gange. Die Länge der Galerien veranlaßt uns, sich in Richtung eines Kreislaufes zu entwickeln, der mit Druckausgleichskammern und mit wasserdichten Wänden ausgestattet wurde. Dies, um den Männern zu erlauben, unter weniger zwingenden Bedingungen zu arbeiten. Die Klimatisierungskraft wird um 1MW erhöht. Die Bewegungen d'air frisch und verdorben genauer gelenkt. Ich werde Ihnen Einzelheiten je nach des l'avancement der Arbeiten mitteilen.
1 - ALLGEMEINE VORSTELLUNG
Der Basistunnel Lötschberg (dessen Bauherr ist die Gesellschaft BLS AlpTransit
AG, Bern), bildet einen der zwei Eisenbahnbasistunnel (mit Gothard), die durch
die Schweiz durch die Alpen geplant wurden. Von einer Länge von 35 km stellt
er das Hauptwerk der Nord-Südachse Lötschberg-Simplon dar, die Nordeuropa
mit Italien verbindet. Es ist ein wesentliches Glied der neuen Eisenbahnalpenlinien
(NLFA), Linien an großer Kapazität durch die Alpen, und die durch
die Schweiz verwirklicht werden, um dem Morgengrauen des dritten Millenniums
die Entwicklung des Personenverkehrs und Waren zu erlauben.
Die Inbetriebnahme agendée Anfang des Jahres 2007. Die Konstruktionskosten
werden auf 3,6 Milliarden Schweizerfranken geschätzt.
L’exposé definiert das Konzept an der Basis der Ausmeßung
der Ventilation und der Kühlung, dies in Phase des Tunneldurchstichs (Baustelle)
in l’attaque Vermittler von Ferden und stellt die aufgetretenen Schwierigkeiten
und die in Betracht gezogenen Lösungen vor.
Die klimatischen Bedingungen in Galerie im Laufe des Durchbohrens des Basistunnels
Lötschberg im Ferden-Los erscheinen à plus d' un titre als ausgehend
vom gewöhnlichen;
Abb. 2 - Temperatur des Massivs entlang des Tunnels und geologischen Profils.
zum Beispiel:
- der Röhren böhren des Basistunnels ausgehend vom Fuß der
Schachtanlage Ferden langen von 4,1 km an 12 %;
- Die wichtige Länge der Angriffe, das heißt 2 Röhren auf 6.5
km in Norddirektion und 2 Röhren auf 2 km in Süddirektion;
- Die geometrische Komplexität der beigefügten Werke (Höhlen,
Zugangsgalerien, den unterirdischen Bahnhof und Wegänderungen);
- Und abschließend die starke Tiefe des Tunnels, der am Anfang der erhöhten
Temperaturen des Felsens ist, die 45°C auf einigen Abschnitten überschreiten
(Höchstdecke von 2100 m);
Um eine Antwort entsprechend diesen wenig banalen Zwängen zu bringen
sieht das Ventilationskonzept die Verwirklichung einer d’extractions
grube vor, verdorben sowie die Einführung eines Systems künstlicher
Kühlung l’air d’une Kapazität von 5 MW thermischen.
Diese verbundenen Maßnahmen müssen erlauben, die trockene besagte
28°C temperatur auf den unterirdischen Arbeitsstellen gemäß
den Forderungen der Dienste der Überwachung der Gesundheit aufrechtzuerhalten.
Der Ventilationsschornstein ist ebenfalls wesentlichen Bestandteil des Sicherheitskonzeptes
Feuer des Tunnels in Betrieb.
.
Abb. 3 - Basistunnel Lötschberg; Bestimmung des Ferden-Loses.
2 - GEOLOGISCHE UND GEOTHERMISCHE ANGABEN
Die geologischen Formationen in Anwesenheit sind vor allem ein Gneis, kristallinische
Schiefer und Granite. Die felsige Decke ist auf der ganzen Vorzeichnung sehr
wichtig. Sie überschreitet 1500 m auf einem linearen von 10 km mit einem
Maximum von 2100 m.
Die erwartete Höchsttemperatur des Massivs ist in Anbetracht der starken
Tiefe hoch. Die Werte, die vom Geologeen pro Stelle angekündigt wurden
45°C mit einem wichtigen Unsicherheitsstrand überschreiten. Die maximas
werden an 3 km in Norddirektion erwartet. Diese Größenordnung ist
pünktlich in mehreren tiefen Bohrungen bestätigt worden, die seit
der Oberfläche verwirklicht wurden.
