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Tunnellüftung

[432] Tunnellüftung (ventilation of tunnels; aérage des tunnels; aerazione delle gallerie). Die Lüftung der Tunnel im Eisenbahnbetrieb vollzieht sich in kürzeren Tunneln, auch in stärkeren Steigungen meist in natürlicher Weise und ist abhängig von der Lage der Tunnelmündungen, den Wärmeunterschieden an diesen, ihrer gegenseitigen Höhenlage und der herrschenden Windrichtung. Für lange Tunnel mit starkem Zugverkehr genügt natürliche Lüftung zumeist nicht mehr, um der Luftverschlechterung durch die Rauchgase der Lokomotiven und der etwa dem Gebirge entströmenden Gase vorzubeugen, eine Abkühlung der durch die Rauchgase erwärmten Luft und ihre Trocknung im Interesse der Oberbau- und namentlich der Schienenerhaltung, auch des Tunnelmauerwerks, wie der Reibungsverhältnisse und der Sicherungsanlagen zu erreichen; sie muß daher durch andere Mittel und meist durch künstliche Lüftung unterstützt werden. Auch bei elektrischem Betrieb ist die Lüftung des Tunnels zumal zur Trockenhaltung der Luft sehr zu empfehlen. Durch rasches Befahren der Tunnel, tunlichste Vermeidung stärkerer Rauchentwicklung und Verwendung hochwertiger Brennstoffe, wie namentlich Petroleum und Petroleumrückstände zur Lokomotivfeuerung können die Übelstände der Rauchbelästigung etwas abgemindert werden. Die immerhin kostspielige Petroleumfeuerung hatte aber starke Erwärmung der Luft und, zumal bei unvorsichtiger Behandlung, Luftverschlechterung zur Folge, auch die Feuchtigkeit der Luft wurde nicht gemindert und die Reibungsverhältnisse wegen des Niederschlags von Teerteilchen auf die Schienen verschlechtert, wie die Versuche im Arlbergtunnel ergeben haben. Eingleisige, über 1 km lange Tunnel, die in stärkeren Steigungen liegen, hat man mit größeren Lichtraumquerschnitten auch von vornherein als zweigleisige Tunnel ausgeführt und die starken Steigungen der offenen Strecke wesentlich ermäßigt, um die natürlichen Lüftungsverhältnisse zu verbessern und die Rauchentwicklung zu vermindern, wie das in letzter Zeit auf französischen Bahnen wiederholt geschehen ist. Zuführung von Druckluft in geschlossenen Leitungen in das Tunnelinnere, namentlich in die Tunnelnischen zur Entnahme durch das Bahnpersonal, oder Mitführung von Druckluftbehältern auf den Lokomotiven haben keine brauchbare und ausreichende Abhilfe ermöglicht. Die Versuche, die auf einigen österreichischen Bahnen gemacht wurden, mittels Sauglüftern die noch weniger verdorbene kühle Luft aus der Tunnelsohle anzusaugen und sie vor dem Lokomotivführer auszublasen, hatten sich stellenweise bewährt; allein eine Tunnellüftung, die auch für die Arbeiter und Wärter im Tunnel sowie für die Trocknung der Luft erforderlich ist, wurde hierdurch nicht erreicht.

Es ist daher künstliche Lüftung des vollen Tunnels erforderlich, die tunlichst so einzurichten ist, daß sie die natürliche Lüftung unterstützt. Künstliche Lüftung kann durch Aussaugen der schlechten oder durch Eindrücken von frischer Luft in den Tunnel erreicht werden, in beiden Fällen erhält man im Tunnel ein Gemisch von frischer und verbrauchter Luft. Hierfür kommen 2 Vorgänge in Frage, u.zw.:[432] 1. Lüftung durch Schächte; 2. Lüftung durch die Mündungen a) mit Mündungsverschlüssen, b) mit Strahlgebläsen (Bauweise Saccardo).

