Haustech 3/2019

Mehr Speed im Tunnel

Querschlag mit elektrischen Anlagen 
und Telekommunikation. (Grafik: AlpTransit)
Curt M. Mayer /

Im neuen, rund 15 Kilometer langen Ceneri-Basistunnel im Tessin kommen Deckenstromschienen zum Einsatz – eine Premiere auf einer längeren Tunnelstrecke für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb. Die Stromschienen sind platzsparender und robuster als herkömmliche Fahrleitungssysteme.

Das Prinzip der Stromschiene ist seit über 100 Jahren bekannt. Seither sind mit diesem Stromabnahmesystem weltweit zahlreiche U- und S-Bahnnetze ausgerüstet worden. Hingegen wurde erst in den 1980er-Jahren mit dem praktischen Einsatz der Deckenstromschienen-Systeme (DSS) begonnen. So ist in der Schweiz 1984 auf der Strecke Zürich-Winterthur ein Pilotprojekt für eine Geschwindigkeit von 90 km/h realisiert worden. Später fanden erste Versuche mit dem DSS auf einer 1 Kilometer langen Probestrecke im Simplontunnel statt mit Geschwindigkeitsversuchen bis 160 km/h.

Gesamthaft sind bisher auf Schweizer Tunnelstrecken rund 70 Kilometer Deckenstromschienen eingebaut worden; weltweit wird die Länge auf etwa 3000 Kilometer beziffert. 2015 erfolgte dann die Typenzulassung für das System Deckenstromschiene durch das Bundesamt für Verkehr (BAV) für Geschwindigkeiten 
bis zu 250 km/h. Das ermöglichte der 
SBB als künftiger Betreiberin der AlpTransit-Strecke im Ceneri-Basistunnel erstmals, das DSS für Hochgeschwindigkeitszüge anzuwenden. Für den Gotthard-Basistunnel war die Planung jedoch schon zu weit fortgeschritten, als dass das neue 
System noch hätte berücksichtigt werden können. 

Geschwindigkeit bis 250 km/h

Diese Neuerung bei der Fahrleitung wird aufgrund des von der SBB aktualisierten Standards für Fahrleitungen in Tunnels gemäss dem Entscheid von Ende 2011 umgesetzt. Durch die in beiden Tunnelröhren eingebauten Deckenstromschienen wird der Ceneri auf zweimal 
15,4 Kilometern Länge der erste längere Schnellbahntunnel, welcher mit diesem System für eine mögliche kommerzielle Fahrgeschwindigkeit von 250 km/h ausgerüstet ist. Gemäss Nicolas Steinmann, Projektleiter Fahrstrom 16.7 Hertz bei 
der AlpTransit AG, ist diese Entwicklung mit Sprüngen der Fahrgeschwindigkeit von 160 km/h auf 230 km/h und dann 
bis auf 250 km/h das Resultat einer Pionierarbeit der ÖBB zusammen mit den Spezialisten der Berner Fahrleitungsfirma Furrer + Frey AG.

Grund für den Einsatz von Stromversorgungsschienen im Ceneri-Basistunnel (CBT) ist die doppelt so lange Lebensdauer des Fahrdrahts gegenüber einem herkömmlichen Kettenwerk. Dank der Robustheit der DSS kann eine höhere Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit gewährleistet werden. Zudem sind die Interventions- und Reparaturzeiten nach einem Ereignis deutlich kürzer.

Diese Faktoren des Fahrdrahtsystems erklären aus Sicht der Ersteller- und der Betreibergesellschaften die dafür höheren Investitionskosten. Diesen stehen aber geringere Erhaltungsaufwendungen gegenüber und die Mehrkosten dürften nach zwanzig Jahren wieder ausgeglichen sein. Das führte dazu, dass das DSS neben der SBB auch durch die Österreichische Bundesbahn (ÖBB) und im Brenner-Basistunnel sowie durch die Rhätische Bahn (RhB) für den Albulatunnel II eingesetzt wird.

