Verfahren zum Belüften von Tunnel-, Stollen- und Schachtbauten und Belüftungsanlage zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Belüften von Tunnel-, Stollen- und Schachtbauten und eine Belüf tungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.
Vor allem bei längeren Tunnel-, Stollen- und Schacht bauten macht bekanntlich die Be- und/oder Entlüftung Schwierigkeiten, so dass ein grosser baulicher und/oder maschineller Aufwand erforderlich ist, um die gewünsch ten und erforderlichen Resultate zu erzielen. So werden bisher bei Strassentunnels zur Belüftung und für die Beseitigung der Auspuffgase neben der eigentlichen für den Verkehr bestimmten Tunnelführung besondere Luft kanäle vorgesehen, die sich über einen grossen Teil der Tunnellänge erstrecken.
Damit der bauliche Aufwand hierbei nicht zu gross wird, müssen die Querschnitte dieser Luftkanäle relativ klein gehalten werden, wodurch wiederum die Strömungsgeschwindigkeiten wachsen und der Leistungsbedarf infolge der vermehrten Reibungsver luste schnell zunimmt.
Die vorliegende Erfindung zeigt einen Weg, wie mit geringem baulichem und energiemässigem Aufwand die erwähnte Aufgabe gelöst werden kann. Diese Lösung<I>der</I> Erfindung besteht darin, dass der Hauptführung des Tunnels, Stollens oder Schachtes ein Luftstrahl, dessen Querschnitt einen wesentlichen Prozentsatz des Quer schnitts der Hauptführung ausmacht, zugeleitet wird, wobei durch den Impuls dieses Luftstrahls praktisch die gesamte in der Hauptführung befindliche Luftmasse in Richtung auf eine Ausmündung der Hauptführung in Bewegung gesetzt wird.
Die erfindungsgemässe Belüftungsanlage zur Durch führung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptführung des Tunnels, Stollens oder Schachtes wenigstens ein Axialgebläse zugeordnet ist, welches einen Luftquerschnitt erfasst, der einen wesentlichen Prozentsatz des Querschnitts der Hauptführung ausmacht und dessen Luftstrahl durch eine gesonderte Luftführungsleitung der Hauptführung in Richtung auf eine Ausmündung derselben zugeleitet wird.
Wesentlich für den Erfolg ist dabei, dass im Gegen satz zu den bekannten Belüftungseinrichtungen von dem oder den Gebläsen ein Luftquerschnitt erfasst wird, der einen wesentlichen Prozentsatz des Querschnitts der Hauptführung ausmacht. Es werden also nicht in der bisher bekannten Weise ein oder mehrere relativ scharfe Luftstrahlen, sondern eine grosse Luftsäule von relativ geringer Geschwindigkeit verwendet, die ohne energiever zehrende Umlenkungen oder Querschnittsänderungen mit ihrer grossen Masse auch die sehr grosse Masse der in der Hauptführung befindlichen Luft in ihrer gesamten Länge in Bewegung zu setzen vermag.
Versuche haben bestätigt, dass kleine scharfe Luftstrahlen ihre Energie nach kurzer Entfernung durch Verwirbelung verzehren, während beim Gegenstand der Erfindung eine grosse Luftsäule von relativ geringer Geschwindigkeit die vor ihr liegende Luftmasse der Hauptführung mit sehr viel besserem Nutzeffekt vor sich herschiebt. Wesentlich ist dabei, dass die Luftsäule selbst ohne grössere Wirbelbil dung erzeugt und der Hauptführung zugeleitet wird.
Zu diesem Zweck werden vorzugsweise langsam laufende Axialgebläse mit grossem Durchmesser und die vorge nannte Erzeugung und Führung eines Luftstrahles ohne grössere Umlenkung und Querschnittsverlängerung vor gesehen. Hierdurch ist es möglich geworden, auch länge re Tunnelführungen von z.B. 1 km Länge mit nur einer einzigen der Tunnelführung ohne lange energieverzehren de Kanäle zugeordneten Axialgebläseanlage relativ klei ner Leistung bei geringem baulichem Aufwand einwand frei zu entlüften.
