Systemy wentylacji pożarowej tuneli
drogowych
Problem pożarów w tunelach drogowych w Polsce do niedawna nie występował, ze względu na
niewielką liczbę takowych obiektów inżynierskich. W ciągu ostatnich pięciu lat można zaobserwować
wyraz
ne ożywienie w tej dziedzinie. W dniu 30 sierpnia 2003 roku został oddany do użytku tunel
Zagłębienie Wisłostrady w Warszawie, w ubiegłym roku tunel śródmiejskiej obwodnicy zachodniej w
Bielsko-Białej i tunel pod katowickim rondem. Obecnie w fazie realizacji lub w fazie projektowania
znajdują się kolejne tunele.
Wydane w 2000 roku rozporządzenie ministra transportu i gospodarki morskiej w sprawie warunków
technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie [ 1 ], w
sposób bardzo ogólnikowy reguluje sprawy związane z wentylacją pożarową tuneli, tzn. przez
umieszczenie wymagania  przystosowania wentylatorów do oddymiania w przypadku pożaru". W
rozporządzeniu tym bardziej szczegółowo zostały ujęte przepisy dotyczące wymiany powietrza w
przestrzeni tunelu ze względu na zagrożenie przekroczenia dopuszczalnego stężenia zanieczyszczeń
w powietrzu. Należy wspomnieć, że Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 29 kwietnia
2004 r., w sprawie minimalnych wymagań bezpieczeństwa dla tuneli w transeuropejskiej sieci
drogowej [2] ma na celu zapewnienie minimalnego poziomu bezpieczeństwa użytkowników dróg w
tunelach w transeuropejskiej sieci drogowej poprzez zapobieganie krytycznym zdarzeniom, które
mogą zagrażać ludzkiemu życiu, środowisku i instalacjom tunelowym, jak również poprzez
zapewnienie ochrony w razie wypadków. Ma ona zastosowanie do wszystkich tuneli w ramach
transeuropejskiej sieci drogowej, mających długość ponad 500 metrów, znajdujących się w
eksploatacji, w trakcie budowy lub na etapie projektowania. W pkt. 2.9. tej Dyrektywy zawarte są
wymagania dotyczące systemów wentylacji mechanicznej.
W tabeli 1 przedstawiono fragment tabeli z Załącznika nr 1 do Dyrektywy, zawierającej skrót
minimalnych wymagań dla tuneli drogowych w ramach transeuropejskiej sieci drogowej.
Pożary w tunelach - przyczyny i... poprawa bezpieczeństwa
Analizując dane z tabeli 2, można wskazać na kilka z
ródeł pożarów. Pierwszym, stanowiącym około
50% pożarów, jest kolizja. Zazwyczaj były to kolizje z samochodem jadącym w przeciwnym kierunku,
ale zdarzały się także kolizje z poprzedzającym pojazdem, czy też ze ścianą tunelu.
Drugim znaczącym z
ródłem pożarów są pożary silnika i skrzyni biegów. Konsekwencje, jakie niosą ze
sobą pożary w tunelach drogowych ograniczają się w najlepszym przypadku do zniszczeń obudowy
tunelu na pewnym odcinku. Nierzadko jednak w wyniku tych wydarzeń następstwem jest utrata
ludzkiego życia. W celu poprawy bezpieczeństwa użytkowania tego typu podziemnych obiektów
komunikacyjnych specjaliści z wielu krajów, w tym Polski, skoncentrowali swoje wysiłki na
opracowaniu pewnych procedur projektowania, wykonawstwa, odbioru i użytkowania tego typu
obiektów. Jednym z wielu aspektów rozważanych w ramach europejskich projektów badawczych,
takich jak: UPTUN (Upgrading Tunnels), FIT (Fire in Tun-nel), SafeT (Safe Tunnel), SIRTAKI (Safe-ty
Improvement in Road and rail Tunnels using Advanced information technologies and Knowledge
Intensive decision support models) oraz DARTS (Durable and Relia-ble Tunnel Structures), była
poprawa poziomu szeroko rozumianego bezpieczeństwa pożarowego.
