Kriterier for valg av beredskapskonsept

Fra Lærebøker i jernbaneteknikk
Hopp til navigering Hopp til søk

__NUMBEREDHEADINGS__

Forskrifter og krav - dagens norske status

Dagens forskrifter og krav gir vesentlig strengere krav både når det gjelder infrastruktur og rullende materiell enn det som i stor grad har vært vanlig for eldre tunneler og togmateriell. Blant annet er det svært vanskelig å antenne innredningsmaterialer i tog som er brannhemmet i henhold til moderne standarder, og TSI for SRT krever at tog som skal trafikkere tunneler med lengde over 5 km skal tilfredsstille definerte krav for å kunne kjøre ut av tunnel i en brannhendelse.

Krav knyttet til infrastruktur

Teknisk spesifikasjon for interoperabilitet i forbindelse med sikkerhet i jernbanetunneler (TSI for SRT)

EU har vedtatt en rekke tekniske spesifikasjoner for interoperabilitet (driftskompatibilitet) for å sikre samtrafikkevnen til de europeiske jernbaner. En av disse TSI-ene omhandler sikkerhet i jernbanetunneler og er adoptert i Norge gjennom forskrift “Vedtak 2008/163/EF – TSI-sikkerhet i jernbanetunneler”

TSI-for SRT spesifiserer krav til bredde og belysning av rømningsveger, maksimal avstand mellom nødutganger avhengig av tunnelkonsept samt minstekrav til dimensjon på dører i rømningsveg, skilting, kommunikasjonsutrustning etc. I tillegg spesifiseres hvilken brannbelastningskurve som skal brukes for bærende konstruksjoner i tunnel. Kravene er videreført i Jernbaneverkets tekniske regelverk.

For trafikk av tunneler skiller TSI for SRT mellom to ulike togtyper med ulike brannsikkerhetsegenskaper, spesielt knyttet til togets evne til å kjøre ut av tunnelen ved brann i materiellet:

  • Kategori A materiell, for tunneler inntil 5 km i lengde, skal begrenses til strekninger hvor det ikke forekommer tunneler av større lengde, og hvor kjøretiden til sikkert sted for evakuering ikke overstiger 4 min med en hastighet på 80 km/h.
  • Kategori B materiell er tilpasset for trafikkering av det trans-nasjonale nett uavhengig av tunnellengden og skal tillates å kjøre i alle tunneler i det trans-Europeiske nettet. Materiellet skal utrustes for å kunne kjøre ut av 20 km lang tunnel med brann om bord og utrustes med brannbarrier som kan motstå en fullt utviklet brann i minimum 15 min og sikre framdrift i tilsvarende lengde.

De ovennevnte begrensninger på driftsområde for togmateriell i henholdsvis Kategori A og B gjelder for nytt materiell bestilt etter at TSI-en trådte i kraft. Det legges ingen begrensninger på bruk av eksisterende materiell som er i drift på strekninger som i følge TSI krever enten Kategori A eller Kategori B materiell. Derimot er det ikke tillatt å omdisponere eksisterende materiell som ikke tilfredsstiller Kategori B krav til å trafikkere strekninger som har tunneler med slike materiellkrav.

Dette betyr at kommer det en ny tunnel med Kategori B krav på en strekning som i dag trafikkeres av materiell som ikke tilfredsstiller Kategori B krav kan den trafikken fortsette. Man kan imidlertid ikke introdusere annet ikke-Kategori B materiell på strekningen enn det som går der når den nye tunnelen tas i bruk.

Jernbaneverkets tekniske regelverk

Jernbaneverkets tekniske regelverk spesifiserer hvilke krav Jernbaneverket stiller til nye tunneler med hensyn til utforming og utførelse av nye tunneler. Blant annet krav vedrørende minste tverrsnitt for enkelt og dobbeltsporede tunneler avhengig av hastighetsstandard samt minimum bredde på rømningsveger med håndløper, belysning og minsteavstand mellom rømningsutganger. Jernbaneverkets spesifikasjoner tilfredsstiller de krav som stilles i TSI for SRT. Når det gjelder krav til avstand mellom rømnings-utganger er disse:

  • 500 m for 2 parallelle enkeltsporede tunneler
  • 1000 m for enkeltløpede tunneler

JBVs tekniske regelverk, i likhet med TSI for SRT, har ingen krav til mekanisk ventilasjon av tunneler.

Jernbaneverkets krav til nye tunneler tilsier en vesentlig heving av sikkerhetsnivået for nye jernbanetunneler i forhold til flertallet av de eldre tunnelene.

Brannvernlov og forskrifter

Brann- og eksplosjonsvernloven

Brann- og eksplosjonsvernloven gir lovgivende rammer for brannforebygging, branntilsyn og brannberedskap i Norge. I “§ 6. Forebyggende sikringstiltak og vedlikehold” spesifiserer loven hvilke forpliktelser en eier av et byggverk eller objekt har ned hensyn til brannsikring:

  • Eier av byggverk, område, transportmiddel, produksjonsutstyr, annen innretning eller produkt plikter å sørge for nødvendige sikringstiltak for å forebygge og begrense brann, eksplosjon eller annen ulykke.
  • Eier og bruker av byggverk, område, transportmiddel, produksjonsutstyr, annen innretning eller produkt plikter å holde bygningstekniske konstruksjoner, sikkerhetsinnretninger og øvrige sikringstiltak til vern mot brann, eksplosjon eller annen ulykke i forsvarlig stand og påse at disse til enhver tid virker etter sin hensikt.
  • Eier eller bruker skal etter en eventuell brann, eksplosjon eller annen ulykke sørge for vakthold og andre nødvendige sikringstiltak når leder av brannvesenet krever dette.

Departementet kan gi forskrifter om eiers og brukers plikter til rapportering, sikringstiltak, vedlikehold og vakthold etter denne bestemmelsen.