Der Luftstrahl des Axialgebläses kann durch eine nur wenig gekrümmte Abzweigung der Tunnelführung aus der einen Richtung angesaugt und ohne grössere Umlen kung oder Querschnittsveränderung der Tunnelführung wieder zugeleitet werden. Bei sehr langen Tunnelführungen wächst der für die Ingangsetzung der gesamten Luftmasse derselben erfor derliche < < Dnicksprung>> etwa proportional der Länge der Tunnelführung. Je grösser dieser Drucksprung werden muss, um so grösser wird die Gefahr, dass - besonders beim Anfahren - die Luftmasse in der Tunnelführung infolge ihrer Massenträgheit dem Impuls des verwende ten Gebläses nur unvollkommen folgt.
Sie versucht statt dessen vielmehr teilweise durch unmittelbares Rückströ men vom Luftauslauf zum Lufteinlauf den Drucksprung des Gebläses (wenn auch unter erheblicher Wirbelbil dung) direkt auf diesem kürzeren Wege auszugleichen. Es ist daher bei langen Tunnelführungen zweckmässig vorgesehen, statt einer einzigen hohen Druckstufe mehre re niedrige Druckstufen in Abständen längs der Tunnel führung zu verteilen. Damit ergibt sich zugleich eine einfache Möglichkeit der Regulierung. Bei günstigen Windverhältnissen oder bei geringem Tunnelverkehr, etwa nachts, werden z.B. an die Entlüftung hinsichtlich Druck oder/und Fördermenge nur geringe Ansprüche gestellt.
Dann ist es wirtschaftlicher, nur einen Teil der Gebläse weiter mit höherer Belastung laufen zu lassen und die übrigen stillzulegen als sämtliche Gebläse mit nur geringer Belastung, d.h. also auch unter ungünstigen Betriebszuständen laufen zu lassen. Damit wird die Verwendung einfacher Drehstrommotoren konstanter Drehzahl möglich, so dass auf teure Reguliersysteme verzichtet werden kann.
Um in bestimmten Fällen ein Rückströmen der Luftmasse zwischen Luftansaugstelle und der Wiederein- trittsstelle nach Möglichkeit zu verhindern, so dass der Querschnitt der Tunnelführung freibleibt, da der Durch tritt durch die Tunnelführung nicht behindert werden darf, können am Umfang der Tunnelführung zwischen diesen beiden Stellen zusätzliche Strömungshindernisse wie, gitterartige Lippen, eingebaut werden, die sich z.B. durch entsprechende Krümmung so ausbilden lassen, dass sie in der Lüftungsrichtung weniger Widerstand haben als in der umgekehrten Richtung einer eventuellen Rückströmung.
Tunnelführungen werden häufig gekrümmt angelegt (z.B. bei sogenannten Strassen-Kehrtunnels). In solchen Fällen ist die Entlüftung mit den üblichen bekannten Mitteln besonders schwierig; dagegen wird die bauliche Gestaltung besonders einfach, indem nämlich die Luft führung der Entlüftungsanlage im inneren Bereich der Krümmung der Tunnelführung wie ein Abkürzungsweg zum eigentlichen Verlauf der Tunnelführung angelegt werden kann. Diese Luftführung kann dann unter Um ständen sogar einfach geradlinig erfolgen.
Insbesondere bei Strassentunnels kann in den meisten Fällen mit einer vorherrschenden Windrichtung ausser- halb des Tunnels gerechnet werden. Man wird dann zweckmässigerweise die Blasrichtung der Belüftungsanla ge gleichfalls in diese bevorzugte Richtung legen. Muss dagegen auch mit einem Wind aus der umgekehrten Richtung gerechnet werden, so gibt es dagegen folgende Abhilfen: a) Ausstattung der Belüftungsanlage mit einer so hohen Leistungsreserve, dass notfalls auch gegen den Aussenwind gefördert werden kann. Da der Leistungsbe darf der erfindungsgemässen Anlage relativ niedrig ist, wird dies in vielen Fällen das Einfachste sein.
b) Zusätzliche Errichtung einer oder mehrerer Belüf tungsanlagen auch für die entgegengesetzte Blasrich- tung. c) Einbau des Gebläses gegebenenfalls gemeinsam mit dem zugeordneten Antriebsmotor zweckmässig auf einer schwenkbaren Lafette, so dass mit diesem Gebläse eine Luftbewegung im Tunnel in umgekehrter Richtung er reicht werden kann. Dies lässt sich immer ohne allzu grosse Schwierigkeiten durchführen, besonders wenn man bestimmte Teile des Luftführungskanals am Gebläse abnehmbar, schwenkbar oder verschiebbar ausführt. Ein einfaches Umsteuern der Drehrichtung des Gebläses kommt wegen des damit verbundenen hohen Verlustes an Wirkungsgrad nicht in Betracht.