Wcześniej wspomniana Dyrektywa Parlamentu Europejskiego jest jednym z efektów prowadzonych
prac. Doświadczenia zebrane w czasie realizacji wyżej wymienionych projektów są prezentowane
między innymi na konferencjach związanych z bezpieczeństwem tuneli drogowych. Konferencja taka
miała miejsce w dniu 2 paz
dziernika 2006 r. w Warszawie - Sympozjum Bezpieczeństwa
Przeciwpożarowego w Tunelach Samochodowych, Kolejowych i Metra.
Systemy wentylacji pożarowej tuneli drogowych
W przypadku tuneli drogowych, cel stosowania systemów wentylacji pożarowej jest wyraz
nie
zdefiniowany. Zaprojektowany system wentylacji ma za zadanie odprowadzać dym, gorące gazy
pożarowe oraz toksyczne produkty spalania w celu umożliwienia ewakuacji ludzi oraz zapewniania
dostępu ekipom gaśniczo-ratowniczym. Powinien być zaprojektowany w taki sposób, aby nie
powodować rozprzestrzeniania się pożaru na inne pojazdy.
Ze względu na sposób usuwania i dostarczania powietrza, wentylację tuneli drogowych można
podzielić na grawitacyjną lub mechaniczną. Wybór systemu wentylacji, grawitacyjna czy
mechaniczna, uzależniony jest od wielu czynników, wśród których należy wyróżnić:
przebieg i typ tunelu, jego długość, przekrój poprzeczny i podłużny,
warunki klimatyczne i topograficzne,
charakterystykę ruchu pojazdów, natężenie, rodzaj pojazdów oraz kierunek ruchu,
możliwość zapewnienia odpowiedniej przestrzeni montażowej wewnątrz tunelu poza skrajnią jezdni,
dla usytuowania urządzeń wentylacyjnych. Zgodnie z wynikami prac prowadzonych w ramach
europejskich projektów badawczych, jak również Dyrektywy Parlamentu
Europejskiego wybór systemu powinien być poprzedzony analizą ryzyka przeprowadzoną dla
danego tunelu. Ze względu na to, że wentylacja naturalna stosowana jest tylko w tunelach o długości
nieprzekraczającej 400 m, dla tunelu, w którym ruch odbywa się w jednym kierunku oraz do 240 m
dla tunelu dwukierunkowego, w dalszej części omówione zostaną systemy wentylacji mechanicznej
tuneli drogowych.
Wentylacja mechaniczna
Wśród systemów wentylacji mechanicznej tuneli drogowych można wyróżnić dwa typy wentylacji:
wentylacja wzdłużna oraz wentylacja poprzeczna. W przypadku wentylacji poprzecznej można
wyróżnić jedną modyfikację - wentylację półpoprzeczną.
Wentylacja wzdłużna
System wentylacji wzdłużnej jest najczęściej stosowanym rozwiązaniem technicznym dla tuneli o
długości nieprzekraczającej 4000 m. W systemie tym ruch powietrza odbywa się w jednym kierunku,
od jednego portalu tunelu do drugiego. Przepływ powietrza wywoływany jest przez działanie
wentylatora lub wentylatorów umieszczonych w szybach wentylacyjnych lub wewnątrz tunelu.
W przypadku zastosowania systemu wentylacji z wentylatorami strumieniowymi rewersyjnymi
możliwe jest odwrócenie kierunku przepływu powietrza. Na rys. 1H-3 zilustrowano schematy sys-
temów wentylacji wzdłużnej. Zasadą stosowaną w projektowaniu systemu wentylacji wzdłużnej, jest
takie określenie wydajności systemu, aby w całym przekroju zapewniona była wymagana prędkość
krytyczna, Vkryt. Prędkość krytyczna jest to minimalna prędkość powietrza w całym przekroju tunelu,
która nie pozwala na cofanie się dymu [ang. backlayering]. Prędkość krytyczna przepływu powietrza
w tunelu powinna zostać określona na podstawie rozwiązania równoczesnego poniższych wzorów
metodą iteracyjną.
Na rys. 7 przedstawiono wykres zmienności prędkości krytycznej powietrza w zależności od mocy
pożaru, dla tunelu drogowego, którego wysokość wynosi 4,2 m, zaś powierzchnia przekroju
poprzecznego 37,8 m2.