Paragraf 13 i loven omhandler særskilte brannobjekter som kommunen pålegges å føre spesielt tilsyn med:

  • Kommunen skal identifisere og føre fortegnelse over byggverk, opplag, områder, tunneler, virksomheter m.m. hvor brann kan medføre tap av mange liv eller store skader på helse, miljø eller materielle verdier.
  • Kommunen skal sørge for at det føres tilsyn i byggverk m.m. som nevnt i første ledd for å påse at disse er tilstrekkelig sikret mot brann. Tilsynet skal omfatte alle forhold av betydning for brannsikkerheten, herunder bygningsmessige, tekniske, utstyrsmessige og organisatoriske brannsikringstiltak og forhold av betydning for gjennomføring av brannbekjempelse og øvrig redningsinnsats.
  • Kommunen skal overfor sentral tilsynsmyndighet kunne dokumentere hvordan tilsyn med byggverk m.m. som nevnt i første ledd, som kommunen eier eller bruker, er gjennomført, og hvordan eventuelle pålegg er fulgt opp.

Departementet kan gi forskrifter om tilsyn med særskilte brannobjekter.

Forebyggendeforskriften

Dette er en forskrift om brannforebyggende tiltak og tilsyn. Forskriften spesifiserer eiers og brukers forpliktelser i forhold til brannforebygging og brannsikring for generelle brannobjekter og særskilte brannobjekter.

Generelle krav til eier og bruker av brannobjekter er primært gitt i Kap 2 og er av relativt allmen karakter. Paragraf 2-3 omhandler rømning av personer og lyder som følger:

  • “Eier av ethvert brannobjekt skal sørge for at rømningsveiene til enhver tid dekker behovet for rask og sikker rømning.
  • Eier skal i brannobjekt, der det er nødvendig, sørge for at rømningsveiene har et tilfredsstillende ledesystem.”

Disse krav er ytterligere utdypet for særskilte brannobjekter i Kap 4 som inkluderer følgende formuleringer:

  • Eier skal etter en risikovurdering sørge for å sikre tilstrekkelig rømningstid for personer gjennom tekniske tiltak som ledesystemer, brannalarmanlegg, manuelt slokkeutstyr og egnede stasjonære slokkeanlegg i henhold til § 2-1 annet ledd.
  • Kommunen kan kreve at brannalarmanlegg skal knyttes til alarmsentral eller direkte til nødalarm-sentral.

Hva som er funksjonsbehovet for rømningsveier i en jernbanetunnel og når og hvordan dette skal ansees tilstrekkelig oppfylt er ikke spesifisert og kan være gjenstand for fortolkning.

Brannetatenes holdning til risikobaserte ulykkesscenarier

Generelt er brann- og nødetatene mindre opptatt av risikoanalyser og probabilistisk tilnærminger til brannrisiko i ulike objekter siden de blir tilkalt først når ulykken er ute. Når de blir tilkalt er det som regel ulykke enten det er lav eller høy sannsynlighet for brann i objektet.

Jernbanetunneler er ikke vesensforskjellig fra andre brannobjekter ved at det er tilnærmet umulig å eliminere all tenkelig brannrisiko i forbindelse med objektet og hovedspørsmålet er hvilken restrisiko samfunnet kan akseptere for disse objektene. Erfaringer så langt både i Norge og internasjonalt viser at risikoen er lav. For å oppnå mest mulig effektive og relevante tiltak er det viktig at brann- og redningsetatene er med på å vurdere og diskutere valg av dimensjonerende brannscenarier for nye jernbanetunneler både i lys av forskningskunnskap, erfaring fra erfarte hendelser og status med hensyn til framtidig utforming av tunneler og tog.

Krav til rullende materiell

TSI for “Locomotives and passenger rolling stock” (TSI Loc & pas)

Dette er en TSI som setter interoperabilitetskrav til lokomotiver og passasjertog som skal brukes på det trans-Europeiske nettet. Krav knyttet til brannsikkerhet og evakuering finnes i kap 4.2.10.

Denne TSI-en er noe nyere enn TSI for SRT og har derfor inkludert ytterligere spesifiserte tiltak knyttet til materialkrav for rullende materiell (TSI for Loc & pos 4.2.10.2) og brannskiller i tog (TSI for Loc & pos 4.2.10.5).

Branntekniske normer standarder for tog

Det finnes ulike branntekniske normer og standarder for konstruksjon, utrustning og materialvalg i tog. Tidligere har NSB fulgt UIC 564-2 og Trykk 408 som har vært den norske tilpasningen av UIC 564-2. I tillegg har disse standarder vært supplert av tyske og britiske standarder og normer når det gjelder spesifisering av materialbruk og branntester av materialer og produkter.

CEN/CENELEC prEN 45545

Den europeiske standardiseringsorganisasjonen CEN/CENELEC har i en periode arbeidet med en ny brannteknisk standard EN 45545 for tog, blant annet for å avløse nasjonale standarder og UIC 564-2 som er en bransjestandard og ellers supplere TSI-ene vedrørende teknisk og praktisk oppfylling av TSI-enes funksjonsrettede krav.

EN 45545 er oppdelt i sju delpublikasjoner som følger:

  • Part 1: General
  • Part 2: Requirements for fire behaviour of materials and components
  • Part 3: Fire resistance requirements for fire barriers and partitions
  • Part 4: Fire safety requirements for railway rolling stock design
  • Part 5: Fire safety requirements for electrical equipment including that of trolley buses, track guided buses and magnetic levitation vehicles
  • Part 6: Fire control and management systems
  • Part 7: Fire safety requirements for flammable liquid and flammable gas installations

De fleste av delene finnes fortsatt kun som pre-versjoner, dvs de er ikke formelt godkjent i henhold til standardorganisasjonens godkjenningsrutiner, men de er allerede i bruk for konstruksjon av nye tog.

Brannteknisk status for rullende materiell i Norge i dag og i framtida

NSB - Flirt

Hovedmateriellet i NSBs framtidige trafikk i Østlandsområdet blir de nye Flirt-togene som er under leveranse fra Stadler Bussnang i Sveits. NSB får i løpet av de nærmeste år levert 50 nye togsett (24 regiontog (Type 74) og 26 lokaltog (Type 75))

•Type 74 (regiontog) har seter for 264 passasjerer •Type 75 (lokaltog) har seter for 295 passasjerer

I tillegg har NSB opsjon på bestilling av ytterligere 100 Flirt-tog.

