Brandschutz-Praxis in Tunnelbauten. /Bauwerk. Prof. Dipl.-Ing. DDr. Ulrich Schneider Dipl.-Ing. Dr. Johannes Horvath

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1 Prof. Dipl.-Ing. DDr. Ulrich Schneider Dipl.-Ing. Dr. Johannes Horvath Brandschutz-Praxis in Tunnelbauten Brandverhalten Brandschutzmaßnahmen Sanierung Mit Projektbeispielen /Bauwerk

2 INHALTSVERZEICHNIS 0 VORWORT I 1 EINLEITUNG Allgemeines Stand der Erkenntnisse Richtlinien und Regelwerke Tunnelbrände und Branderfahrungen Überblick Euro-Tunnel-Brand Montblanc-Tunnel-Brand Tauern-Tunnel-Brand Literatur zum Kapitel GRUNDLAGEN ZUM BRANDSCHUTZ IN TUNNELN Häufigkeit von Tunnelbränden Charakterisierung von Tunnelbränden Brandursachen Brandentwicklung Ergebnisse aus den Eureka-Tunnelbrandversuchen Tunnelgeometrie Brandlasten von Fahrzeugen Belüftungsverhältnisse Temperaturverläufe Temperaturverteilung im Tunnel Brandrauchausbreitung im Tunnel Grundsätze der Brandrauchausbreitung Toxische Rauchgaskomponenten Flucht-und Rettungsmöglichkeiten Sichtverhältnisse - Rauchdichte am Beispiel der Eureka-Versuche Ausbreitungsgeschwindigkeit der Rauchgase am Beispiel der Eureka-Versuche Ingenieurmäßige Bewertung von Tunnelbränden Grundlegende Betrachtungen 57 III

3 2.5.2 Quantifizierung von Brandabläufen Beobachtete Branddauern bei Tunnelbränden Luftbedarf Brandleistung Anlagentechnische Brandschutzmaßnahmen Brandrauchentlüftungssysteme für Straßentunnel Automatische Brandmeldesysteme Automatische Tunnellöschanlagen Sonstige betriebstechnische Einrichtungen Literatur zum Kapitel SCHUTZNIVEAUS FÜR BAHN- UND STRAßENTUNNEL Einführung Risikobewertung Gefahrenanalysen für Bahntunnel Gefahrenanalysen für Straßentunnel Schutzziele und Vorgehensweise Vorbemerkung Personenschutz im Tunnel Sachschutz im Tunnel Gefährdungspotential von Tunneln Elemente der Gefährdung und Sicherheit zur Festlegung des Gefährdungspotentials von Tunneln Berechnung des Gefährdungspotentials für Straßentunnel Schutzniveaus für den baulichen Brandschutz in Straßen- und Eisenbahntunneln Schutzniveauparameter Schutzniveau für Straßentunnel Schutzniveau für Eisenbahntunnel Literatur zum Kapitel BRANDSCHUTZ-RICHTLINIEN ZUM BAU UND BETRIEB VON TUNNELN 150 IV 4.1 Vorgehensweise und Erläuterungen Richtlinie des Eisenbahn-Bundesamtes (EBA-RL) Aufbau und Inhalt 151

4 4.2.2 Bauliche Gestaltung von Tunneln Betriebliche Anforderungen Sonstige Maßnahmen Rettungszüge Bewertung der EBA-Richtlinie Richtlinie des Österreichischen Bundesfeuerwehrverbandes (ÖBFV-RL) Aufbau und Inhalt Bauliche Gestaltung Betriebliche Anforderungen Rettungskonzept und sonstige Maßnahmen Bewertung der ÖBFV-Richtlinie Richtlinie der HL-AG, ÖBB und BEG (HL-RL) Aufbau und Inhalt Brandszenarien nach der HL-Richtlinie Entscheidungsmatrix zur Festlegung der Bauteilanforderungen nach der HL-Richtlinie Dimensionierung der Tunnelbauteile nach der HL-Richtlinie Maßnahmen für den baulichen Brandschutz nach der HL-Richtlinie Sonstige Anforderungen und Maßnahmen Stellungnahme und Bewertung der HL-Richtlinie Bestandsanlagen Richtlinie der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (RABT-RL) Aufbau und Inhalt Lüftung in Tunneln nach der RABT Lüftungsanforderungen für den Brandfall Art der Lüftungssysteme für den Brandfall Bauliche und betriebliche Brandschutzanlagen nach der RABT Bauliche Anlagen Kommunikationseinrichtungen Brandmeldeanlagen Löscheinrichtungen Brandnotbeleuchtung und Fluchtwegkennzeichnung Zusammenwirken der Sicherheitsanlagen Stellungnahme und Bewertung der RABT-RL Richtlinie der Bundesanstalt für Straßenwesen (ZTV-ING) 207 V