3 - AUSGRABUNG AB FERDEN
Das Ferden-Los der Arbeiten des Basistunnels ist ein " Mitteljob-Stapel",
aufgrund der Tatsache, daß der Tunnel jedesmal auf 2 Röhren in
den zwei Nord- und Süddirektionen ausgehend vom Fuß der Schachtanlage
von Ferden ausgegraben wird.
An ihren Enden begegnen die Angriffe den Ausgrabungen, die ausgehend vom Tal
der Rhone zum Süden und von der Schachtanlage von Mitholz im Norden geführt
wurden.
Diese Bestimmung ergibt sich aus einem Planungszwang, nach dem der Tunneldurchstich
vor Oktober 2004 verwirklicht werden mußte. (am 29/10/03 für den
Süden vollendete Aufgabe)
Die Schachtanlage von 4,1 km an 12% stellt den Weg allein der Ernährung
der Baustelle des Tunnels an ihrer Basis dar. Eine bereite Einrichtungsstelle
unterirdisch in mehreren Höhlen zum Fuß der Schachtanlage erlaubt,
die Beherrschung der verschiedenen Flüsse zu gewährleisten.
Da man sich davon bewußt sein kann, herrscht eine sehr starke Aktivität
unterirdisch bei der Öffnung der Angriffe der vier nördlichen und
südlichen Ausgrabungsvorderseiten; es gibt mehr oder weniger 100 Arbeiter
auf diesen verschiedenen unterirdischen Baustellen. Es ist also grundlegend,
zufriedenstellende klimatische Bedingungen in Galerie zu garantieren.
Die Ausgrabungen des Ferden-Loses werden durch Bergbau in den hauptsächlich
kristallinischen Felsen verwirklicht. Die Kadenz wird auf einen durchschnittlichen
Fortschritt von 7,5 m pro Tag Arbeit mit kontinuierlichem Zeitplan über
24 Stunden 7 Tage/7 geschätzt.
4 - VENTILATIONSKONZEPT
Die Baustellenventilation unterliegt den Vorschriften des Kontrollorgans der
Arbeitshygiene der nationalen Versicherungskiste Unfall (SUVA).
Dieser legt die maximalen Werte der Konzentration (durchschnittlicher Ausstellungswert
VME) der schädlichen Substanzen in der Luft auf den Arbeitsorten fest.
Er definiert auch die Werte des frischen minimalen Luftdurchsatzs gemäß
der Nennleistung der engagierten Dieselbaumaschinen von der Verwendung von Sprengstoffen
(Bergbau) und von der Anwesenheit von Gas im felsigen Massiv.
Eine ausreichende Ernährung in frischer Luft und die alle Sicherheitsgarantien
vorstellt, ist im Ferden-Los in Anbetracht der Länge der Angriffe und ihrer
Bestimmung in Fuß der Schachtanlage von 4,1 km unentbehrlich.
Die Beachtung der Vorschriften des SUVA, die potentielle Anwesenheit von Gas
auf einigen Abschnitten und der allgemeinen Bemühung, ein System der Ernährung
frischer Qualitätsluft zu schaffen, haben dazu geführt, das an Abb.
4 reproduzierte Ventilationsschema anzunehmen.
Die Ernährung in frischer Luft erfolgt in voller Sektion durch die Schachtanlage
von Ferden. An der Basis der Schachtanlage wird die frische Luft in Richtung
der verschiedenen Ausgrabungsvorderseiten und der Stelle der Einrichtung in
Höhle verteilt.
Die Luftzirkulation in den 2 Röhren des Tunnels wird immer in voller Sektion
in Schleife ausgehend von der intertube Verbindungsgalerie verwirklicht, die
mehr in der Nähe der Vorderseiten angesiedelt ist. Die Vorderseiten werden
durch eine sekundäre soufflante Ventilation mit Hilfe von Lutten auf einer
Höchstlänge von 1500 m vorangetrieben.
Diese Bestimmung ist seit Beginn der Hauptangriffe operationell. Sie erlaubt,
die notwendigen wichtigen Ausstöße bis zu 200 m3/s zu garantieren.
An diesem Ausstoß entspricht eine Stromgeschwindigkeit der Luft von 11
km/h in der Sektion der Schachtanlage.
Die verdorbene Luft wird durch die Galerie und die Ventilationsgrube von Fystertelläe
evakuiert. Der Hauptventilator wird in Höhle an der Basis der Grube verfügt.