1. Schachtlüftung.

Die Tunnellüftung durch Schächte kann unter gewissen Bedingungen auch ohne künstliche Mittel erträgliche Verhältnisse ermöglichen. Die Schächte sind mit großen Lichtquerschnitten anzuordnen und bei Anordnung nur eines Schachtes dieser tunlichst an höchste Stelle und in die Mitte des Tunnels zu verlegen. Bedeutende Schachttiefen werden ohnedies wegen zu großer Kosten vermieden. Die Wirkung beruht hauptsächlich auf den Wärme-, daher Druckunterschieden im Tunnel und am Schachtmund. Solange die Wärme im Tunnel und Schacht größer ist wie an der Oberfläche, ist Luftbewegung vom Tunnel nach außen möglich. Andernfalls hört die Luftbewegung überhaupt auf oder es findet solche im umgekehrten Sinne statt. Es sind bei manchen Tunneln Schachtlüftungen in ausreichender Weise ermöglicht worden. Da aber die Bedingungen für genügende Schachtlüftungen unter allen Witterungsverhältnissen kaum zu erfüllen sind, so haben Schachtlüftungen in der Mehrzahl der Fälle nicht befriedigt; allerdings haben auch die zumeist unzureichenden Lichtquerschnitte der Schächte deren Wirksamkeit verhindert. Eine in allen Fällen zweckmäßige Schachtlüftung kann durch Anordnung von Sauglüftern am Schachtmund erreicht werden, die unter günstigen Verhältnissen die natürliche Lüftung unterstützen und bei entsprechend großem Kraftaufwand auch dann Luft aus dem Tunnel saugen, wenn natürliche Lüftung nicht oder im entgegengesetzten Sinn vorhanden ist, so daß ein gleichgerichteter Luftstrom von den Mündungen durch den Tunnel und Schacht nach außen gesichert werden kann. Auch diese Anordnung ist durch die Überlagerung begrenzt, da bei großen Höhen und ungünstigen Gebirgs- und Wasserverhältnissen die Anlage zumal weiter Schächte sehr hohe Baukosten und bei großer Tiefe auch erhebliche Betriebskosten erfordert.

Bei geringer Schachttiefe werden z.B. die Tunnel unter dem Severn- und Merseyflusse (s. Bd. VII u. IX) sowie unter dem Hafen von Boston durch Schächte und Sauglüfter in zufriedenstellender Weise entlüftet; es werden hierbei Windgeschwindigkeiten von 2–2∙5 m/Sek. erreicht. Für den neuen 8134 m langen zweigleisigen Hauensteinbasistunnel (s. Bd. VI, S. 118) hat Wiesmann auf Grund seiner Beobachtungen am Severntunnel eine Lüftungsanlage mit Saugschacht und Sauglüftern entworfen und ausgeführt. Die Verhältnisse des Tunnels und der Schachtanlage zeigen Abb. 479 u. 480.

Mit Rücksicht auf die Überlagerungsverhältnisse wurde der Schacht nicht in der Mitte und auch nicht in höchster Stelle, sondern im Abstand von 3594 m vom Nordmund des Tunnels, 5∙6 m weit, kreisförmig und 133 m tief, seitwärts der Tunnelachse ausgeführt. Für normale Verhältnisse bei natürlicher Luftbewegung vom Tunnel durch den Schacht nach außen ist eine Luftgeschwindigkeit von 3 m/Sek. und eine bewegte Luftmenge von 132 m³/Sek. vorgesehen. Am Schacht wird daher die bewegte Luftmenge der Nord- und Südstrecke zusammen 264 m³/Sek. und die Luftgeschwindigkeit im Schacht etwa 10∙7 m/Sek. betragen. Die vorerst noch nicht ausgeführte Anlage des Lüfters und Motors am Schachtmund ist nach dem Entwurf für eine Fördermenge von 264 m³ Luft bei –22 mm Wassersäule vorgesehen, wofür eine Betriebskraft von 129 PS. und eine Maschinenstärke von 150 PS. angenommen wurde.