De nye Flirt-togene er bygd i henhold til brannsikkerhetskrav i EN-45545 1-7 og tilfredsstiller kravene til Category B tog nevnt i TSI for SRT 1.1.3.2., dvs. alle avvik er formelt behandlet. Dette er materiell som tilfredsstiller de strengeste krav for tunneltrafikk.

Eksisterende NSB-materiell i trafikk

Av eksisterende eldre materiell ser NSB for seg følgende status i de nærmeste år og henholdsvis fram mot 2021 og 2031:

Endringer de nærmeste år:

  • I 2014 er 69 A/B ute av drift. (69 A/B forsvinner med implementeringen av Type 75.)
  • I løpet av de påfølgende år forsvinner også ikke ombygde Type-5, 69D-I, G
  • Type 70 vil over tid, dvs. etter ferdigstilt Flirtleveranse, forventes kun å gå i innsatstog, dvs morgen og ettermiddagsrush henholdsvis til og fra Oslo.
  • I 2021forventes følgende materielltyper å være ute av drift:
    • 69D-II og 69C-II
    • Type 92
    • Di 4
    • WLAB-2

Følgende av dagens materielltyper forventes å være i drift fra 2021 med levetid minst til 2031:

  • Flirt (Type 74 & 75)
  • Type 72
  • Type 73A & B
  • El 18
  • Ombygde/oppgraderte Type B5
  • Oppgraderte Type B7
  • Type 93

De senere år har NSB brukt store midler på totalfornyelse av store deler av eksisterende materiell. Dette gjelder blant annet passasjervogner av Type 5 og Type 7 samt deler av materiellparken av eldre elektriske motorvogner.

Ved oppgraderinger av materiell har man fulgt spesifikasjoner i tidligere Trykk 408 som er en norsk utgave av UIC 564-2.

Forskjell mellom Trykk 408 og UIC 564-2 går på følgende:

  • norske tog er halogenfrie mht kabelisolasjon og andre plastprodukter
  • termisk isolasjon skal så langt mulig være ikke brennbar
  • testmetodene ved antenning er noe annerledes (men testmetodene er snarere forskjellige enn at den ene er mer konservativ enn den andre).

Man har bare i liten grad data mht giftighet i røyk fra branntester av interiør og lignende med unntak av for Type-74 og Type-75.

Indre brannskiller

  1. De fleste materielltyper har endedører mot overgang til nabovogn som har 15 min brannmotstandsevne, dvs til sammen 30 min brannmotstandsevne fra en vogn til den neste  
  2. For B7 personvogner: Det er endedører mot yttergang, men disse er ikke branndører med testet brannmotstandsevne. Overganger i yttergang mellom to vogner er generelt uten dører. Internt i vogna er det kun seksjonering mellom himling og yttervogn – dvs at uforbrente branngasser kan ikke spre seg fra en ende av kupeen til en annen over himlingen.

I brannen på Hallingskeid sommeren 2011 sto en av vognene i sin helhet inne i et parti av snøoverbygget som var bygd av betong og var ikke utsatt for ekstern brannpåvirkning. Denne vogna hadde ikke nevneverdig brannskade dvs. brannen spredde seg ikke gjennom vognskillene mot den vognen som ikke var utsatt for ekstern brann.

Nødutganger

I norske tog har man nødutganger “overalt”:

  • Dører kan nødåpnes med mekanisk åpningsinnretning
  • Type 73 har et stort panoramavindu som kan skyves ut og fungere som nødutgang der Flytogets Type 71 har en dør.
  • Alt materiell unntatt Type 93 har også glassknusehammere eller slipplister etc i kupeene
  • Type 93 har vinduer som er limt til vognkassen og man får ikke vekk glasset om det knuses.

Overstyring av nødbrems

Overstyring av nødbrems krever branndeteksjon og kommunikasjon: Dette er installert, eller blir installert, i forbindelse med pågående prosjekter på de fleste tog. Tog med lokomotiv og vogner vil ikke ta dette i bruk før alt materiell er klargjort for dette å få lik operativ prosedyre på alle tog med lokomotiv og vogner.

Innen 2014 skal man ha dette på alt materiell, med unntak av Type 92 og 69 (69C-II har) som uansett vil tas ut av drift innen 2021.

Løsing av bremser etter nødbremsing

Ved spenningsløs kontaktledning

På grunn av små forrådsbeholdere i trykkluftsystemet på Type 73 kan det være problemer å få løst ut bremser etter nødbremsing på Type 73 når kompressor ikke er i drift og hele bremse-ledningen er tømt for trykkluft. Dette er ikke et generelt problem for andre NSBs tog.

Ved nødbremsaktivering fra publikumsarealer

For tog som ikke har system for nødbremsoverstyring kan en løsing av trykkluftbremser som er blitt aktivert gjennom nødbremsehåndtak i publikumsarealer være et problem som forsinker videre ferd, slik det er vist ved enkelte ulykkeshendelser deriblant Hirschengrabenulykken.

Flytoget

Flytogets materiell Type 71 er i stor grad likt med Type 73 og ble levert over samme lest, selv om det er noen mindre forskjeller, spesielt med hensyn til antall dører hvor Type 71 har 2 dører per vogn mens Type 73 har kun en dør per vogn.

Oppsummering av status for norske tog

På fornyet materiell er det stort sett gjennomført en intern totalfornyelse av alt av innredning og bekledning hvor brannhemmende materialer er brukt. Dette materiellet skiller seg derfor ikke vesentlig fra de krav som stilles i TSI for SRT samt TSI for Loc & Pas eller kravene i EN 45545 1-7. Forskjellen på gamle og nye tog i forhold til TSI-krav for Category B går først og fremst på tilfredsstillelse av spesielle krav for å ivareta evnen til å kjøre ut av tunnelen – ikke brannutviklingskurven i seg selv, men selv uten formell oppfyllelse av Category B krav i TSI vil det normalt være god framdriftsevne ved de fleste branntilløp.

En kan derfor konkludere at for tog som skal være i drift fra 2016 og utover holder innredning og innerbekledning i dagens norske persontog god brannsikkerhetsstandard. De eldre togene er blitt oppgradert med brannhemmende materialer og det er ikke forventet stor forskjell i brannutvikling i en brann i et nytt eller et gammelt tog. I erfarte branner/ branntilløp har man opplevd at stolene ikke har tatt fyr ordentlig, f.eks. på Bratsbergbanen 9.9.2010. Brannutviklingen vil i stor grad være dominert av bagasjemengde og bagasjeinnhold. På visse strekninger kan innhold i bagasje også være en utfordring.

