Proposal for Northern Extension of Northolt Tunnel sift report

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Northern Extension of Northolt Tunnel SIFT Report 

 

 

Northern Extension of Northolt Tunnel SIFT 

Report C222-ATK-DS-REP-020-000034 

Revision – P06 

 

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Figure 6.5 – Shaft E2 

 

6.5.8 

Shaft  F,  required  for  Options  B  and  C,  would  be  located  near  to  the  current  proposed 

tunnel  portal  for  the  Northolt  tunnel.    It  is  proposed  the  shaft  structure  be  combined 

with  the  turnout  chamber  required  for  the  temporary  railhead  connection.    This  shaft 

would be the principal point from which the Northolt tunnel would be constructed. 

 

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6.6 

Impact on Rail Systems 

6.6.1  Tunnel Ventilation and Smoke Control 

6.6.1.1 

The rolling stock TSIs require a capability to operate for 15 minutes at 80 km/h, which 

implies a range of 20km. Consistent with this, rescue stations at a maximum spacing of 

20  km  would  normally  be  considered.  The  rescue  station  would  have  the  capability  to 

provide  a  tenable  environment  for  passengers  in  the  event  of  a  fire.  This  could  be  a 

subterranean  facility,  with  local  tunnel  ventilation  exhaust  and  supply,  or  an  open 

facility. The proposal for an open rescue location  is considered reasonable considering 

the shallow depth and lower complexity of a natural ventilation system.  

6.6.1.2 

The  remainder  of  the  tunnel  ventilation  system  would  be  consistent  with  other  HS2 

tunnels  and  adopt  longitudinal  tunnel  ventilation  shafts  at  2  to  3km  spacing.  The 

signalling  system  would  allow  one  train  to  enter  each  tunnel  bore  between  the 

ventilation shafts. The proposed shaft spacing of up to 3.2km is considered reasonable 

from  a  tunnel  ventilation  perspective,  albeit  the  shaft  spacing  is  irregular  which  may 

make  airflow  balances  more  challenging  to  achieve  and  may  have  an  impact  on 

signalling and ability to meet the train technical headway. Further detailed study would 

be required. 

6.6.1.3 

Tunnel  heating  is  a  key  consideration  for  longer  tunnels  at  these  speeds.  The 

aerodynamic resistance of long tunnels generates heat which is mitigated for by the cool 

air drawn in at the portal. Based on the prior analysis of 13.4km long Chilterns tunnel, it 

is considered likely that tunnels longer than 13km would cause temperatures to rise in 

excess  of  HS2’s  35°C  summertime  criterion.  Warmer  tunnels  may  be  acceptable 

depending on the degree, but could begin to have implications for maintenance workers 

and for the sizing of the rolling stock air conditioning. They could also affect the ability to 

control  temperatures  during  train  congestion  and  if  too  warm  may  affect  tenability 

during  any  in-tunnel  evacuation.  The  life  of  tunnel  based  equipment  is  also  negatively 

affected  by  warm  conditions.  It  is  therefore  likely  that  cooling  would  be  required. 

Cooling  could  be  by  either  relief  air  shafts  integrated  into  the  ventilation  shafts,  or  by 

mechanical means, most likely from cooling pipes in tunnels. The use of relief air shafts 

may be possible, but the sizes required might cause micro pressure wave issues as the 

trains  pass.  Further  detailed  study  would  be  required  to  understand  whether  a 

reasonable  design  could  be  developed  to  balance  the  needs  of  achieving  cooling  but 

minimising pressure waves. The shaft designs would need to change and potentially be 

larger  to  accommodate  the  optimised  relief  air  paths.  Without  this  analysis  it  is 

recommended to account for the need for cooling pipes near the portals, as adopted on 

the Channel Tunnel. Pipe loops, concentrated near the portals, would pass up and down 

the tunnels served by cooling plants served by air cooled chillers potentially located at 

the end most ventilation shafts.  