5 4.6.1 Aufbau und Inhalte Allgemeine Anforderungen zum baulichen Brandschutz nach ZTV-ING Brandschutzmaßnahmen für die Konstruktion bei Tunnelbränden Rechnerische Nachweise Brandschutzmaßnahmen für den Innenausbau nach ZTV Stellungnahme und Bewertung der ZTV-ING Richtlinien der Österreichischen Forschungsgemeinschaft Straße und Verkehr (RVS 9.ff) Aufbau und Inhalte Tunnelquerschnitt RVS Innenausbau RVS Lüftungsanlagen - Grundlagen RVS Beleuchtung RVS Betriebliche Sicherheitseinrichtungen - Bauliche Anlagen RVS Betriebs- und Sicherheitseinrichtungen - Tunnelausbau RVS Betriebs- und Sicherheitseinrichtungen - Tunneleinrichtungen RVS Tunnel-Erhaltung und Betrieb RVS Ortsfeste Löschsysteme RVS 9.xxx Stellungnahme und Bewertung der RVS 9.ff Richtlinie des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie (RVS-RL) Aufbau und Inhalt Brandszenarien in Straßentunneln nach der RVS-RL Mindestanforderungen an die Tragsicherheit der Konstruktion Dimensionierung der tragenden Bauteile Maßnahmen zum baulichen Brandschutz Brandschutztechnische Anforderungen an Zwischendecken Vorbeugende technische Brandschutzeinrichtungen Stellungnahme und Bewertung der RVS-RL Richtlinie der ÖVBB für Tunnelbeton Zielsetzung Schutzziele für Tunnelbauwerke Brandeinwirkungen auf Tunnelbauwerke Eisenbahntunnel 231 VI

6 Straßentunnel Konstruktion und Bemessung Vorgehensweise Berechnung und Bemessung Konstruktive Ausbildung Tunnelinnenschalenbeton Zusammensetzung und Anforderungen Herstellung, Einbau und Prüfung Ermittlung des notwendigen Fasergehaltes für die Faserbetonklasse BBG Abschließende Bewertungen Literatur zum Kapitel NORMBRANDKURVEN FÜR STRAßEN- UND EISENBAHN-TUNNEL Einführung ETK - Einheitstemperaturkurve nach ISO Kohlenwasserstoff-Brände HC - Hydrocarbon-Kurve HCinc - Hydrocarbon-increased-Kurve RABT- und ZTV-Kurve EBA-Kurve RWS - Rijkswaterstaat-Kurve Norm SIA-197/1 - Bahntunnel Norm SIA-197/2 - Straßentunnel Projektbezogene Temperatur-Zeit-Kurven Übersicht projekt- bzw. betreiberbezogener Temperatur- Zeit-Kurven für Bahn und Straße Temperatur-Zeit-Kurven SBB und Alp Transit Gotthard AG - Schweiz Temperatur-Zeit-Kurven SNCF - Frankreich Temperatur-Zeit-Kurven der Errichtergesellschaft Alpetunnel - GEIE - Mt d'ambin-tunnel - F/ Temperatur-Zeit-Kurve der FS - Italien Temperatur-Zeit-Kurve des Öresund-Tunnels - DK/S Temperatur-Zeit-Kurve Storebelt-Tunnel - DK Temperatur-Zeit-Kurven in Österreich Temperatur-Zeit-Kurven für die Straße 267 VII