Operative forskrifter

TSI for drift og trafikkstyring

Blant kravene her er at det i samarbeid med togoperatører og redningsvesen skal utarbeides beredskapsplaner knyttet til håndtering av situasjoner som:

  • brann i tog
  • evakuering av tog
  • ulykker i tunnel

Overordnet samsvarer dette med de krav brannvernloven og “forebyggendeforskriften” stiller i Norge.

Erfaringstall

Tunnelandel av jernbanenettet

Tunnelandel av det norske linjenettet

Det er en omfattende bestand av jernbanetunneler i Norge hvor ca. 8 % av jernbanenettets lengde er forlagt i tunneler.

Hvor stor andel av togtrafikken i Norge som går i tunnel er mer utfordrende å beregne. Tradisjonelt har Bergensbanen, Sørlandsbanen og Nordlandsbanens nordre del samt sidelinjer som Flåmsbanen hatt stor tunnelandel. Eksempelvis er tunnelandelen bortimot 50 % fra Finse mot Bergen og mellom Kristiansand og Moi på Sørlandsbanen. Østlandet og Trøndelag har tradisjonelt hatt langt lavere tunnelandel, og på Dovrebanen på strekningen Lillestrøm – Trondheim er tunnelandelen bare ca. 2 %.

Siden 1970-tallet med åpningen av Lieråsen tunnel har tunnelandelen rundt Oslo økt med flere nye og lange tunneler som Lieråstunnelen, Oslotunnelen, Romeriksporten, Bærumstunnelen, Tanumtunnelen og Skaugumtunnelen. På den høyt trafikkerte strekningen Drammen-Lillestrøm er det i dag ca. 75 % tunnelandel for hovedparten av togene. Også for andre deler av nettet.

Grove overslag på dagens trafikk i Norge antyder en tunnelandel på over 10 % på utførte persontogkm for landet som helhet og mye over dette for enkelte togtyper i Oslo-området. Spesielt tog som kjører hele eller deler av strekningen Drammen–Lillestrøm på de nybygde dobbeltsporene får høy tunnelandel.

Tunnelandel av linjenettet i Europa

Tunnelandelen på linjenettet i Europa varierer mye. Fjelland som Sveits, Østerrike og Italia har omtrent 10 % tunnelandel på sine nett, mens den ligger mye lavere i land som Tyskland, Spania, Polen, Frankrike, Nederland og Belgia, samt våre nordiske naboland. Men også i land som Spania, Tyskland, Danmark og Nederland er det i de senere år bygget mange og lange tunneler på enkelte av de nye høyhastighetsbanene. I tillegg er det lange tunneler på S-tognettet i flere tyske byer.

Det er derfor rimelig å anta en tunnelandel for persontrafikken i Europa (EU27 + CH + No) på i størrelsesorden 3-4 % av antall persontogkm.

Evakuering ved brann i tog

Primært er det ønskelig at tog kjører fram til en stasjon for evakuering hvor det både er enklere å evakuere toget og som oftest bedre tilgjengelighet for brannvesenet for å gjennomføre brannbekjemping og slukking.

Erfaringstall viser at det er bare i 5 – 25 % av brannhendelsene som togene må stoppe på linjen. Ved å overføre de samme erfaringsdata til tunnel betyr det at 5 - 25 % av togene med brann ikke vil være i stand til å kjøre ut av tunnelen. Det er rimelig å anta at risikoen for å måtte stopp i tunnel øker med tunnellengden. Det antas at en brann oppstår tilfeldig med konstant sannsynlighet per togkm mens toget er i tunnelen og at sannsynligheten for å få en stoppende feil øker med 3 % per km toget er i tunnelen. Den prosentvise sannsynligheten for ikke å kunne kjøre ut av en tunnel avhengig av tunnellengden blir da som vist i figuren under. I framtiden med kun Kategori B-tog i tunneler burde dette tallet bli lavere.

Togstopp.png

Figur: Prosentandel av tog som stopper i tunnel ved brannhendelse i tog i tunnel

Hastighet ved innkjøring (stasjon foran tunnelen), stigningsforhold og signalplassering kan påvirke muligheten for å kjøre ut av tunnelen, og for tunneler hvor slike forhold avviker fra normalen bør spesielle vurderinger gjøres.

Videre viser hendelseserfaringer fra persontog i brann som har stoppet på linjen utenfor stasjon eller i tunnel at dette ikke behøver å innebære at brannen er spesielt omfattende, men en mindre brann kan skyldes en teknisk feil som gjør at toget mister framdriftsevne, og derfor stopper om linjen har stigning på strekningen. 3 av 4 dvs. (75 %) av togene med brann som stopper i tunnel antas å tilhøre gruppen av begrensede branner som uansett ikke vil lede til noen alvorlig katastrofebrann. De resulterende 25 % av de som stopper i tunnel antas å omfatte brann i innredning som i verste fall kan utvikle seg til en total utbrenning av den berørte vognen.

Ved plassering av innkjørhovedsignaler i tunnel vil tog kunne få stopp i signalet og for et brennende tog kan det medføre avbrenning av kontaktledning med avskjæring av muligheter for å kjøre videre.

Det kan derfor være formålstjenlig om man tok hensyn til dette ved lokalisering av rømningsutganger. Dette gjelder da innkjørsignaler til stasjoner eller sporsløyfer.

Brann i godstog

De fleste branner i godstog skjer i lokomotivet. Når det oppstår brann i lasten er antennelseskilden ofte et overslag fra kontaktledningen. Hvis kortslutningen blir stående over en lengre periode medfører det permanent utkobling av kontaktledningen. Da kan man risikere at tog blir stående i tunnelen, men mer normalt er det nok at brann i last i godstog ikke oppdages på lokomotivet før brannen er godt utviklet. På grunn av fare for brannspredning til omgivelsene og verdisikring av rullende materiell og last bør et brennende godstog stoppes så snart som mulig med tanke på brannslukking, men det vil normalt alltid være bedre å kjøre ut av en tunnel enn å stoppe i tunnelen hvor mulighetene for brannslukking er mye vanskeligere. Så lenge toget ikke stopper er det heller ingen fare for at kontaktledningen brenner av.