Von einer Kraft von 1,25 MW gewährleistet er den Luftverkehr durch Aspiration;
ein System von Diaphragmen und von Druckausgleichskammern erlaubt, die verschiedenen
Ausstöße in Galerie zu regulieren.
Abb. 4 - Ventilationsschema
Diese Lösung bietet eine große Sicherheit bei Feuer an, die Abgabe
die verdorbene Luft, die gänzlich von der Zuleitung frischer Luft dissoziiert
wird.
Die Höhle, die Galerie und die Ventilationsgrube machen wesentliche Bestandteile
des Ventilationskonzeptes Feuer des Tunnels in Betrieb.
5 - KLIMATISCHE BEDINGUNGEN IN GALERIE
5.1 Medizinischer Aspekt
Die wichtige Hitze- und Feuchtigkeitsfreisetzung durch das felsige Massiv,
zu dem es sich empfiehlt, die Beiträge der Hitze der Baustellenmaschinen
hinzuzufügen, führt dazu, daß das Klima, das in Galerie herrscht,
mindestens als feuchte Hitze und bezeichnet werden kann. In Anbetracht der verschiedenen
Wasserführungen kann die relative Feuchtigkeit der Luft angrenzen an 100
%.
Diese extremen Bedingungen stellen Problem dar und prüfen stark den menschlichen
Körper, wenn es sich darum handelt, eine mühsame Baustellenarbeit
zu verwirklichen.
Die Risiken für die Gesundheit sind médicalement wohlbekannt und
umfassen alle Demonstrationen hyperthermie, die je nach Fall ernste Folgen schnell
haben können.
Deshalb werden die klimatischen Bedingungen bei der Arbeit in heißem und
feuchtem Klima strikt (in der Schweiz durch das Kontrollorgan der Arbeitshygiene
des SUVA geregelt).
5.2 Regelung über das unterirdische Klima
Es gibt verschiedene Kriterien, die d’évaluer l’incidence
der klimatischen Bedingungen des Tunnels auf dem menschlichen Körper erlauben:
- die internationale Norm ISO 7243: WBGT
- in Frankreich: resultieren des Temperaturl’indice
- in der Schweiz: die Grenztemperatur nach den Vorschriften des SUVA
- in Deutschland: wirksames Temperaturl’indice.
Diese vier Referenzen erlauben, eine theoretische resultierende Temperatur zu
berechnen, die die Temperatur berücksichtigt, von ihrem d’humiditésatz
und von der Stromgeschwindigkeit l’air d’air. L’indice WBGT
berücksichtigt ebenfalls die Strahlungshitze auf den Arbeitsstellen (Temperatur
der schwarzen Sphäre).
Die für einen normalen Tag Arbeit einzuhaltenen Grenzwerte 8 Stunden sind
folgende:
- Wbgt-Temperatur: 28°C
- Wirksame Temperatur (Deutschland): 25°C
- Resultierende Temperatur (Frankreich): 26°C
Die zulässigen trockenen Höchsttemperaturen nach den suva-Kriterien
(die Schweiz) für mühsame Arbeiten température effective <
25°C
und die resultierende Temperatur
werden < 26°C (Frankreich), mit Abb. 5 für verschiedene d’humiditésätze
verglichen. Die Stromgeschwindigkeit wird d’air mit 7 km/h festgelegt.
Man beobachtet auf dieser Darstellung wenig Unterschiede zwischen den befragten
Referenzen, die auf ein feuchtes Klima angewendet wurden.
Im Falle des Basistunnels Lötschberg und es basiert sich auf den Erfahrungen,
die in den Bergwerken verwirklicht wurden, und ist gemeinsam mit dem SUVA d’utiliser
die folgende Grenzbedingung auf dem Klima angenommen worden:
Die trockene Temperatur in l’ensemble vom Tunnel
darf nicht überschreiten 28°C.
Abb. 5 – Vergleich der verschiedenen Kriterien der Bewertung des unterirdischen Klimas.
6 - WÄRMEBILANZ
6.1 Hitzebelastungen
Die identifizierten Hitzebelastungen stammen hauptsächlich aus dem felsigen Massiv und aus den Geräten und Baustellenaktivitäten.
6.1.1 Felsiges Massiv
Die Hitzebelastung, die aus dem Massiv stammt, ist hoch. Die durch den Felsen
freigesetzte Hitze ist in der d’attaque Zone maximal, wo der Felsen n’a
nicht noch abgekühlt durch die Ventilation. Sie erreicht 3 km in Norddirektion,
wo die Temperatur des Massivs sich auf 45°C beläuft.