Die Kosten für diese Lüftungsanlage werden angegeben wie folgt:

[433] Die jährlichen Betriebskosten werden mit 30.000 Fr. geschätzt.

Vorerst wird hiernach der neue Hauensteintunnel nur durch natürliche Lüftung ohne maschinelle Sauganlagen gelüftet, wie weit dies unter den gegenwärtigen Verkehrs- und Betriebsverhältnissen genügt, wird nicht mitgeteilt.

Da die Lüftung des 4200 m langen zweigleisigen Cochemtunnels der Moselbahn (s. Bd. III, S. 207) mittels der dort angeordneten Anlage (Bauweise Saccardo) nicht genügte, hat man im Abstand von 1135 m vom Südende (Eller) einen etwa 230 m tiefen, durchschnittlich 5 m weiten Schacht eingebaut, durch den entweder die Luft mittels eines Sauglüfters angesaugt oder aber die Frischluft mittels des drückend wirkenden Lüfters einer im Tunnel an der Schachtstelle eingebauten Luftkammer mit Düse zugeführt werden soll. Die Kosten für Luftkammer, Schacht und maschinelle Anlagen sind auf 583.000 M. veranschlagt. Vorläufig dient der Schacht hauptsächlich zur natürlichen Entlüftung.

Die Lüftung durch Vermittlung von Schächten, die ausreichend großen Lichtquerschnitt erhalten müssen, hat den Vorteil, daß der an der Mehrzahl der Tage herrschende natürliche Luftzug aus dem Tunnel durch den Schacht einen geringen Kraftverbrauch der Lüfter ermöglicht oder auch den Betrieb der Lüfter zeitweise entbehrlich machen kann und daß Einbauten im Tunnel wie bei den Lüftungen durch die Mündungen nicht erforderlich sind. Dagegen sind Saugschachtlüftungen nur dort möglich, wo nicht zu weit von der Mitte oder der höchsten Stelle des Tunnels ein Schacht mit großem Lichtquerschnitte, mäßiger Tiefe und im nicht ungünstigen Gebirge, daher ohne zu große Kosten erstellt werden kann, was namentlich bei den tief gelegenen, langen Scheiteltunneln meist nicht der Fall ist.

2. Die Lüftung durch die Tunnelmündungen

kann durch Eindrücken oder Aussaugen der Luft erfolgen; in beiden Fällen wird die Luft im Tunnel in Bewegung gesetzt und aus dem Tunnel gefördert, wobei frische Luft nachströmt. Auch können Druck- und Sauglüftung so verbunden werden, daß beide einander unterstützen. Da die natürliche Lüftung, die von der Höhenlage, den Wärmeunterschieden und den Windrichtungen auf beiden Tunnelmündungen abhängig ist, im Interesse wirksamer Lüftung und Kraftersparnis ausgenützt werden soll, so sind die Lüfter an den Tunnelmündungen dementsprechend tunlichst so anzuordnen, daß die natürliche Lüftung unterstützt und ihr nicht entgegengearbeitet wird, was freilich nicht immer möglich ist.