Om et godstog med brann i lasten til tross for dette skulle komme til stopp i en tunnel vil det normalt ikke være persontog i nærheten og det vil være tid til å evakuere persontoget før godstogbrannen skaper problemer for evakueringen.

Godstogbranner er derfor vurdert til normalt å ikke være dimensjonerende for evakuering i tunnel. De fleste branner i forbindelse med framføring av godstog er i lokomotivet og brannintensiteten er tilsvarende et persontog. Kombinasjonen av en stor godstogbrann med større brannintensitet angitt i figur i Dimensjonerende brannscenario ved brann i kupé og som også involverer et persontog er vurdert som svært sjeldent scenario og vil derfor ikke være et dimensjonerende evakueringsscenario.

Tunnelbranner - tester og erfaringer

Status i dag – eksperimentelle forsøk

Opp gjennom årene er det blitt foretatt flere storskalaforsøk på brann i tunnel generelt og på brann i tog i tunnel spesielt. Ofte omtalte tester er EUREKA-testene foretatt i Repparfjord-tunnelen på 90-tallet, UPTUN-branntestene i Runehamartunnelen på 2000-tallet, og sist METRO-testene foretatt høsten 2011 i Sverige.

Testene nevnt over er forskjellige, både i forhold til hva slags kjøretøy man har utført branntesten på, samt hvilke parametere som er blitt variert i testene.

Noen særtrekk ved de forskjellige testene som kan nevnes:

EUREKA-testene i Repparfjord:

  • Forskjellige typer branntester – trepaller, bil, buss, togvogner osv. Videre omtale av EUREKA-testene i Repparfjord testene dreier seg kun om testene på togmateriell.
  • Forskjellige togtyper testet under ellers ganske like forhold (med andre ord forskjellige størrelser på vinduer, forskjellige materiale i hovedkonstruksjonen (stål eller aluminium), forskjellig innredning)
  • En av testene (FA3) har høy ventilasjonsrate
  • Alle testene har en viss trekk i tunnelen – men ikke brannventilasjon slik man ofte ser i tunneler i dag (ventilasjons-/trekkhastighet for testene unntatt FA3 er på ca 0.3m/s)
  • Tunnelen har et relativt lite tverrsnitt sammenliknet med tunneler som bygges i dag
  • Både CO- og CO2-nivåer ble målt nedstrøms brannen
  • Antennelsesmetode varierer. Det er brukt isoproanol i varierende mengder. I flere av forsøkene har man måttet tenne på om igjen med større mengder isopropanol.

UPTUN-testene i Runehamartunnelen:

  • Fokus på lastebilbranner – brann i last, snarere enn kjøretøy
  • Ingen branntester utført på togmateriell
  • Enkelte av testene utført med høy ventilasjonshastighet

Metro-prosjektet i Brunsbergtunnelen:

  • To forskjellige innredninger i samme type tog undersøkt – gammel innredning med lite bruk av brannhemmere, og ny ”state of the art” innredning med brannhemmere. Spesifikt er tak og vegger dekket med aluminimum (med de gamle veggene og takene bak)
  • Scenariet man undesøker er ildspåsetting av typen “hærverk” – (ikke “profesjonell” terrorisme), med antennelse ved at en liter brennbar væske (bensin) helles ut og antennes
  • Både CO og CO2-konsentrasjoner ble målt nedstrøms brannen, men ikke publisert per mai 2012.
  • Total teoretisk brannlast: Bagasje utgjorde ca. 7,2GJ.

Av testseriene omtalt over ansees EUREKA-testene og Metro-testene som mest relevante, da man i disse testene har testet togmateriell i tunnel.

I artikler som refererer til EUREKA-eksperimentene er sjelden informasjon om antennelse osv. angitt, så det er derfor foretatt en ny gjennomgang av den opprinnelige rapporten for å finne ut hvilke av eksperimentene som er mest representative. Resultatene fra denne gjennomgangen er oppsummert i følgende tabell.


