Drążenie tuneli przez Alpy

Niezawodna i efektywna wentylacja ma kluczowe znaczenie przy drążeniu najdłuższych na świecie tuneli kolejowych przez Alpy w Szwajcarii. W tunelu bazowym Ceneri (CBT), który jest logiczną kontynuacją tunelu bazowego Świętego Gotarda, wentylacja w obszarach zagrożonych wybuchem jest zapewniana w ramach systemu zaprojektowanego przez firmę Systemair* i sterowanego przez przetwornice częstotliwości serii Vacon® NXP.

Linia kolejowa Świętego Gotarda, która jest jednym z dwóch głównych odcinków ogromnego projektu AlpTransit**, składa się z tunelu bazowego Zimmerberg, tunelu bazowego Świętego Gotarda i tunelu bazowego Ceneri. Zbudowana kilkaset metrów poniżej poziomu obecnych tuneli nowa linia kolejowa Świętego Gotarda stanowi ciągłe połączenie kolejowe na płaskim gruncie prowadzące przez Alpy na maksymalnej wysokości zaledwie 550 metrów nad poziomem morza. Zapewnia to znaczne korzyści pod względem logistycznym i ekonomicznym, ponieważ umożliwia dłuższym pociągom o dwukrotnie większej masie jazdę z dwukrotnie większą prędkością niż obecnie.

Unikalny, rezerwowy system wentylacji w tunelu CBT
Tunel bazowy Ceneri, budowa którego ma zakończyć się w 2016 r., a otwarcie planowane jest pod koniec 2019 r., będzie dla południa Europy ważną trasą komunikacyjną łączącą się z tunelem bazowym Świętego Gotarda – najdłuższym na świecie tunelem kolejowym o długości 57 kilometrów (35,4 mili). Tunel bazowy Ceneri skróci również czas podróży, na przykład między miastami Locarno i Lugano w kantonie Ticino w Szwajcarii, z obecnych 50 do 22 minut. Kontrakt na budowę tunelu bazowego Ceneri został przyznany w 2009 roku firmie Consorzio Condotte-Cossi, z którą firma Systemair współpracuje przy projektowaniu wentylacji stosowanej podczas drążenia tunelu. Podczas projektowania systemu wentylacji firma Systemair skoncentrowała się na bezpieczeństwie, odpowiednim sterowaniu systemem oraz energooszczędności.

W tunelu bazowym Ceneri, składającym się z dwóch jednotorowych korytarzy, każdy o zaprojektowanej długości 15,4 km (9,6 mili), wyodrębniono kawernę instalacyjną w centrum wyrobiska w sercu Monte Ceneri. Kawerna instalacyjna odgrywa niezwykle ważną rolę w logistyce budowy tuneli bazowych, ponieważ z tego miejsca odbywa się drążenie i prowadzone są cztery tory kolejowe w kierunku północnym oraz południowym. Dostęp do kawerny możliwy jest przez dwa wcześniej wybudowane tunele: tunel eksploracyjny (CPS1) i tunel dostępowy (FIS2). Te dwa tunele tworzą rdzeń unikalnego rozwiązania firmy Systemair, które zapewnia świeże powietrze dla czterech linii.

Świeże powietrze jest doprowadzane przez tunel eksploracyjny do kawerny instalacyjnej, a następnie do kanału zachodniego z wykorzystaniem wentylatorów głównych. W kanale zachodnim, w którym gromadzi się sprężone powietrze, wentylatory wtórne wdmuchują świeże powietrze do wyrobisk. Wentylatory te są stale przesuwane do przodu w miarę postępu drążenia tunelu.

Powietrze wywiewane z wyrobiska jest odprowadzane przez inną grupę wentylatorów do kanału wschodniego, a następnie do tunelu dostępowego. Aby zapobiec powrotowi powietrza wywiewanego do kawerny instalacyjnej, ciśnienie w kawernie jest przez cały czas utrzymywane na stosunkowo wysokim poziomie. Można to osiągnąć poprzez sterowanie prędkością wentylatorów za pomocą przetwornic serii Vacon®.

Jedną z najważniejszych cech systemu jest jego redundancja: wszystkie instalacje wentylatorów są wyposażone w rezerwowy silnik połączony ze sterującą nim przetwornicą serii Vacon, aby zapewnić ciągłość działania systemu wentylacji nawet w przypadku awarii. Nadmiarowy system wentylacyjny jest również niezbędny dla zapewnienia bezpieczeństwa pracownikom pracującym przy drążeniu tunelu pod ziemią. Ponieważ przy drążeniu tunelu bazowego Ceneri stosowane są konwencjonalne metody wysadzania skał, które powodują powstawanie dymu, gazów i pyłów, niezawodna i skuteczna wentylacja jest niezbędna przez cały czas.

