Studies on fire spread in road tunnels

Abstract

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden für verschiedene Tunnel mit Rechteck- und Gewölbequerschnitt mit dem Regelquerschnitt RG 31t (bzw. RQ 10,5), die orts- und zeitabhängigen Verteilungen der Gastemperatur, der Gasgeschwindigkeit und Gaszusammensetzung, der adiabaten Decken- und Wandtemperaturen sowie der zeitliche Verlauf der Wärmefreisetzungsrate und des Durchwärmungsverhaltens bestimmt werden. Betrachtet wurden Tunnel mit konstanter Längsneigung von 3 % sowie ein Tunnel mit muldenfoermigem Längsprofil (Richtungs- und Gegenverkehr). Bezüglich der Austrittgeschwindigkeit wurden die Szenarien 20,6 kg/s und 300 kg/s unterschieden. Zusätzlich im Fall A ein mit Holzpaletten beladenen LKW und im Fall B zusätzlich noch weitere PKW und LKW berücksichtigt. In einem originalmaßstäblichen Großbrandversuch wurde zur Klärung offener, aus der Modellierung resultierender Fragen ein Unfall in einem Richtungsverkehrstunnel zwischen einem LKW, der mit ca. 3,7 t Europoolpaletten beladen war, und einem PKW nachgebildet. Insgesamt wurden 3 Mittelklasse-PKW im Versuchstunnel positioniert. Die Brandlast betrug ca. 123 GJ. Anhand durchgeführter Plattenbrandversuche wurde festgestellt, dass die Schichten aus spritzbarem Faserbeton des Systems RUB sowie die Fertigteilschutzschichten des Systems HOCHTIEF ein relativ geringes bzw. kein Abplatzverhalten aufweisen und bei Brandbeanspruchung jeweils einen signifikanten thermischen Schutz der Stahlbetonkonstruktion gewährleisten können. Es konnte gezeigt werden, dass Auswirkungen auf die Tragstruktur nicht größer sind als infolge eines Brands, dessen Temperatur-Zeit-Verlauf dem ZTV-ING-Verlauf entspricht. Es sei aber angemerkt, dass aus den Szenarien unter noch ungünstigeren Bedingungen (z.B. im Falle eingeschränkt funktionsfähiger Schlitzrinnen) Auswirkungen entstehen könnten, die nur durch den verlängerten ZTV-ING-Temperatur-Zeit-Verlauf abgedeckt wären.As part of the research project, various tunnels with rectangular or arched cross sections and the standard cross-section RG 31t (or RQ 10.5), the site- and time-dependent distributions of the gas temperature, the gas velocity and gas composition, the adiabatic wall and ceiling temperatures as well as the heat release rate and the propagation of the heat shall be determined. Tunnels with a continuous longitudinal slope of 3% and a tunnel with a bowl-shaped longitudinal profile (unidirectional and bi-directional traffic) shall be examined. For the exhaust velocity, the scenarios can differ between 20.6 kg/s and 300 kg/s. Furthermore, a truck loaded with wooden pallets was taken into account for case A and further cars and trucks for case B. In a full-scale large fire test an accident was simulated in a unidirectional tunnel between a truck loaded with approx. 3.7 t of Euro pallets and car to clarify unanswered questions from modelling. A total of 3 medium-sized cars were positioned in the test tunnel. The fire load was approx. 123 GJ. On the basis of fire tests carried out with plates it was determined that the layer of sprayable fibre concrete from the RUB system and the prefabricated protective layers from the HOCHTIEF system display a relatively or even no spalling and each can provide a significant thermal protection of the reinforced concrete structure in case of fire. It could be shown that the impact on the supporting structure is not greater than in case of a fire having a temperature-time curve according to the ZTV-ING curve. However, it should be noted that scenarios under even more unfavourable conditions (e.g. in the case of limited functional drainage channels) could have a negative effect that can only be covered by the extended ZTV-ING temperature-time curve