Kleinerer Platzbedarf

Gegenüber einer konventionellen Fahrleitung mit dem Tragseil eines Kettenwerks sowie den vertikalen Hängeseilen hat das System Deckenstromschiene aus Aluminium mehrere Vorteile: Im Gewölbescheitel eines Tunnels braucht das DSS weniger Platz als konventionelle Systeme, konkret sind das im Ceneri-Basistunnel 50 Zentimeter gegenüber 100 Zentimetern bei einem Kettenwerk. Zudem entfallen Nachspanneinrichtungen für Fahrdraht und Tragseil, wodurch einfachere und kompaktere Konstruktionen mit einer geringeren Bauhöhe möglich werden. Als weiteren Vorteil nennt AlpTransit AG die Tatsache, dass die Stromtragfähigkeit von DSS mit bis zu 3000 Ampere im Vergleich zu Kettenwerken viermal höher ist. Daher können, abhängig von den benötigten Stromstärken, Verstärkungsleitungen entfallen. DSS verfügen zudem über eine höhere Kurzschlussfestigkeit und sind brandbeständiger.

Dank der Robustheit bleibt in der Mehrheit der Kurzschlussfälle im Tunnel eine DSS unbeschädigt und kann unverzüglich wieder eingeschaltet und befahren werden. Die zulässige Abnützung des in die Deckenstromschiene eingelegten Fahrdrahts ist höher, wodurch er eine längere Lebensdauer hat. Dank der Robustheit des Aluminium-Schienenprofils ist der Erhaltungsaufwand deutlich kleiner als für ein herkömmliches Kettenwerk. Beim DSS verläuft bei einer Zugsdurchfahrt der Stromabnehmer immer auf der gleichen Ebene, indem das starre Aluprofil als Höhenbegrenzer des Stromabnehmers funktioniert.

30 Kilometer Fahrleitung

In den beiden Röhren des Ceneri-Basistunnels sind rund 30 Kilometer an Fahrleitung einzubauen. Davon entfallen 
97 Prozent auf das Deckenstromschienen-System. Dieses setzt sich zusammen aus rund 2500 Aluminiumprofilen von je 
zwölf Metern Länge. Da sich dabei im Tunnel der Abstand der Tragwerke gegenüber einem Kettenwerk von 40 bis 45 Metern bei der DSS auf sieben Meter verkürzt, sind im Ceneri-Basistunnel rund 4200 Tunneltragwerke erforderlich. Zum Vergleich: Auf der gesamten Länge des Gotthard-Basistunnels von 57 Kilometern beträgt diese Zahl 2860. In den beiden Tunnelröhren wird die DSS auf der Seite Camorino rund 250 Meter vom Nordportal entfernt direkt mit dem Fahrdraht des Kettenwerks der offenen Strecken verbunden. Auf der Südseite in Vezia erfolgt der Übergang genau auf Höhe des Portals.

Die Montage der DSS für die geforderten Geschwindigkeiten im Testbetrieb von 
275 km/h setzt Toleranzen im Millimeterbereich voraus. Gemäss Angaben von Guido Simak, Gesamtprojekleiter Arge Cablex Porr Consortio, sind dafür zwölf Meter lange Deckenstromschienen im Gewicht von 70 Kilogramm sowie Hängerohre von 70 Kilogramm und Tragwerke von 50 Kilogramm Gewicht einzubauen. Neben der Montage der DSS werden gleichzeitig auch andere Arbeiten im Tunnel ausgeführt. Da im Tunnel kein Material gelagert werden kann, fährt mit der Frühschicht neben dem Personal und Geräten auch das gesamte Material für eine Doppelschicht in den Tunnel ein. Nach Schluss der Spätschicht werden alle Traktionen aus dem Tunnel gefahren und für den nächsten Tag wieder beschickt.

Testbetrieb ab 2020

Nach dem Abschluss des Rohbaus in den beiden Röhren des Ceneri-Basistunnels begann im Sommer 2017 der Einbau der bahntechnischen Anlagen. Nach Angaben der AlpTransit AG konnte mit der Fertigstellung der festen Gleisfahrbahn im Mai 2018 der erste grosse Bereich der Bahntechnik abgeschlossen werden. Diese komplexen Installationen umfassen die Fahrleitung DSS, die elektrischen Anlagen für die Stromversorgung und die Telekommunikation, die Leittechnik und die Sicherungsanlagen. Diese Arbeiten sind bereits zu mehr als 80 Prozent fertiggestellt, sodass ab Frühjahr 2020 der Testbetrieb laufen kann.