d) Kombination einer Gebläse-Anlage in feststehen der Ausführung zweckmässig mit einer Anordnung von festen Leitflächen vor der ausblasenden Mündung der Tunnelführung, die derart gestaltet sind, dass vor dieser Mündung durch eine Art Ejektor-Wirkung der Druck eines entgegenstehenden Windes kompensiert oder sogar in einen Sog verwandelt wird. Dies geschieht z.B. in der Art, dass vor der Mündung in umgekehrter Trichterform Leitflächen aufgebaut werden, die den auftreffenden Wind um die Öffnung herum nach aussen, sozusagen zentrifugal ablenken.
Dadurch wird ejektorartig eine Sogbildung auf der Rückseite dieser Leitflächen und damit auch an der Mündung der Tunnelführung selber erreicht, so dass der Staudruck des Windes hier aufgeho ben bzw. negativ wird.
Die Belüftungsanlage kann auch noch nachträglich an bereits vorhandene Tunnels angebaut werden, und zwar in vielen Fällen ohne bauliche Veränderungen am eigent lichen Tunnel. Hierbei ist es lediglich erforderlich, das Axialgebläse und dessen den Luftstrahl führenden Luft kanal vor und über die Tunneleinfahrt zu setzen, so dass dieselbe ebenfalls für den Verkehr völlig frei und unbe hindert bleibt. Zweckmässigerweise verändert sich bei dieser Anordnung der Querschnitt des Luftkanals vom Kreisquerschnitt am Gebläse auf einen etwa flächenglei chen Querschnitt am Tunnelportal, der einen zweckmäs- sig geformten Abschnitt oder Ausschnitt des Tunnelquer schnittes darstellt.
Bei Strassentunnels und eingleisigen Eisenbahntunnels ist hierfür im allgemeinen der Oberteil des Tunnelquerschnitts besonders geeignet, bei zweigleisi gen Bahntunnels ein oben in Tunnelmitte liegender Querschnitt, der Platz lässt für die beiden Durchfahrts- Profile und evtl. über den Gleismitten liegende Stromzu leitungen. So lässt sich auch hierbei erreichen, dass die Luft praktisch ohne Umlenkungen geführt ist und ihr Impuls in voller Stärke auf die Luft im Tunnel zur Wirkung kommt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand schemati scher Zeichnungen für einige bevorzugte Ausführungs beispiele beschrieben, ohne dass die Erfindung jedoch auf diese Anwendungsmöglichkeiten beschränkt ist, da eine sinngemässe Anordnung auch für z.B. Stollen- oder Schachtführungen ohne weiteres gegeben ist.
Abb. 1 zeigt das Grundprinzip der Erfindung als abgebrochenen Längsschnitt durch eine Tunnelführung für ein erstes Ausführungsbeispiel.
Abb. 2 zeigt eine Anzahl der in Abb. 1 dargestellten Belüftungsanlagen hintereinander für sehr lange Tunnel führungen.
Abb. 3 erläutert in der Darstellungsart der Abb. 1 die Möglichkeit, eine unmittelbare Rückströmung in der Tunnelführung zwischen der Luftaustrittsstelle und der Lufteintrittsstelle am Gebläse zu verhindern oder zu verringern.
Abb.4 zeigt eine Belüftungsanlage entsprechend Abb. 1 jedoch bei gekrümmter Tunnelführung. Abb.5a und 5b zeigen in einem von der Seite her gesehenen Längsschnitt die Anordnung des Gebläses für die Umkehrung der Strömungsrichtung.
Abb. 6 erläutert wie die Wandungen der Gebläsefüh- rung - soweit erforderlich - abnehmbar, schwenkbar oder verschiebbar ausgebildet sein können.
Abb.7 zeigt einen Ausschnitt der Luftführung zur Erläuterung der Möglichkeit, den schädlichen Einfluss eines gegen die ausblasende Mündung der Tunnelführung stehenden Windes für Verkehrstunnels aufzuheben oder zu vermindern.