Wentylacja poprzeczna
System wentylacji poprzecznej zalecany jest dla długich tuneli z bardzo dużym natężeniem ruchu
pojazdów. System ten składa się z kanału nawiewnego i wywiewnego, poprowadzonych wzdłuż
tunelu. Zaletą tego systemu jest równomierny rozdział powietrza na całej długości tunelu, wadą zaś
konieczność uwzględnienia dodatkowej przestrzeni na kanał nawiewny i wywiewny oraz wyższy
koszt. W układzie tym ciśnienie powietrza na całej długości tunelu jest jednakowe, a na jego wartość
nie wpływa w sposób znaczący efekt tłoka wywołany poruszającymi się pojazdami. W tunelach
wyposażonych w system wentylacji poprzecznej, powietrze zewnętrzne doprowadzane jest od dołu, a
wyciągane od góry. Schemat systemu wentylacji poprzecznej przedstawiono na rys 8.
Wentylacja półpoprzeczna
System wentylacji półpoprzecznej stanowi kombinację systemu wzdłużnego z systemem
poprzecznym. Powietrze może być nawiewane (patrz rys. 9) lub usuwane (patrz rys. 10) za pomocą
kanału wentylacyjnego.
Schemat przedstawiony na rys. 9 funkcjonuje głównie w wentylacji bytowej, choć możliwe jest jego
zastosowanie w krótkich tunelach dwukierunkowych. W przypadku wybuchu pożaru w tunelu
wyposażonym w system wentylacji przedstawiony na rys. 10, dym usuwany jest poprzez kanał zloka-
lizowany w górnej części tunelu, świeże zaś powietrze napływa portalami wlotowymi. Tego typu
rozwiązanie wentylacji dobrze sprawdza się w tunelach o długości powyżej 3000 m i dużym
natężeniu ruchu. Wydajność sytemu wentylacji poprzecznej i półpoprzecznej określa się na bardzo
podobnej zasadzie, jak w przypadku pomieszczeń magazynowych i garaży podziemnych
wyposażonych w przewodowy system wentylacji.
Ważnym elementem procedury obliczeń wydajności systemu wentylacji pożarowej tuneli drogowych,
niezależnie od typu, jest przyjęcie odpowiednich danych początkowych. W tabeli 3, zestawiono dane
dotyczące mocy pożaru w oparciu o wytyczne PIARC [3], francuskie [4] i NFPA 502 [5] oraz
rzeczywistą moc na podstawie badań w skali rzeczywistej.
Projekt wentylacji a analiza ryzyka - podsumowanie
Odpowiednio zaprojektowany system wentylacji pożarowej jest ważnym elementem, mającym istotny
wpływ na bezpieczeństwo pożarowe tunelu. System ten powinien zostać wybrany po przepro-
wadzeniu wielu analiz. Jego wydajność powinna być określona w oparciu o przewidywaną moc
pożaru. Szacowanie wydajności systemu wentylacji pożarowej w oparciu o wskaz
niki jest
niedopuszczalne. Zaprojektowany system wentylacji powinien uwzględniać wyniki analizy ryzyka.
Obecnie bardzo powszechnie stosowane są narzędzia komputerowe wspomagające proces
projektowania. Jednym z takich narzędzi jest obliczeniowa mechanika płynów (CFD), która pozwala
na ocenę skuteczności funkcjonowania przyjętego rozwiązania projektowego w oparciu o założony
scenariusz pożarowy. W tabeli 4 przedstawiono zakres stosowania systemów wentylacji pożarowej
tuneli drogowych w zależności od typu tunelu.
Literatura
[ 1 ] Rozporządzenie ministra transportu i gospodarki morskiej z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie
warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie,
DzU Nr 63/2000.
[2] Dyrektywa 2004/54/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 29 kwietnia 2004 r. w sprawie
minimalnych wymagań bezpieczeństwa dla tuneli w transeuropejskiej sieci drogowej.
[3]  Fire and smoke control in road tunnels". PIARC Committee on Road Tunnels, 1999.
[4] LacroixD.,  New French Recommendations for Fire Ventilation in Road Tunnels", 9th
Interna-tional Conference on Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels, Aosta Valley, Italy,
6-8 October, 1997.
[5] NFPA 502,  Standard for Road Tunnels, Bridges, and Other Limited Access Highways", 2004
Edition.
[6] Gtąbski P., Sztarbaia G.  Wentylacja pożarowa tuneli drogowych".
y
ródło: "Polski Instalator" 5/2007
Autor: Grzegorz Sztarbała
KONTAKT
Instalator Polski Sp. z o.o.