Brannsikring av tunneler

Transkript

1 Teknologidagene 2008 Brannsikring av tunneler - Beskyttelse av betongen - Mulige løsninger - Brannbeskyttelse i Bjørvika Claus K. Larsen Vegdirektoratet, Teknologiavd., Tunnel og betongseksjonen

2 Kravene til brannsikring av tunneler finnes i Håndbok 269 Sikkerhetsforvaltning av vegtunneler Håndbok 021 Vegtunneler Håndbok 163 Vann- og frostsikring EU-direktivet ( Minimumskrav til sikkerhet i TERN-tunneler ) innbakes i HB 021 Tunnelbrannveileder: fra DSB og Vegdirektoratet Teknologidagene Tunnel og betong 2

3 HB 021:Følgende parametere skal tas i betraktning for sikkerhetsvurdering tunnellengde antall løp antall kjørefelt tverrsnittsgeometri vertikal og horisontal profil konstruksjonstype enveis- eller toveistrafikk trafikkvolum per løp (herunder fordeling i tid) risiko for trafikkork (per døgn eller sesongbestemt) atkomsttid for redningstjenestene nærvær og prosentandel av tunge lastebiler særtrekk ved atkomstveiene kjørefeltbredde hastighetsaspekter geografisk og meteorologisk miljø Teknologidagene Tunnel og betong 3

4 Krav til brannmotstand i HB 021 HB 021: Konstruksjonens brannmotstand: dimensjoneres for brannbelastning: Dette gir liten mening ved 20 MW i klasse A og B dimensjonering av 50 MW i klasse C og E brannbeskyttelse det som trengs er tid-temperatur 100 MW i klasse D og F kurver Hovedkonstruksjonen i alle tunneler der et lokalt sammenbrudd i konstruksjonen kan ha katastrofale konsekvenser (f.eks. oversvømte tunneler eller tunneler som kan føre til sammenbrudd i viktige nabokonstruksjoner) skal ha et tilstrekkelig brannmotstandsnivå. Brannmotstandsnivået i alt tunnelutstyr skal ta hensyn til de teknologiske mulighetene og ta sikte på å opprettholde de nødvendige sikkerhetsfunksjonene i tilfelle brann. Teknologidagene Tunnel og betong 4

5 Teknologidagene Tunnel og betong 5

6 Teknologidagene Tunnel og betong 6

7 Teknologidagene Tunnel og betong 7

8 Teknologidagene Tunnel og betong 8

9 Teknologidagene Tunnel og betong 9

10 Teknologidagene Tunnel og betong 10

11 Teknologidagene Tunnel og betong 11

12 Revidert HB 185 Kap Krav til brannbelastning for senketunneler, rørbruer, lokkonstruksjoner og løsmassetunneler er gitt i det følgende. Karakteristisk verdi for mulig ulykkeslast forårsaket av brann eller eksplosjon fastsettes særskilt for det enkelte prosjekt. Det henvises til HB 021 Vegtunneler / HB 163 Vann- og frostsikring i tunneler som eksempel. For spesielle konstruksjoner eller deler av konstruksjoner som senketunneler og rørbruer hvor konsekvensene av en brann kan være vanninnbrudd og tap av konstruksjonen, skal konstruksjonen dimensjoneres for en brannbelastning på 300 MW basert på RWS-kurven i 2 timer, se HB 163 Vann- og frostsikring i tunneler, figur 5.1. Disse konstruksjonene skal ha en særskilt brannbeskyttelse. Den maksimale temperaturen på overflaten av konstruksjonsbetongen skal ved dimensjonerende brannbelastning ikke overstige 400 C og armeringstemperaturen skal ikke overstige 250 C. Samme krav gjelder også for andre konstruksjoner hvor sammenbrudd i konstruksjonen kan medføre store konsekvenser for omgivelsene, f eks bebyggelse og installasjoner på løsmassetunneler, lokkonstruksjoner, etc. Teknologidagene Tunnel og betong 12

13 Hva kan vi gjøre for å beskytte konstruksjonsbetongen? Passiv beskyttelse innebygd sikkerhet i materialvalgene Aktiv beskyttelse noe som trer i kraft når en brann evt oppstår Teknologidagene Tunnel og betong 13

14 Mulige løsninger for passiv brannbeskyttelse av betong Øke motstanden mot avskalling PP-fiber (type og mengde!!) Stålfiber (type og mengde!!) Tilslag (varmekap. og ekspansjon) Porøsitet (jo høyere, jo bedre) Utenpåliggende beskyttelse som termisk barriere Beskytte mot styrketap Beskytte armeringen Påsprøytede produkt Plater Fukt (jo lavere jo bedre) Temperaturkrav (hvilken temp??) Avskallingskrav (0!!) Krav til bestandighet og levetid Trafikklaster (forankring, heftfasthet, utmatting, ) Estetikk, overflater, drift og vedlikehold Enkel utskifting i tilfelle brann eller påkjørsel