6.1.2 Geräte und Aktivitäten der Baustelle
Die Baustellenaktivitäten sind ebenfalls Produktions- von Hitze. Wenn unter
den üblichen Durchbohrbedingungen (Tunnel unter durchschnittlicher Decke
mit angrenzender an Gebirgstemperatur 15°C), sie nicht an Folge tragen,
stellen sie in diesem Fall eine Quelle zusätzlicher Lastenwärme dar.
In einer Ausgrabung durch Bergbau sind sie auf 650 kW im Durchschnitt geschätzt
worden. Sie ergeben sich hauptsächlich aus den Aktivitäten der Bohrung,
des Marinierens, des Transportes und der Verwirklichung des geplanten Betonabstützens
(Hydrationshitze).
Die angegebenen Werte entsprechen nachfolgend einem Spitzenfortschritt von 12
m auf 24 Stunden.
Bothung |
45kW |
Bergbau |
80kW |
Maschines |
200kW |
Verankerung |
120kW |
Ventilation |
160kW |
Marin |
40kW |
Gesamstzahl
in der Zone der Vorderseite |
650kW |
6.2 Berechnung des Klimas im Tunnel
Die Wärmebilanz ist aufgestellt worden, indem man die Entwicklung in der
Zeit der Hitzebelastungen in Betracht gezogen hat, die in Wechselwirkung mit
dem Bohrvorgang des Tunnels erwähnt wurden.
Er berücksichtigt auf diese Art und Weise:
- Die Geometrie der Angriffe.
- Die ursprüngliche Temperatur des Massivs.
- Die thermischen Eigenschaften des Massivs thermische Leitfähigkeit zu
wissen spezifische Wärme, diffusivité thermisches der verschiedenen
geologischen Formationen.
- Der feuchte Umkreis des Hohlraums des Tunnels
- Die Hitzebelastungen der Baustelle, insbesondere die durch das Marinieren
induzierten Lasten.
- L’histoire jedes Angriffs und die Vorschubgeschwindigkeit.
- Die Außenventilation und die klimatischen Bedingungen.
6.3 Berechnungsverfahren
Die Berechnung des Klimas in Galerie ist mit der Software verwirklicht worden,
die durch Bonnard & Gardel entwickelt wurde. Dieses Programm ist im Vergleich
zu anderen Konzepten für rechtsgültig erklärt worden.
L’évolution der Temperatur entlang der Galerie wird ab der Außentemperatur
berechnet, für Tranchen des Tunnels von 10 m der Länge l’air.
Einzig wird die radiale Wärmeübertragung, die aus dem Massiv stammt,
berücksichtigt, die Achsenübertragung wird vernachlässigt.
Die Berechnung der Wärmeübertragung in Galerie ist ein Problem instationnaire
radialer thermischer Leitung, das in zylindrischen Koordinaten durch eine Differentialgleichung
definiert werden kann:
die mathematische Lösung wird in l’ouvrage von Carslaw and Jaeger
[ 12 ] in der Form d’une Serie von Funktionen von Bessel für verschiedene
Anzahl Fourier und Biot entwickelt.
6.4 Klimatische Bedingungen ohne Abkühlen
Die Ergebnisse der Berechnung der Temperatur, in Galerie für die Nordröhren
l’air, werden in Abb. 6. vorgestellt betrachten zunächst die Temperaturkurve
als am höchsten. Der n’est-Tunnel nicht, der zu diesem Zeitpunkt
des Abkühlsystems ausgestattet wurde, ausgenommen die forcierte Ventilation.
Die Berechnungen berücksichtigen einen Ausstoß der Ventilation von
100 m3/s in der Nordschleife und 100 m3/s in der Südschleife. Zur Erinnerung
wird die trockene Grenztemperatur l’air auf 28°C festgelegt.
Diese Bedingung wird in den zwei Südröhren in Anbetracht der mittelmäßig
erhöhten Temperatur des Felsens eingehalten. Der Ausstoß der Hauptventilation
ist ausreichend, um die Temperatur unterhalb des 28°C aufrechtzuerhalten.
Im Gegenteil in den Nordröhren beläuft sich die erwartete Temperatur
auf 34°C und überschreitet die festgelegte 28°Cgrenze; ein System
künstlicher Kühlung erweist sich als notwendig. Die kritischen Zonen
liegen an den Nordvorderseiten und an der Wetterstrecke in Fuß der Schachtanlage.