Abb. 8a bis 8d erläutern ein weiteres Ausführungsbei spiel der Erfindung, bei welchem die Belüftungsanlage nachträglich vor dem Portal eines Tunnels angebaut ist.
Abb. 9a und 9b zeigen ein ausserhalb eines Tunnels angeordnetes Gebläse in Ansicht und im Grundriss. Neben der eigentlichen dem Verkehr dienenden Tun nelführung 1 ist gemäss Abb. 1 im Nebenschluss ein möglichst wenig gekrümmter Luftkanal 2 angeordnet, in welchem das Axialgebläse 3, z.B. in Form eines Schrau bengebläses nebst Antriebsmotor 4 eingebaut ist. Das Gebläse 3 saugt die Luft von links bei 5 aus der Tunnelführung ab und drückt sie rechts bei 6 in der gleichen Richtung in die Tunnelführung wieder ein.
Auf diese Weise entsteht unter Vermeidung aller Umlenkun gen zwischen den Stellen 5 und 6 eine dynamische Staudruckdifferenz, von der die gesamte in der Tunnel führung befindliche Luftmasse einen Impuls in Richtung der Pfeile nach rechts erhält und sich demgemäss dieser Richtung entsprechend in Bewegung setzt. Wesentlich ist hierbei, dass der im Luftkanal 2 erzeugte Luftstrahl grössenmässig im Querschnitt bereits einen merklichen Prozentsatz des Querschnitts der Tunnelführung 1 dar stellt. Dieser ( < Freistrahl legt sich durch seine natürliche Erweiterungstendenz sehr bald voll an die Wände der Tunnelführung und schiebt sich gewissermassen wie ein Luftpfropfen weiter.
Dies steht im Gegensatz zu den bekannten Lüftungsanlagen. deren örtlich beschränkte Luftstrahlen ihre Energie sehr bald durch Verwirbelung mit den benachbarten ruhenden Luftmassen verlieren.
Gemäss Abb. 2 besteht die gesamte Belüftungsanlage aus mehreren längs der Tunnelführung verteilten Einzel anlagen 7, um derart den Luftinhalt der Tunnelführung mit relativ kleinen Drucken mehrfach zu erfassen.
Um eine unmittelbare Rückströmung in der Tunnel führung 1 zwischen der Luftaustrittsstelle 6 und der Lufteintrittsstelle 5 am Gebläse 3 zu verhindern oder wenigstens zu verringern, sind gemäss Abb. 3 zwischen den genannten Stellen 5 und 6 unter Wahrung des freien Tunnelquerschnittes an der Wandung der Tunnelführung 1 in Form von Rippen 8 oder sonst geeigneten Mitteln Strömungshindernisse angebracht, die einer solchen un mittelbaren Luftrückströmung entgegenwirken. Da die Gesamtluftströmung an dieser Stelle im wesentlichen nicht durch die Tunnelführung sondern durch die Füh rung 2 des Gebläses 3 verläuft, tritt für die Gesamtwir kung kein wesentlicher Nachteil ein.
Durch die gezeich nete Krümmung der Rippen 8 oder dgl. wird erreicht, dass der Strömungswiderstand in den beiden verschiede nen Richtungen unterschiedlich gross ist.
Bei gekrümmter Tunnelführung 1 ergibt sich gemäss Abb.4 eine baulich besonders günstige Ausführung, wenn, wie dargestellt, die Gebläseführung 2 im Inneren der Krümmung als ein Abkürzungsweg ausgeführt ist.
Bei der in den Abb. 5a und 5b erläuterten Anordnung des Gebläses für die Umkehrung der Strömungsrichtung ist dieses Gebläse 3 gemeinsam mit seinem Antriebsmo tor 4 auf einer Drehlafette 9 angeordnet, so dass das Ganze um 180 geschwenkt und damit die Blasrichtung entgegengesetzt gerichtet werden kann (siehe Abb.5b). Da die Ein- und Auslaufstelle der Gebläseführung iden tisch oder ähnlich ausgebildet sind, arbeitet das Gebläse 3 in beiden Richtungen mit gleich gutem Wirkungsgrad.