Znaczenie bezpieczeństwa, sterowania i energooszczędności w systemie wentylacji
System wentylacji w tunelu bazowym Ceneri jest wyposażony w chłodzone powietrzem przetwornice serii Vacon® NXP o mocy w zakresie od 55 kW do 250 kW (400 V) i o łącznej mocy około 2,5 MW generowanej przez wszystkie zainstalowane w autonomicznej obudowie (IP54) urządzenia. Rozwiązanie to daje znaczne oszczędności energii i zapewnia również wiele innych korzyści.

Układ sterowania, oparty na protokole komunikacyjnym Profinet, umożliwia scentralizowane sterowanie funkcjami poszczególnych przetwornic częstotliwości oraz ich monitorowanie i regulację. Logika sterowania umożliwia optymalizację pracy wszystkich przetwornic częstotliwości, dzięki czemu można zbilansować przepływ powietrza do i z przestrzeni pod ziemią. W razie potrzeby możliwe jest obejście scentralizowanego układu sterowania i lokalne sterowanie parametrami przetwornic częstotliwości serii Vacon® poszczególnych wentylatorów.

Skuteczna wentylacja strefy wybuchowej jest niezbędna do jak najszybszego usunięcia pyłu i gazów wybuchowych. Grupy wentylatorów wyposażonych w przetwornice częstotliwości serii Vacon® umożliwiają szybką wentylację z maksymalną mocą i sprawiają, że obszar zagrożony wybuchem jest dostępny ponownie w zaledwie 15 minut. Zmniejsza to czas bezczynności w trakcie budowy, co jest ważnym czynnikiem wpływającym na ogólną ekonomikę drążenia tunelu.

Maksymalną efektywność energetyczną zapewnia sterowanie prędkością obrotową wentylatorów z wykorzystaniem przetwornic częstotliwości w celu dopasowania wymaganego przepływu powietrza.

Kolejną korzyść stanowi sterowane przyspieszanie i zwalnianie wszystkich wentylatorów, które umożliwia wypełnienie tunelu powietrzem w sposób łagodny, co pozwala uniknąć nagłych zmian w jakości powietrza.

Po tym, jak 64% głosujących Szwajcarów zaakceptowało projekt AlpTransit w referendum przeprowadzonym w 1992 r., w 1996 r. rozpoczęto budowę tunelu bazowego Świętego Gotarda, który oddano do użytku w 2016 r. Tunel bazowy Świętego Gotarda o długości 57 km (35,4 mili) i o całkowitej długości tuneli, szybów i chodników wynoszącej 151,84 km (94,3 mili), jest najdłuższym tunelem kolejowym na świecie, dłuższym niż podmorski tunel Seikan w Japonii i 50-kilometrowy tunel podmorski łączący Anglię i Francję. Oś Gotthard zapewni szybkie połączenie przebiegające przez Alpy, umożliwiające jazdę z maksymalną prędkością szacowaną na 250 km/h, skracając czas podróży między Zurychem a Mediolanem z obecnych 4 godzin i 10 minut do 2 godzin i 40 minut.

Obecnie w skład Grupy Systemair wchodzi niemal 60 spółek zatrudniających 2300 pracowników w 39 krajach Europy, Ameryki Północnej, Bliskiego Wschodu, Azji, Afryki i Australii. W roku obrotowym 2010/2011 spółka osiągnęła sprzedaż na poziomie ponad 3,47 mld koron szwedzkich. MRT (Metro Road and Train) jest oddziałem grupy Systemair zajmującym się dostarczaniem urządzeń do systemów wentylacji w tunelach podziemnych, drogowych i kolejowych. Pochodzący z Włoch personel ma bardzo szeroką wiedzę w tej konkretnej dziedzinie. Za cel pracownicy tego oddziału obrali sobie rolę wyjątkowej firmy referencyjnej dla przedsiębiorstw zaangażowanych w pracę nad projektami realizowanymi pod ziemią.

AlpTransit, znany również jako nowe połączenie kolejowe przez Alpy (NRLA), jest szwajcarskim projektem federalnym mającym na celu budowę szybszych połączeń kolejowych na trasie północ-południe przebiegających przez Alpy Szwajcarskie poprzez budowę tuneli bazowych kilkaset metrów poniżej poziomu już istniejących tuneli. Projekt AlpTransit obejmuje dwa główne odcinki, oś Gotthard i oś Lötschberg. Trzecim co do wielkości projektem jest tunel bazowy Ceneri, który jest budowany w kantonie Ticino. Będzie przechodzić pod Monte Ceneri pomiędzy Camorino w Magadino Flat i Vezia w pobliżu Lugano.

Należy pamiętać, że firma Vacon dołączyła do Grupy Danfoss w grudniu 2014 roku.