Abb. 6 - Kurven der Temperatur der Luft in Galerie ohne und nach Einführung des Systems künstlicher Kühlung.
7.1 Notwendige Kältekraft
Der Kälteantrag, um die durchschnittliche Höchsttemperatur unterhalb des 28°C in Galerie herabzusetzen, wird auf 3 MW geschätzt. Wenn man die Unsicherheiten in Betracht zieht, die die Schätzungen der Temperatur des Massivs beschmutzen, kann sich die erforderliche Kraft auf 5 MW belaufen (vgl. Abb. 7).
Abb. 7 - Kältekraft gemäß der Temperatur
An einer Erhöhung von 1°C der Außentemperatur entspricht ein höherer Kälteantrag von 250 kW. Die vereinfachte Illustration der Wärmebilanz wird Abb. 8 gegeben. Die Aufschlüsselung die Hitzebelastungen von Natur aus und die durch die Ventilation und durch das Kühlungssystem gewährleisteten Teile der Kühlung erscheinen.
Abb. 8 - Hitzebelastungen und des Abkühlens.
7.2 Kühlungssystem
Ein System künstlicher Kühlung wird in Galerie geschaffen. Das Konzept
sieht die Kühlung durch kalten Wasserverkehr vor (vgl. Darstellung 9).
das Wasser des Lonza-Flusses im künstlichen See des Staudammes von Ferden
entnommen. Sie wird filtriert dann erreicht beim Tunnel durch die Grube von
Fystertellae; das stellt eine Unebenheit von 567 m dar.
Das kalte Wasser wird danach in Galerie durch isolierte Leitungen geführt
(Übertragungskoeffizient < 2.5 W/°K*m2); mehrere bewegliche Konvektionsverteiler
von einer Einheitskraft von 300 bis 500 kW sind bereit an den Vorderseiten und
in Galerien; sie gewährleisten die Kühlung der Arbeitsplätze.
An der Rückkehr geht das durch die Grube aufgewärmte Wasser hinauf
und wird am See zurückerstattet. Der Höchstwasserzufluß wird
auf 300 m3/h geschätzt.
Die Temperatur des Wassers, das am Fluß entnommen wurde, beträgt
4 an 8°C nach der Saison; dieses niedrige Temperaturniveau ist am guten
Funktionieren der Einrichtung wesentlich; es handelt sich in der Hauptsache
um Wasser von Gletschergußeisen. Der ziemlich hohe Ausstoß des Lonza-Flusses
führt dazu, daß die legale Bedingung, die die Erwärmung des
Wasserlaufs an 3°C begrenzt, eingehalten wird daher im Winter.
Ein mechanisches System der Reduzierung und der Übertragung von Druck erlaubt,
das Pumpen in der Grube auf einer Höhe von 567 m abzuschaffen, indem es
den Druck der Wasserkolonne nutzt, indem es den Kreislauf von Wasser in Galerie
auf einem niedrigen Druckniveau aufrechterhält.
Abb. 9 – Wasser Kühlungssystem durch kalten Verkehr.
Der Job-Stapel von Ferden des Basistunnels Loetschberg stellt Verwirklichungsbedingungen
vor, die aus dem gewöhnlichen herauskommen. Die große felsige Decke
sorgt dafür, daß die in Galerie erwarteten klimatischen Bedingungen
sehr streng sind; nach den Schätzungen des Geologeen können die Gebirgstemperaturen
erreichen 45°C.
Gemäß den Vorschriften, die durch das Kontrollorgan der Arbeitshygiene
verordnet wurden, darf die Temperatur der 28°Cluft nicht in Galerie überschritten
werden. Dies erfordert die Einführung einer künstlichen Kühlung
von 3 bis 5 MW nach begegneten Temperaturniveaus.
Ein Kühlungssystem durch kalten Wasserverkehr ist mit Bestimmung beweglicher
Verteiler in Galerie geschaffen worden. Das System, das sich charakterisiert
durch seine Konzeptionseinfachheit vorgesehen ist, und gerade deshalb eine wirtschaftliche
Lösung bildet. Es wird durch den ziemlich kalten Gehalt von Gußeisenwasser
im Lonza-Fluß möglich gemacht und erfordert die Einrichtung einer
Energie Verbraucherwärmepumpe nicht.
|
Sources:BG Ingénieurs-conseils SA
Av. de Cour 61 - CP 241
CH-1001 Lausanne