7 5.5.2 Temperatur-Zeit-Kurven für die Bahn Temperatur-Zeit-Kurve U-Bahn Wien Literatur zum Kapitel BRAND VERHALTEN VON TUNNELSCHALEN 280 VIII 6.1 Tunnelkonstruktionen - Bauarten Geschlossene Tunnelbauweise Neue Österreichische Tunnelbauweise - NOT Maschineller Tunnelvortrieb Offene Bauweise Überblick Tunnelinnenschale Anforderungen an den Innenschalen- bzw. Auskleidungsbeton Versagensarten bei Brandbeanspruchung Übersicht Versagenskriterien der Bauteile unter ETK-Beanspruchung Kriterien für den Feuerwiderstand tragender Bauteile nach europäischer Normung Versagen in der Zugzone Versagen durch Schub- oder Torsionsbruch Versagen der Druckzone Versagen durch Abplatzungen Brandschäden an Betontunneln Überblick Schadensausmaße an Tunnelkonstruktionen im Vergleich Mechanische Eigenschaften von Beton und Betonstahl bei hohen Temperaturen Hochtemperaturverhalten von Normalbetonen Druckfestigkeit und E-Modul Modellierung des Betonverhaltens bei hohen Temperaturen Hochtemperaturverhalten von hochfestem Beton (HPC) Betonabplatzungen beim Brand Explosive Abplatzungen Thermische Prozesse Thermomechanische Prozesse Thermohydraulische Prozesse 317

8 6.3.6 Auswirkungen explosionsartiger Abplatzungen Arten der Betonzerstörung Abplatzzeitpunkt Chloridschäden Strukturabhängige Schäden Hochtemperaturverhalten von Betonstahl Zugspannungs-Dehnungsverhalten E-Modul von Stählen Thermische Dehnung Warmkriechverhalten Kritische Stahltemperaturen Temperaturberechnung und -Verteilung in Tunnelbauteilen Grundlagen der Temperaturberechnung Temperaturverteilungen in Stahlbetonbauteilen Temperaturverteilung in dreiseitig beanspruchten Betonbalken Temperaturverteilung in Tunnelschalen Temperatureindringkurven anhand von Großplattenversuchen Temperatureindringkurve für Bahn- und Straßentunnel nach der ÖVBB-Richtlinie Literatur zum Kapitel MAßNAHMEN ZUR ERHÖHUNG DER BRANDBESTÄNDIGKEIT VON TUNNELSCHALEN UND DEREN SANIERUNG Betontechnologische Maßnahmen - Brandschutzbetone Tunnelinnenschalenbeton mit Polypropylenfasern Tunnelinnenschalenbeton mit Leichtbetonzuschlag Brandschutzbekleidungen Anforderungen an Brandschutzplattenbekleidungen Tunnelbrandschutzplatte Promatect-H Tunnelbrandschutzplatten aus Glasfaserleichtbeton AESTUVER Temperatureinwirkung bei der Verwendung von Brandschutzplatten Anforderungen an Brandschutzbekleidungen in Eisenbahntunneln gemäß HL-Richtlinie [HL 01] Brandschutzsystem mit beschichteten Stahllochblechen Putzbekleidungen und Opferschichten bei Tunnelinnenschalen 365 IX

9 7.7 Vergleiche der Brandschutzsysteme im Tunnelausbau Sanierung brandgeschädigter Tunnelschalen Schadensanalyse Sanierungsmaßnahmen Sanierungs- und Verstärkungsstoffe für Betonbauteile Literatur zum Kapitel UNTERSUCHUNGEN AN TUNNELBETONEN IM BRANDLABOR 375 X 8.1 Laborprüfungen - Versuchsdurchführung Abplatzverhalten Temperaturkurven Brandversuche nach der ETK-Kurve Temperaturabhängige Festigkeiten Versuchsdurchführung Warmdruckfestigkeiten Kaltdruckfestigkeiten Gegenüberstellung der Warm- und Kaltdruckfestigkeiten Gewichtsverlust Erkenntnisse für die Praxis Großbrandversuche Tunnelinnenschalenbeton - Projekt [VÖZFI 01] Zielsetzung Probekörperherstellung Konstruktive Durchbildung der Kalotte Einbau in den Brandraum Ergebnisse Erkenntnisse aus den Versuchen Erhöht brandbeständiger Spritzbeton Einführung Probekörperherstellung Schlussfolgerungen aus dem Versuch Zuschlagsoptimierte Betone für höchsten Brandwiderstand mit reduzierter Wärmeleitung Schlussfolgerungen aus den Versuchen Spezielle Untersuchungen an HPC Verwendung hochfester Betone als Tunnelbeton 416

10 8.9.2 Abplatzverhalten Temperaturverhalten Temperatureindringkurven Temperaturabhängige Festigkeiten bei hochfesten PP- Faserbetonen Absolute Druckfestigkeit Relative Druckfestigkeit Bruchverhalten der untersuchten HPC Gegenüberstellung von Warm- und Kaltdruckfestigkeiten Vergleich von Ergebnissen hochfester Betone aus RWS- und ETK-Belastungen Literatur zum Kapitel XI