Tabell: Oppsummering av EUREKA-tester

Navn på test Beskrivelse Beskrivelse av togvogn o interiør Beskrivelse av antennelses prosedyren Brannintensitet målt/beregnet CO og CO2 målt
F31 Subway car F3 (steel) Setene er “latest design in 90es ” – tak og likened er gammelt design. Lav total brannlast(32 GJ) – dvs. vognen var designet for kortdistanse trafikk. Vognen var 13 m lang. Først forsøkt antent med 0,4 kg isopropanol i setet. Brannen døde ut. Andre forsøk – antennelse med 0,7 kg isopropanol, og en dør åpen. Brannintensitet ikke målt/beregnet. Maks temperatur i tunneltak målt etter 18 min. Ja. Forhold mellom CO og CO2 målt i volum prosent ser fra grafen ut til å variere mellom 1:20 og 1:10
F51 Half Railway Car F5 Setene er “latest design in 90es ”. Tak og vegger er umettet polyester glassfiber. Gulv er lineolum på treverk. Vognen var 13 m lang. Total brannlast var 15 GJ. Antent med 6,2 kg isopropanol Brannintensitet ikke målt/beregnet. Maks temperatur i tunneltak målt etter 26 min. Ja. Forhold mellom CO og CO2 målt i volum prosent ser fra grafen ut til å variere mellom 1:20 og 1:10
F61 Half Railway Car F6 Ingen seter? Tak og vegger er PF glassfiber. (“future design”) Gulv av typen “gammelt”, dvs. lineolum på treverk. Vognen var 13 m lang. Total brannlast var 12 GJ. Først antent med 6,2 kg isopropanol. Andre antenning er med 12,3 kg isopropanol. Brannintensitet ikke målt/beregnet. Maks temperatur i tunneltak målt etter 8 min på den andre antennelsen. Ikke rapportert.
FA3 Joined Railway Car F2al og F7 – third ignition F2al hvor antennelsen har moderne seter, F7 har ikke. I tillegg har man i den tredje antennelsen lagt til mengder med 360 “wood sticks” i F7 (tilsv. at brannlasten representer 60-70 seter istedet for de 36 som er der) og 125 "wood sticks" i F2al. Total brannlast uten woodsticks er 57 GJ, 14,6GJ i F2al og 42,8 GJ i F7. Total lengde er 15 m Første og andre antenning fører ikke til overtenning. Det blir brukt 4 brett med isopropanol – men mengden er ikke angitt. Til tredje antenning så legger man til treverk – også rett over antennelseskildene. To antennelseskilder – en på 0,2kg og en på 0,4kg isopropanol De første 40 minuttene av den tredje antennelsen, er det mindre enn 5 MW. Så vokser intensiteten raskt til 45 MW etter 52 minutter, for så å falle eksponentielt ned til under 5 MW etter 65 minutter. En midling over perioden mellom 45 og 60 minutter ville gi en midlet last over dette kvarteret på ca. 25 MW. I tidsperioden fra 40 til 65 minutter er ventilasjonshastigheten høy, men det er uklart om den er 3-4 m/s eller 6-8 m/s. Ja. Forhold mellom CO og CO2 målt i volumprosent ser fra grafen ut til å variere mellom 1:20 og 1:10
FS2 Railway Car F2st second ignition Moderne tysk ICE vogn (moderne i 90-årene). 26 meter lang, total brannlast 62 GJ Første antennelse: 6,2 kg isopropanol. Dør ut etter 18 min uten flash over. Andre antennelse: 12,4 kg isopropanol, legger til 170 “woodsticks” rundt antennelseskilden, et vindu åpent Ligger stabilt på en 7-8 MW etter 15 minutter. Øker opp mot 15-20 MW etter 80 minutter. Ja. Forhold mellom CO og CO2 målt i volum prosent ser fra grafen ut til å variere mellom 1:20 og 1:10
F11 Railway Car F1 Total brann last I samsvar med IC standard, brennbarhet og tilsvarende karakteristikker I henhold til “gammelt design”. 26 meter lang, total brannlast 77 GJ 6,2 kg isopropanol De tyske estimatene: Topp på ca. 8 MW etter 25 minutter, deretter stabilt på ca. 5 MW, før en ny topp på ca. 10 MW etter 100 minutter.

De svenske estimatene: en topp på ca 13 MW etter 25 minutter, deretter stabilt på ca. 5 MW før en ny topp på ca. 12 MW etter 100 minutter. En midling ville gi en last på ca. 9 MW fra 20 minutter og utover. ||

F42 Subway Car F4 (aluminium) Second ignition Setene er av typen “latest design” (i 92). Resten av interiøret er av typen “gammelt design.” 18 meter lang, Total brannlast 41 GJ Første antenning er med 0,7 kg isopropanol i to små kontainere. Brannen dør ut etter 20 min uten å ha hatt noen flash over. Andre antenning er ved 6,2 kg isopropanol. Etter antennelse med 6,2 kg isopropanol skjer brannutviklingen raskt, etter å ha nådd sitt maksimum minsker den raskt: Tysk metode for å fastsette HRR gir maks på 23 MW etter 10 min. Etter 18 minutter er brannen redusert eksponensielt ned til 5 MW, etter 30 minutter under 1 MW. Svensk metode for å fastsette HRR gir maks på 35 MW etter 7 min. Etter 30 minutter er brannen redusert eksponensielt ned til 5 MW, etter 100 min. under 1 MW. En mulig midling ville være å si 20 MW i 30 minutter. Forholdet mellom CO og CO2 varierer sterkt gjennom brannen.

Basert på gjennomgangen er det funnet at av EUREKA-testene er test FA3 og FS2 mest representative, da de i større grad enn de andre testene gjenspeiler dagens standarder for materialer osv. Begge testene var brenselskontrollerte, med unntak av en kort periode ca. 80 minutter ut i brannen i FS2.

Man kan argumentere for at testen FA3 ikke skulle vært valgt da deler av vognen er av gammel type og det ble lagt til mye “wood sticks” for å få i gang brannen. Det er allikevel valgt å ta den med da man kan argumentere for at det ekstra treverket representerer bagasje, og antennelsen var i vogndelen med nyere interiør. En annen vektig grunn til å ta den med er at den ble utført med brannventilasjon – i motsetning til de andre togtestene i EUREKA.

I samtlige forsøk var det nødvendig med en viss mengde brennbar væske for å få brannen i gang:

  • I FS2 prøver man først å utvikle brannen ved å tenne på 6,4 kg isopropanol. Dette fører ikke til overtenning men en meget begrenset brann som dør ut av seg selv. I andre forsøk tenner man på 12,3 kg isopropanol – og man får en brannutvikling som er den som er rapportert i artikler for dette caset
  • I FA3 har man først to antennelsesforsøk med 4 samlede bokser med isopropanol (mengde ikke angitt). I det tredje forsøket plasserer man isopropanolen ved to forskjellige lokasjoner – under de tilsatte “woodsticks”. Da får man brannutvikling med kun 0,6 kg isopropanol totalt.
  • I Test 3 i METRO-prosjektet starter man brannen ved å antenne 1 liter bensin som er sølt ut utover et sete.

Dimensjonerende brannscenario ved brann i kupé

Utviklingsfase

Basert på disse tre testene, som er utført både med og uten ventilasjon i forskjellige størrelser på tunneler, foreslås følgende representative brannforløp ved brann i kupé som leder til full overtenning for tog med moderne innredning i brannhemmende materialer tilsvarende det som gjelder for tog som vil være i drift i Norge etter at tunneler som i dag er på planleggingsstadiet kommer i drift:

0-20 minutter: Lineær økning fra 0 til 5 MW (basert hovedsakelig på test FS2, som har den høyeste brannintensiteten og raskeste utviklingen av de 3 testene i denne tidlige perioden)

For bruk i beregninger foreslås det å bruke en brennverdi på togmaterialet (seter etc.) på 25 MJ/kg. Konservativt foreslås det i evakueringsøyemed å legge til grunn en CO emisjon på 0.2 kg/kg forbrent materiale for denne tidsperioden fra 0 til 40 minutter. Dette er i tråd med 1:10 forholdet mellom CO og CO2 som man ofte så i EUREKA-testene. Det innebærer at man ved 5 MW brann danner 0.04 kg/s av CO.