15 PP-fiber reduserer risikoen for avskalling av betong Polypropylen (PP)-fiber Svært effektivt mot avskalling Smelter ved ca 180 C og fordamper ved 360 C. Dette bidrar til trykkavlastning (av en eller annen ukjent grunn) og reduserte strekkspenninger i betongen ved brann 2 kg Hjelper ikke mot høye temperaturer! 2kg monofilament PP-fiber per m 3 med diameter 18µm og lengde 6mm har gitt meget gode resultater Både for sprøytebetong, SV-40 type betong og lettbetong 0 kg Noen resultater som også er gode for PP-fiber med diameter 32µm, men det er ennå ikke fullgod dokumentasjon Teknologidagene Tunnel og betong 15

16 PP-fiber er ingen garanti som brannbeskyttelse alene! PP-fiber bedrer ikke betongs termiske egenskaper Betong med PP-fiber mister fasthet slik som vanlig betong Teknologidagene Tunnel og betong 16

17 Passiv brannbeskyttelse isolasjon mot høye temperaturer Termisk barriere Reduserer den raske temperaturstigningen, kan altså være effektiv mot avskalling også Beskytter mot høye temperaturer, altså reduserer betongens styrketap Påsprøytet lag (35-50mm) Monterte plater (rundt 30mm) Teknologidagene Tunnel og betong 17

18 Teknologidagene Tunnel og betong 18

19 Noen eksempler på brannbeskyttelse av tunneler Holmsdale Tunnel, M25, London ÅDT 110,000; 6 felt Betongkulvert med bygninger over RWS; 200 C bak brannbeskyttelsen for takbjelker (forspente) Cafco Fendolite MII (påsprøytet) forankret med nett og bolter Clyde Tunnel; Glasgow Boret; under elv; segmenter av støpejern RWS; vibrasjoner, krumme tv.snitt Promat Promatect-T (kalsiumsilikat plater, 2x15mm) med lakkert stålplate på utsiden

20 Brannbeskyttelse i Bjørvika 300MW/RWS-brannkurven, 2 timer Utvikling av egen testmetode for dokumentasjon av brannmotstand Kombinasjon av PP-fiber og utenpåliggende brannbeskyttelse Strenge krav til brannbeskyttelsen; branmotstand, bestandighet, drift/vedlikehold Alle system må forankres mekanisk til konstruksjonsbetongen (nett/bolter) 3 tilbud for brannbeskyttelse av tak (som alle måtte avvises grunnet mangelfull dokumentasjon) Det sendes ut et KG for brannbeskyttelse av veggene i høst Estimert kostnad ca 80mill. (usikkert)

21 Brannbeskyttelse i Bjørvika behov for ny testmetode Utvikling av egen testmetode for RWS-brann Finnes ingen standard eller akseptert testmetode internasjonalt Basert på store armerte testelement RWS-godkjente produkt feilet i de første testene Trykkspenninger i betongen på 11 MPa Høy betongkvalitet (m=0.40, B55) Fuktforseglet herding, min. 3 mnd Sprøytede produkt må forankres med nett og bolter Plateløsning må ha minst to skjøter 16 målepunkt for temperatur 8 på betongoverflaten og 8 på armering

22

23

24

25 Brannbeskyttelse i Bjørvika - konsept PP-fiber i taket (nederste lag, 30-40cm); 2kg/m 3, 18um/6mm Utenpåliggende brannbeskyttelse i hele tverrsnittet Tak og øverst på veggene: påsprøytet eller plater; mekanisk forankring På veggene: betongelement med fliser nylig dokumentert i flere store branntester Spesiell løsning ved element- og seksjon-/segmentskjøter (ta opp bevegelse) beskyttelse av pakninger og water-stop (vanntettingen)

26 Brannbeskyttelse i Bjørvika strenge krav til brannbeskyttelsens egenskaper Dokumentasjon ihht TEK.RAPP 2494, minimum to tester Absolutte krav til brannmotstand Ingen avskalling av betong Betongtemperatur < 380 C Armeringstemperatur < 250 C Ingen nedfall av brannbeskyttelse Alle deler må være ubrennbare Påsprøytede produkt må forankres med rustfritt nett og bolter Plater må forankres med rustfrie bolter Bestandighet/levetid: frost, karbonatisering, alkaliebestandighet Motstand mot tunnelvask: vasketest, slitasjekrav Utmatning, 150mill sykler

27 Oppsummering, del 2 Dimensjonerende branner er uklart definert i regelverket De store brannbelastningene er ikke nødvendigvis konservative Konstruktiv betong i tunneler der kollaps må unngås, må brannbeskyttes! Må inkludere en termisk barriere for å hindre høye temperaturer! Kombinasjon PP-fiber og brannisolasjon er den beste passive brann-beskyttelsen vi har i dag Store branner krever brannbeskyttelse i hele vegghøyden og i taket Vi er stadig på jakt etter nye og gode produkt/konsept for totalbeskyttelse av våre tunneler Som for så mye annet detaljer er viktige!