In Tunneln mit größeren Höhenunterschieden der beiden Mündungen und stärkeren Steigungen wurden Drucklüfter zumeist an den höher gelegenen Mündungen angeordnet, um die Luft dem in der Steigung fahrenden Zug entgegenzudrücken und den Rauch tunlichst rasch vom Lokomotivführerstand zu beseitigen, was allerdings infolge vermehrter Widerstände größeren Kraftaufwand, daher Mehrkosten bedingt. Da die Luftgeschwindigkeit im Tunnel auch im Interesse der darin tätigen Arbeiter 2–4 m/Sek. selten überschreitet, also geringer ist wie in der Regel die Zugsgeschwindigkeit, so würde auch bei gleichgerichteter Bewegung der Luft und des Zuges im Tunnel eine Rauchbelästigung vermieden werden können. Da das aber nicht immer gesichert ist, so dürfte doch in der Mehrzahl der Fälle das Eindrücken der Luft der Zugrichtung entgegen trotz der hierdurch bedingten Mehrkosten vorzuziehen sein. Am wirksamsten und sichersten würde die Lüftungsanlage sich gestalten durch Anordnung von Lüftern an beiden Tunnelmündungen, die zum Drücken und Saugen eingerichtet und so zu betreiben sind, daß nach Bedarf von der einen Seite gedrückt, an der andern gesaugt wird und umgekehrt, wobei allen Verhältnissen Rechnung getragen werden kann. Ob durch die hierbei mögliche Kraftersparnis die immerhin nicht geringen Mehrkosten der Doppelanlage aufgewogen werden, wäre im einzelnen Fall zu prüfen. Als Lüfter werden in der Regel Schleudergebläse (Zentrifugalventilatoren) der Bauweisen Guibal, Pelzer, Rateau u.a.m., namentlich Capell, gebraucht.

a) Die Lüftung mit Mündungsverschlüssen. Die Luft wird von dem an den Tunnelmündungen aufgestellten Gebläse durch Querkanäle unmittelbar in den Tunnel gedrückt oder aus diesem angesaugt. Um das Entweichen der nahe der Mündung in den Tunnel gedrückten Luft zu verhindern, wird die Mündung während des Betriebs des Lüfters geschlossen, was durch Tore oder besser durch leichte und bewegliche Vorhänge, die für den Eisenbahnbetrieb gefahrlos sind, geschehen kann. Durch selbsttätige Signale wird der Zustand angezeigt, in dem die Verschlußeinrichtungen sich befinden.

Es ist zweckmäßig, den Luftzuführungskanal von den Lüftern nach dem Tunnel bei geöffnetem Vorhang durch Klappen zu schließen, da sonst bei nicht abgestellten Lüftern die Luft durch die benachbarte Mündung mit großer Geschwindigkeit entweicht, was Überlastung[434] des Motors und unangenehmen Luftstrom zur Folge hat. Die verwendeten Vorhänge bestehen aus getränktem Segeltuch, das in Eisenrahmen gefaßt ist; bei richtiger Anordnung können sie auch auf der Höhe der Schienen annähernd dicht anschließen, so daß Luftverluste ziemlich vermieden werden können. Das Heben und Senken der Vorhänge kann von Hand oder maschinell erfolgen. Die an einer Mündung eingedrückte Luft durchströmt den Tunnel und entweicht an der entgegengesetzten Mündung. Auch können an dieser Mündung Sauglüfter und Vorhangverschluß zur Unterstützung des Drucklüfters an der ersten Mündung angeordnet werden.

Eine Anlage dieser Art, wie sie im 8565 m langen eingleisigen Grenchenbergtunnel (Schweiz) ausgeführt ist, zeigt Abb. 481 u. 482. An gemeinsamer Welle befinden sich 2 Lüfter L mit einseitigem Einlauf, die eine Betriebskraft von 50 PS. benötigen und durch einen 100 PS. starken Elektromotor angetrieben werden. Sie liefern 75 m³/Sek. bei einem Druck von 30 mm Wassersäule und einer Normalgeschwindigkeit der einziehenden Luft mit 3 m/Sek. Der bewegliche Vorhang V befindet sich unmittelbar an der Tunnelmündung. Der Luftkanal C kann bei geöffnetem Vorhang durch eine Klappe K geschlossen werden. Der Vorhang wie die Klappe werden durch Elektromotoren bewegt. Die Gesamtkosten der Lüftungsanlage werden mit 124.000 Fr. angegeben. Im seinerzeit eingleisigen, rd. 20.000 m langen Simplontunnel (s. Bd. IX) waren nach der alten Anordnung beide Tunnelmündungen mit Vorhängen versehen; hierbei erfolgte das Eindrücken der Luft auf der Nordseite (Brig) und das Ansaugen auf der Südseite (Iselle). Die neue Anlage für beide eingleisige Tunnel wurde auf der Nordseite in Brig erstellt, auf der Südseite fallen Lüftungsanlagen, daher auch die Vorhänge fort.

