O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBrandveiligheidcement 2004 178Naar verwachting zal de brand-weer in geval van een brand vanenige omvang, vrijwel nimmer detunnel veilig kunnen betredendoor het mogelijk vrijkomen vangevaarlijke stoffen. De brandweerzal zich voornamelijk beperkentot bescherming van de omgevingen eventueel redden van in detunnel aanwezig treinpersoneel.Daarnaast dient redelijkerwijsrekening te worden gehoudenmet een aanrijdtijd van vijftien ?twintig minuten. Om de situatiein het maatgevende brandscena-rio beheersbaar te houden, is hetnoodzakelijk vrijwel direct na eenbrandmelding met de bestrijdingte beginnen. Dit is alleen moge-lijk met een automatische blusac-tie door middel van een sprink-lersysteem.De sprinklerinstallatie wordt zo-danig ingericht en aangestuurddat alleen in de omgeving van debrandeenblusactieplaatsheeft.Inhet overgrote deel van de gevallenzullen de branden door de snelleingreep direct worden geblust. Inhet maatgevende geval wordt deomvang van de brand beperkt enontstaat een beheersbare situatie.De eventueel nabij de brandhaardaanwezige LPG-wagon wordt vol-doende gekoeld. De sprinklerin-stallatie is verdeeld in secties vanelk 30 m, die afzonderlijk kunnenworden aangestuurd. Voor dekoeling van de wagons wordt in debrandsectie en in de aanliggendesecties de sprinklerinstallatie inwerking gesteld.O n d e r z o e kVoor het beton van de tunnel-constructie kunnen twee schade-mechanismen worden onder-scheiden:? ter plaatse van de brandhaard:verlies van sterkte en spattenvan beton door opwarming;? buiten de werkende sprinkler-secties:verliesvansterkteen/ofspatten van beton door langs-stromende hete rookgassen.Het onderzoek moest daaromantwoord geven op twee vragen.1. Wordt het beton ter plaatse vande brandhaard voldoende gekoeldom te voorkomen dat het aldaarsterkte verliest en/of spat?Een deel van het sprinklerwaterraakt het betonoppervlak en geefthieropeenwaterfilm(fig.1).Indiende waterfilm voldoende dik is entijdens de brand in stand blijft, zaldewarmtebelastingophetbetoninhoge mate worden afgevoerd.Om vast te stellen bij welk sprink-lerdebiet de waterfilm voldoendeis,werdeenproeftunnelgebouwdwaarin een vuurbelasting1)van2 MW/m2aanwezig was (fig. 2).Deproeftoondeaandateensprin-klerdebiet van 10 l/min/m2vol-doende was om spatten van hetbeton te voorkomen. Op 2 mmonderhetbetonoppervlakbleefdetemperatuur beneden 100 C.Daarnaast bleef de 'oventempera-tuur' constant, in tegenstellingmet het verloop van de RWS-brandkromme, waarbij de tempe-ratuur in het eerste uur toeneemt.2. Worden de rookgassen in dewerkende sprinklersecties na debrandhaard dusdanig afgekoelddat de gastemperatuur niet meerSprinklers koelen (ook) betonir. P.A.A. Roelands, Projectorganisatie Betuweroute / Balance TechnischManagementIn het voorlopig ontwerp van de Betuweroute waren de zes tunnels voorzienvan een brandwerende bekleding. Na gereedkomen van het voorlopig ont-werp stelde de overheid in 1997 het 'Beveiligingsconcept Spoortunnels uitslui-tend bestemd voor goederenvervoer' vast. Hierin werd een 'hydro-carbon-brand met LPG-wagons in de directe nabijheid van de brandhaard' als maat-gevend brandscenario aangehouden. In dit scenario kan de druk in de LPG-wagon zo snel oplopen dat deze openbarst: een zogenoemde BLEVE (BoilingLiquid Expansion Vapour Explosion). Het voork?men van BLEVE noopte tottoepassing van sprinklerinstallaties in de tunnels.Vervolgens rees de vraag of naast de sprinklerinstallatie de brandwerendebekleding nog wel nodig was, hetgeen aanleiding was te onderzoeken onderwelke voorwaarden een onbeklede tunnel voldoende zou worden beschermddoor een sprinklerinstallatie.betonterugworpsprinklerkop3,00 m3,00 mAA doorsnede A-A1 | Waterfilm op beton-oppervlak2 | Proefopstelling brand-proef1) Conform NEN 6090:1997 'Bepalingvan de vuurbelasting' is de vuurbelasting(in MJ/m2) van een ruimte: de hoeveel-heid warmte die vrijkomt per eenheidvloeroppervlakte bij volledige verbran-ding van alle in die ruimte aanwezigebrandbare materialen.O n d e r z o e k & t e c h n o l o g i eBrandveiligheidcement 2004 1 79kritisch is voor het (droge) betonbuiten deze secties (fig. 3)?In de werkende sprinklersectiesna de brandhaard wordt door devallende