Konservativt foreslås det å i evakueringsøyemed å legge til grunn en CO emisjon på 0,2 kg/kg forbrent materiale for denne tidsperioden fra 0 til 40 minutter. Dette er i tråd med 1:10 forholdet mellom CO og CO2 som man ofte så i EUREKAtestene.

20-40 minutter: Stabil brann på 5 MW

40-44 minutter: Brannvekst med 10MW/minutt opp til 50 MW (Peakverdi er basert på test FA3 og Metrotest 3, men tidspunkt for peak er basert på test FA3))

For denne perioden bør man legge til grunn en lavere emisjon av CO, da man for å få en så høy intensitet sannsynligvis må ha en mer fullstendig forbrenning. Dette punktet bør oppdateres etter at nye resultater fra METRO prosjektet foreligger.

44-60 minutter: Stabil brann på 50 MW

Det dimensjonerende brannforløpet er tegnet opp fram til maksimum i figuren under. Når det gjelder indikativ verdi på maksimum vises til tabellen under.


Brannintensitetskurve.png

Figur: Brannutviklingskurve for moderne persontogmateriell med brannhemmende egenskaper

Brannutviklingen i den første fasen ansees som et representativt case uavhengig av ventilasjonsrate og størrelse på tunnel. Den første perioden er brannintensiteten så lav og styrt av de brannhemmende egenskapene til innredningen at ekstern ventilasjonsrate og størrelse på tunnel antas å ikke ha noen avgjørende betydning.

Nivå på maksimum HRR avhengig av tverrsnitt og ventilasjon

Når det gjelder hvor intenst maksimumsverdien som starter å bygge seg opp etter 40 minutter blir, vil sannsynligvis tunnelutforming og ventilasjonsrate ha betydning. Siden dette kommer etter en lang utviklingsfase er nivået her mindre viktig for evakueringsanalysen. En brannintensitet av den størrelsen man så i METRO-prosjektet er neppe mulig å oppnå uten mekanisk ventilasjon.

I tillegg er det grunn til å tro at brannintensiteten går ned med økende tunneltverrsnitt pga. svakere tilbakekobling fra brannen.

En grov indikasjon på det maksimale HRR-nivået som kan forventes ved persontogbranner for ulike tunnelkonsepter og ventilasjonsforhold er antydet i tabellen under.

Tabell: Indikasjon på maksimum brannintensitet avhengig av tverrsnitt og ventilasjon

Ventilasjonsforhold Indikert maksimal brannintensitet (MW) for ulike tunnelkonsepter
Enkeltsporet tunnel Dobbeltsporet tunnel
Ventilasjon: < 1 m/s2 (ikke mekanisk ventilasjon) 50 40
Ventilasjon: 1 – 3 m/s2 50-100 40-80

Dimensjonerende brannscenario ved brann utenfor kupé

I flertallet av persontogbrannene, og ikke minst de branner hvor tog stopper i tunnel er det ofte ekstern utrustning som enten ligger i boggi, under vognen, på taket, eller i egne brannceller som brenner.

I slike tilfeller blir maksimal brannintensitet lavere og vil neppe overstige 5 MW under hele brannforløpet for elektriske persontog. Tester i Metro-prosjektet ga et maksimum på 0,5 MW (500 kW).

Bestemmende brannscenarioer og sannsynlighetsberegninger

Basert på de dimensjonerende brannscenarioene er det utarbeidet bestemmende branncenarioer som skal legges til grunn for beredskapsanalysen for evakuering og skade på konstruksjon.

Brannutviklingen i den første fasen ansees som et representativt case uavhengig av ventilasjonsrate og størrelse på tunnel. Den første perioden er brannintensiteten så lav og styrt av de brannhemmende egenskapene til innredningen at ekstern ventilasjonsrate og størrelse på tunnel antas å ikke ha noen avgjørende betydning.

Selve evakueringsscenariet starter først når toget har stoppet. For selve evakueringsanalysen, er det derfor satt opp en tidsforskjøvet versjon av figuren over – hvor man har antatt at toget ikke stanser før etter 10 minutter – når brannen har nådd 5 MW. Dette gir brannkurven som vist i figuren under.

Brannintensitetskurve 2.png

Figur: Brannutviklingskurve for moderne persontogmateriell med brannhemmende egenskaper til bruk i evakueringsanalyser. Toget er stoppet opp ved Tid = 0 minutter.

Evakueringsscenario

Følgende parametre legges til grunn:

  • Brannintensitet: 5 MW
  • Tømmetid for tog: 5 min.
  • Rømningshastighet: 0,8 m/s
  • Ingen mekanisk ventilasjon i evakueringstiden

Tømmetid for tog

I NS 3901 (Risikoanalyse av tunneler og underjordiske anlegg for t-bane og jernbane) er det beskrevet en tømmetid for tog på 5 min. Tiden representerer et konservativt anslag basert på erfaringer fra øvelser i jernbanetunneler.

Ganghastighet

Det er gjort en del forsøk der evakueringshastighet i tunneler har blitt registrert. Rapporten Fire evacuation in underground transportation systems: a review of accidents and empirical research refererer til følgende forsøk:

Referanse vsnitt (m/s) Merknad
Norén and Winér (2003) 1,37 Veitunnel med noe røyk
Frantzich (2000) 0,5-1,0 Metrotunnel med røyk, ikke nødlys
Frantzich (2000) 1,0-1,45 Metrotunnel med røyk, med nødlys
Frantzich and Nilsson (2004) 0,2-0,8 Veitunnel med irriterende røyk, med og uten nødlys

Skade på tunnelkonstruksjon

  • Brannintensitet: 25 MW
  • Temperatur-tid-kurve: Eureka

Sannsynlighetsvurderinger

Brann i persontog

Hendelsestre for brann i persontog er gitt som følger:

Evakuering.jpg

Figur: Hendelsestre for brann i persontog der brannen ikke slukkes

Resultateksempler

Basert på de brannfrekvenser, utkjøringssannsynlighetene, og en antagelse om at 25 % av alle stoppende branner i tunnele har potensialet for å bli en alvorlig kupébrann, er sannsynlighet for de ulike brannscenariene for persontog beregnet for noen typiske tunnellengder basert på et trafikknivå på 100 tog per døgn over 350 fulltrafikkdøgn per år.