Soweit an dieser Stelle die Wandung der Gebläsefüh- rung einer Schwenkung des Gebläses 3, 4, 9 im Wege steht, sind erfindungsgemäss die entsprechenden Teile dieser Wandung demontierbar, schwenkbar oder ver schiebbar ausgeführt (Abb.6). Wie erwähnt ist das Gebläse 3 mit Antriebsmotor 4 auf der Drehlafette 9 angebracht. Das Schwenken wird dadurch ermöglicht, dass hindernde Teile der Kanalwand 10 beispielsweise herausgeklappt werden können, so dass für die Teile 3 und 4 der erforderliche Platz frei wird.
Um den schädlichen Einfluss eines gegen die ausbla sende Mündung der Tunnelführung stehenden Windes für Verkehrstunnels aufzuheben oder zu vermindern, ist gemäss Abb.7 vor der Mündung 11 eine Leitfläche 12 unter voller Wahrung der freien Tunneldurchfahrt in Form eines umgekehrten Trichters angeordnet. Dieser Trichter 12 zwingt den durch Pfeile angedeuteten natürli chen Wind, sich vor der Tunnelmündung 11 auszubrei ten. Dadurch entsteht zwischen dem Trichter 12 und dem Berg 13 ausserhalb der Tunnelmündung eine Sogwir kung, die ihrerseits Luft aus dem Tunnel 1 herauszuholen bestrebt ist (siehe Pfeil 14).
So wird der natürliche Staudruck des Windes in sein Gegenteil verwandelt oder doch soweit verringert, dass sogar die Notwendigkeit einer Umsteuerung der Blasrichtung des oder der Geblä se vermieden werden kann.
Bei der in Abb. 8a bis 8d erläuterten Ausführungs form der Erfindung, bei welcher die Belüftungsanlage nachträglich angebaut worden ist, befindet sich das Gebläse 3 und dessen in Blech oder Beton oder dgl. ausgeführter Abströmkanal 15 vor dem Tunnelportal 11 so hoch über der Fahrbahn, dass der Fahrzeugverkehr nicht behindert wird. Der Kanal 15 selbst ändert allmäh lich seinen Querschnitt von der Kreisform am Gebläse 3 bis zu einem nahezu flächengleichen abgeflachten Quer schnitt am Tunnelportal 11, wie er in den Abb. 8c und 8d schraffiert dargestellt und mit 16 bzw. 17 bezeichnet ist.
Dass man auch dem Kanal 15 durch eine allmähliche Querschnittserweiterung eine Diffusorwirkung geben kann, liegt ohne weiteres im Rahmen der Erfindung. Wesentlich ist einmal, dass auch hier eine relativ grosse Luftmenge praktisch ohne Umlenkungen und schädliche Querschnittsveränderungen geführt ist. Wesentlich ist aber auch weiterhin, dass der (ohnehin relativ langsame) Luftstrahl über den Fahrzeugen eintritt und daher deren Fahrstabilität nicht beeinträchtigt, was besonders bei schienenlosen Fahrzeugen wichtig ist.
Die besondere Ausbildung des Kanalendquerschnitts nach Abb. 8d berücksichtigt den Bedarf an Freiraum für etwa vorhandene oder benötigte Stromzuführungsdrähte 18.
In Abb. 9a und 9b ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei welcher ein Gebläse 3 mit Antriebsmotor 4 auf einem Gestell 20 ausserhalb eines Eisenbahntunnels 1 angeordnet ist. Der Abstand des Gebläses 3 vom Tunneleingang kann z.B. 30 Meter betragen, und der Gebläsedurchmesser kann z.B. 3,8 Meter für einen Tun nel mit zwei Geleisen 21 betragen. Wie aus dem Grund- riss Abb. 9b ersichtlich ist, befindet sich das Gebläse 3 neben den Schienen 21 des Tunnels 1 etwa auf zwei Drittel der Tunnelhöhe.
Dieses Gebläse ist so gerichtet, dass der erzeugte Luftstrom in den Tunnelraum eindringt und die ganze im Tunnelraum vorhandene Luftmasse in Bewegung setzt.
An jedem Ende des Tunnels kann ausserhalb dessel ben ein gemäss Abb.9a und 9b angeordnetes Gebläse vorgesehen sein. damit je nach der herrschenden Wind richtung das eine oder andere Gebläse eingeschaltet werden kann.