waterdruppels warmteonttrokken aan de rookgassen.Dit geschiedt grotendeels doorverdamping en deels door opwar-ming van het niet verdamptewater.Om over de mate van afkoelingvan de rookgassen een betrouw-bare indicatie te verkrijgen, werdde hulp ingeroepen van specialis-ten bij CORUS. Met hun kennisvan koeling met water tijdens destaalproductie werd een reken-model gebouwd. De belangrijksteparameters in dit model zijn:vuurbelasting, ventilatiesnelheid(luchtsnelheid in koude aanvoer-zone), sprinklerdebiet, druppel-grootteverdeling en lengte van dewerkende sprinklerinstallatie nade brandhaard. Het model bere-kende een temperatuurverloopover de lengte van de koelendesecties na de brandhaard. Dezeberekeningen gaven aan dat deuitkomsten zeer gevoelig warenvoor de ingevoerde waarden voorvuurbelasting en sprinklerdebiet.Bij een 'koelende' lengte van 60 mkon worden vastgesteld dat in hetdroge tunneldeel de temperatuurvan de rookgassen bij het verlatenvan de werkende sprinklersecties,maximaal 360 C zal bedragen.Om vast te stellen of bij de bere-kende temperatuur van 360 C deschade aan het beton van de tun-nelconstructie acceptabel is, werdeen afsluitende proef uitgevoerd.Het beton werd gedurende vieruur belast met een warme lucht-stroom van 500 C en een lucht-snelheid van 4 m/sec. Hoewel natwee uur de dekking over een deelvan de dikte afsprong, bleef dewapening gedurende de geheleproef beschermd. Na de proeftrad, door het volledig stopzettenvandewarmeluchtstroom,krimpopensprongovereendeelvanhetbeton de gehele dekking los. Dehechting van de wapening aan hetonderliggende beton bleef volle-dro-carbonbrandmetLPG-wagonin onmiddellijke nabijheid vanbrandhaard):primair: door voldoende koelingvan de wagons wordt een BLEVEvoorkomen;secundair: door voldoende be-vochtiging van het betonopper-vlak wordt ter plaatse van de wer-kende sprinklers voorkomen datsterkteverlies en spatten van hetbeton optreedt door opwarming;tertiair: door voldoende afkoelingvan de rookgassen in werkendesprinklersecties na de brand-haard wordt buiten de werkendesprinklers voorkomen dat sterk-teverlies en/of spatten van hetbeton optreedt door langsstro-mende hete gassen. Eventueleschade is te repareren.Het onderzoek heeft zich gerichtop de secundaire en tertiairefunctie. Het vereiste sprinklerde-bietendevereistekoelendelengtena de brandhaard waren inpas-baar in het ontwerp van het sprin-klersysteem. Dit leidde tot de con-clusie dat de brandwerendebekleding kon vervallen. Bepa-lend voor de effectiviteit zijn hetsprinklerdebiet en de lengte vande werkende sprinklersectiesbenedenwinds van de brand.Bovendien wordt door de sterkekoeling van de rookgassen ookeen aanzienlijke reductie verkre-gen van de thermische belastingop het deel van de trein en op detunneltechnische installaties diezich buiten de werkende sprink-lersecties bevinden. dig intact. Deze eenvoudig terepareren schade is acceptabel. Erdreigt geen gevaar voor de sterkteen stabiliteit van de constructie.Daarnaast is de temperatuur tij-dens de proef (500 C) veel hogerdan de maximaal berekende tem-peratuur(360 C).Dezeberekendewaardehoortbijeenextremevuur-belasting van 300 MW. Bij eenbelasting van 150 MW daalt detemperatuur van de gekoelderookgassen naar 140 C.Vanwege de lagere permeabiliteitis het beton van de boortunnel-segmenten gevoeliger voor branddan het beton in de in-situ delen.In de modelproeven zijn daaromboortunnelsegmenten gebruikt.A a n w e z i g h e i d v a np e r s o n e n i n d e t u n n e lIn de Betuweroute is geen sprakevan de mogelijke aanwezigheidvan passagiers in de tunneltijdens een brand. Het eventueelin de tunnel aanwezige treinper-soneel is dan aangewezen op zelf-redzaamheid. Daartoe zijn tussende beide enkelsporige buizendwarsverbindingen aanwezig opeen onderlinge afstand van maxi-maal 600 m. Naast het verkrijgenvan een duidelijke instructie hoete handelen in geval van calami-teit, zal het personeel de beschik-king hebben over persoonlijkebeschermingsmiddelen.T e n s l o t t eDe tunnels in de Betuwerouteworden door de sprinklerinstalla-tie als volgt beschermd tegen hetmaatgevend brandscenario (hy-werkende sectiesbrandventilatieBLEVEgekoeld rookgas3 | Koelen beton en rook-gassen door sprinkler-installatie tijdens brand