6.6.1.4 

The  open  firefighting  point  potentially  allows  for  cool  air  to  enter  the  second 

downstream  tunnel,  but  careful  design  would  be  required  to  ensure  that  hot  air  from 

one portal can dissipate and cool air can be drawn into the second tunnel. If this cannot 

be  achieved  there  may  need  to  be  localised  extraction  of  the  hot  air  at  the  rescue 

station.  Regardless  of  the  provision  of  ventilation,  passive  measures  such  as  dividing 

walls  extending  some  distance  from  each  portal  are  likely  to  be  required  to  prevent 

transfer of hot or smokey air from one bore to the other. Considering the overall length 

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of the tunnel, the fire authorities may request a special purpose vehicle at this location 

for more rapid tunnel access. Further consultation would be required on this matter. 

6.6.1.5 

The  proposed  caverns  and  turn-outs  present  significant  challenges  for  the  tunnel 

ventilation  system.  The  spur  tunnels  are  likely  to  require  jet  fans  within  them  to  both 

control smoke in the event of a fire in these tunnels, and also to manage the air leakage 

to and from these tunnels in the event of a fire in another part of the tunnel complex. 

There may also need to be jet fans at the turn-out cavern location. If at high level these 

would be a unique configuration and potentially challenging to maintain. The large cross 

sectional  area  of  the  turnout  may  make  it  impracticable  to  control  smoke  at  this 

location.  It  may  need  to  be  accepted  that  smoke  control  can  only  be  achieved  in  the 

connected tunnel bores and not the turnout. If  this cannot be  accepted options might 

include a ventilation tunnel constructed to connect to shaft E2 or F to provide location 

specific smoke extraction at this point. Sufficient time would be required to analyse the 

ventilation in detail and develop a working configuration. The design of the evacuation 

walkway  would  also  need  careful  design  with  track  crossings  suitable  for  persons  of 

reduced mobility a potential requirement.  

6.6.1.6 

The longer tunnels may affect air quality in the rolling stock. It may be necessary to shut 

off the outside (fresh) air to the rolling stock when in tunnels to prevent pressure waves 

affecting the pressure comfort of passengers. This loss of ventilation would cause carbon 

dioxide (CO2) levels to rise. Whilst the TSIs require a long-term safety exposure limit of 

5,000  ppm,  there  are  uncertainties  in  relation  to  general  air  quality  at  levels  above 

2,000ppm. Operational practice in aircraft usually results in 1,500ppm of CO2. Levels of 

around  2,000  ppm  might  be  acceptable  in  rolling  stock  based  on  anecdotal  evidence 

from other long tunnels. Levels between 2,000 and 5,000ppm present a risk in terms of 

general air quality. If the CO2 level could be controlled to 500 to 600ppm when leaving 

the stations (outside air is about 400 ppm), the in-car CO2 content may rise to around 

2,000ppm at the end of the proposed longer tunnel for the case of 50 people per car. 

For a crowded car this would increase further and for slower train operations this could 

increase  again.  To  achieve  even  2,000ppm  at  the  end  of  the  tunnel  potentially  a 

supplementary  rolling  stock  ventilation  system  would  be  required  at  the  stations  to 

provide a high capacity purge of the carbon dioxide down to a lower starting condition 

before  the  journey  into  the  tunnels.  It  is  known  that  some  countries  are  considering 

actively controlled pressure ventilation for rolling stock that may allow some ventilation 

in tunnel when pressure waves were not near the train. Other countries are understood 

to have developed a specialised air supply system, possibly from a pressurised reservoir. 

6.6.1.7 

 Further  work  would  be  required  to  develop  mitigation  for  HS2,  but  at  this  time  it  is 

recommended to assume that some form of special measure would be required for the 

rolling  stock.  Such  a  special  measure  might  only  be  achievable  on  the  captive  rolling 

stock, potentially affecting the ability for other rolling stock, including classic compatible 

rolling  stock  to  operate  in  the  longer  tunnel  without  risks  associated  with  pressure 

discomfort or poor air quality. 

6.6.2   Operations

 

6.6.2.1 

An  assessment  has  been  undertaken  to  determine  the  implications  of  journey  time 

between the Hybrid Bill and the alternative proposal. The results are shown below and 

identify that there is a material difference, due entirely to tunnel resistance increases (*) 

due to a significant increase in air mass movement for the combined tunnel. Note also 

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