Als größter Luftbedarf wurde für jeden der beiden eingleisigen Tunnel 90 m³/Sek. festgesetzt, was eine Luftgeschwindigkeit von 3–4 m/Sek. ergibt. Es wurden 2 Lüfter von Sulzer von 180 m³/Sek. Fördermenge bei 130 mm Wassersäule Pressung so aufgestellt, daß beide Lüfter hintereinander auf Druck geschaltet werden können. Auch im 14.536 m langen zweigleisigen Lötschbergtunnel (s. Bd. VII) wurde eine Lüftungsanlage mit Vorhängen angeordnet.

Die Vorteile der Lüftungsanlagen mit Vorhängen bestehen in dem günstigen Wirkungsgrad und den niedrigen Erstellungskosten, dagegen ist als Nachteil anzusehen, daß die Lüftung nur bei geschlossenem Vorhang wirksam ist, dieser besonders bedient und mit einer Signaleinrichtung verbunden sein muß und infolge des häufigen Öffnens und Schließens des Vorhangs bei stärkerem Verkehr Unterbrechungen und Störungen eintreten.

b) Die Lüftungsanlage des Ingenieurs Saccardo wirkt als Strahlgebläse oder, wie der Erfinder sagt, als Stoßmaschine (s. Abb. 483). Die seitwärts der Tunnelmündung M angeordneten Lüfter (Schleudergebläse) drücken Luft in eine um den Tunnelquerschnitt in der Nähe der Mündung M ringförmig angeordnete Luftkammer L und aus dieser durch Düsen D, deren Öffnungsweiten und Winkelgrößen den jeweiligen Verhältnissen anzupassen sind, daher letztere auch verstellbar eingerichtet werden, in den Tunnel. Für eingleisige Tunnel können Luftkammer und Düsen unter dem Gleis weggelassen werden, wodurch die brückenartige, kostspielige Anordnung vermieden wird. Die aus den Düsen tretende Luft stößt auf die Luftsäule im Tunnel und setzt diese mit der Düsenluft in Bewegung durch den Tunnel bis an die Mündung der entgegengesetzten Seite. Unter gewissen Bedingungen erleidet die aus den Düsen kommende Luft beim Stoß auf die Tunnelluft einen Rückstau, so daß Luft, nachdem sie nützliche Arbeit[435] geleistet hat, unmittelbar durch die naheliegende Tunnelmündung zurückfließt. Durch Regelung des Luftdrucks, der Bauart und Abmessungen der Düsen kann der Rückstau eingeschränkt oder in das Umgekehrte, also in ein Einsaugen von Luft durch die Mündung in den Kegel der Düsenluft, verwandelt werden. Es werden in der Regel Windgeschwindigkeiten im Tunnel von 2–6 m/Sek. eingehalten. Die natürliche Luftbewegung soll tunlichst unterstützt werden. Im Interesse der Kraftersparnisse, also namentlich dort, wo Wasserkräfte nicht oder unzureichend zur Verfügung stehen, kann die Anordnung von Anlagen an beiden Mündungen zweckmäßig sein, auch derart, daß diese Anlagen nicht nur zum Drücken, sondern auch zum Saugen eingerichtet werden, weil in diesem Fall dem natürlichen Luftzug nicht entgegengearbeitet, sondern dieser unterstützt werden kann. Bei einseitigen Anlagen mit Druckwirkung wird diese in steigenden Tunneln vielfach an der oberen Mündung angeordnet, um die Luft dem aufwärts fahrenden Zug entgegenzudrücken. Wie weit dies zweckmäßig ist, wurde bereits oben bei Lüftungsart, 2 a, besprochen.

Diese Lüftungsart wurde zuerst an dem 2725 m langen eingleisigen Prachiatunnel der Appeninenbahn (Bologna-Pistoja), dann an mehreren anderen, auch größeren zweigleisigen Tunneln in Italien, an dem zweigleisigen Gotthard- und Mont-Cenis-Tunnel, auch am Arzweiler- und Cochemtunnel (unzureichend), schließlich an den zweigleisigen Tauern- und eingleisigen Dössentunnel der österreichischen Alpenbahnen sowie an einigen Tunneln in Frankreich und Nordamerika ausgeführt.[436]

Die Anlage am zweigleisigen 8550 m langen Tauerntunnel, (s. Bd. IX,) zeigen Abb. 484 bis 487. Als Lüfter werden 2 Schleudergebläse Bauart Capell verwendet, wovon das eine zur Aushilfe dient. Sie sind für eine größte Fördermenge von 260 m³/Sek. gebaut. Die Flügelräder haben 5∙5 m Durchmesser und 2 m Breite. Für die Grenzleistungen von 3–6 m/Sek. Luftgeschwindigkeit ist ein Kraftbedarf von 250–1100 PS. erforderlich. Der Antrieb geschieht durch Gleichstrommotoren. Die Wasserkraft des Mallnitzbaches bei Lassach erzeugt Drehstrom von 5000 Volt, der im Maschinenhaus des Tunnels in Gleichstrom von 250 bis 500 Volt umgewandelt wird. Die Anlage befindet sich an der höher gelegenen südlichen Mündung des Tunnels, um die Luft dem in der Steigung von 10‰ aufwärts fahrenden Zug entgegenzudrücken. Die Vorteile der Lüftungsart Saccardo bestehen in der Vermeidung von Tor- oder Vorhangseinbauten, wodurch die störenden Unterbrechungen und Bedienungen vermieden werden, gegenüber der Lüftungsart 1 in der Fortlassung von Schächten, die nur bei nicht zu großen Tiefen und im günstigen Gebirge vorteilhafte Anordnungen ermöglichen; dagegen ist der Wirkungsgrad wie bei allen Strahlgebläsen gering, auch ist bei starker Gegenströmung der Luft im Tunnel die Anlage mit den bisherigen Formen und Abmessungen kaum ausreichend; zweiseitige Anlagen erfordern hohe Erstellungskosten. In dieser Richtung sind noch Verbesserungen möglich. Im Eisenbahnbetrieb hat allerdings die Lüftungsart Saccardo bisher die häufigste Verwendung gefunden.

Literatur: Heine, Tunnellüftung während des Eisenbahnbetriebes. Bulletin d. Int. Eis.-Kongr.-Verb. 1900. – Klodičv. Sabladoski, Studie betreffend künstliche Lüftung des Gotthardtunnels. Aus dem Italienischen. Ancona 1899. – Kemmann, Über Lüftung von Tunneln. Ztg. d. VDEV. 1900. – Hannak, Tunnelbau, in Geschichte der Eisenbahnen Österreichs. Teschen 1909. – Aérotion des Souterrains. Ann. d. ponts 1909. – Schubert, Lüftung im Tunnelbau. Weida 1912. – Schumann, Die Tunnelluftanlagen der Tauernbahn. Ztschr. dt. Ing. 1915. – Rothpletz, Die Ventilationsanlage des Simplontunnels. Schwz. Bauztg. 1919. – Winkler, Die Eisenbahntunnel der Schweiz. 1915. – Wiesmann, Künstliche Lüftung im Stollen- und Tunnelbau sowie von Tunneln im Betrieb. Zürich 1919. – Lucas, Der Tunnel. Berlin 1920.

Dolezalek.

Abb. 479.

Abb. 480.

Abb. 481.

Abb. 482.

Abb. 483.

Abb. 484.

Abb. 485.

Abb. 486.

Abb. 487.