Oppsummerte inngangsdata blir da:

  • Brannfrekvens i nye tunneler med stort hastighetsnivå: 2∙10-8/togkm.
  • Andel tog som stopper i tunnel: Se figur
  • Andel av branner i stoppende tog med potensiale for full overtenning vs. andre branner: 25 %
  • Antall persontog per døgn: 100
  • Ekvivalent antall fulle driftsdøgn: 350
Tunnellengde (km) Togkm/år Brannfrekvens pr. 100 år i tunnel Andel tog som stopper i tunnel Frekvens over 1000 år i forhold til maks. brannstørrelse
Maks. 5 MW 40–100 MW
2
70 000
0,14
0,05
0,05
0,016
5
175 000
0,35
0,09
0,24
0,08
10
350 000
0,7
0,17
0,87
0,29
15
525 000
1,05
0,24
1,9
0,63
20
700 000
1,4
0,31
3,3
1,1

Tallene i tabellen er basert på 100 tog per døgn i tunnelen. For andre trafikknivåer kan tallene skaleres proporsjonalt. Tallene kan ikke brukes for tunneler med stasjon i tunnelen eller like foran tunnelen, eller for tunneler med innkjørsignaler eller andre hovedsignaler som ikke er rene blokksignaler. Tallene bør også brukes med forsiktighet for tunneler med sterk stigning og stor høydeforskjell mellom portaler.

Detaljert beregningseksempel for Oslotunnelen

Et eksempel på en sannsynlighetsvurdering for en brann i et persontog i Oslotunnelen er vist nedenfor. Sannsynlighetsvurderingen legger til grunn en brannfrekvens på ca 1,1 x 10-7 per togkm som viser til statistikk for perioden frem til 2008 fra Statens jernbanetilsyn i Norge og Banverket i Sverige. Ut i fra en trafikk på strekningen (ca. 650 tog/døgn, 3,66 kilometer) tilsier dette en brann hvert 10. år i Oslotunnelen.

Frekvensene for evakuering gitt brann er basert på faktorer som:

  • om brann/røykutvikling er kjent (eller om tog kjører videre)
  • tilgang på brennbart materiale og tennkilder (påvirker om brann sprer seg)
  • eksplosjon/røykutvikling (påvirker om brann eller røyk sprer seg)
  • trafikkbilde (påvirker behovet for evakuering av andre tog og om tog har fri vei til å kjøre ut)
  • om tog kan flyttes eller ikke (påvirker andel av hendelser som krever evakuering)

For disse hendelsene er frekvenser anslått på basis av det tall- og hendelsesmateriale som er tilgjengelig. Frekvensene er anslått som 90% - 10% (hendelse inntreffer ofte), 70% - 30% (mer sannsynlig at hendelse inntreffer enn ikke) eller 50% - 50% (like sannsynlig at hendelse inntreffer som at den ikke inntreffer).

Hendelse Varsling Lokal evakuering Spredning Togstopp Røyk i tunnel Evakuering Konsekvens Sannsynlighet pr. år
Brann i persontog (0,1 pr. år = hvert 10. år) Kjent (90%) Til nabovogn (90%) Brann slukkes (50%) Tog kjører ut (100%) Ingen evakuering i tunnel 0,0405 (hvert 25. år)
Brann utvikles i tom vogn (50%) Tog kjører ut (90%) Ingen evakuering i tunnel 0,03645 (hvert 27. år)
Tog stopper (10%) Lite røyk i tunnelen (70%) Kontrollert evakuering (90%) Kontrollert evakuering 0,00255 (hvert 400. år)
Reisende tar seg ut selv (10%) Personer i spor og kontrollert evakuering 0,00028 (hvert 3500. år)
Røyk i tunnelen, brann utvikler seg (30%) Kontrollert evakuering (70%) Kontrollert evakuering med røyk/komplikasjon 0,00085 (hvert 1200. år)
Reisende tar seg ut selv (30%) Personer i spor og kontrollert evakuering med røyk/komplikasjon 0,00036 (hvert 2700. år)
Ingen evakuering i tog (10%) Brann slukkes (50%) Tog kjører ut (100%) Ingen evakuering i tunnel 0,0045 (hvert 225. år)
Brann utvikles i vogn med passasjerer (50%) Tog kjører ut (90%) Ingen evakuering i tunnel 0,00405 (hvert 250. år)
Tog stopper (10%) Røyk i tunnel (50%) Kontrollert evakuering (70%) Brennende persontog i tunnel. Kontrollert evakuering med røyk/komplikasjon 0,00016 (hvert 6000. år)
Reisende tar seg ut selv (30%) Brennende persontog i tunnel. Personer i spor og ukontrollert evakuering med røyk/komplikasjon 0,00007 (hvert 15000. år)
Røyk i tunnel og brann utvikler seg (50%) Kontrollert evakuering (70%) Brennende persontog i tunnel. Kontrollert evakuering med røyk/komplikasjon 0,00016 (hvert 6000. år)
Reisende tar seg ut selv (30%) Brennende persontog i tunnel. Personer i spor og ukontrollert evakuering med røyk/komplikasjon 0,00007 (hvert 15000. år)
Ukjent (10%) Ingen evakuering i tog (100%) Brann utvikles i vogn med passasjerer (100%) Tog kjører ut (100%) Ingen evakuering i tunnel 0,01 (hvert 100. år)

Brann i godstog

I den sammme tunnelen er det gjort en sannsynlighetsvirdering av brann i et godstog. For godstog er brannfrekvensen (inkludert røykutvikling) langt lavere enn for persontog: 0,07 x 10-7/vognkm. Ut i fra dagens godstogtrafikk i tunnelen (ca. 20 tog i døgnet, 360 døgn/år, 3,66km) tilsier dette en brann hvert 5000 år.

Hendelse Varsling Spredning Eksplosjon Togstopp Evakuering Konsekvens Sannsynlighet
Brann i lokomotiv (0.00016 pr år) Kjent (90%) oppdaget av lokfører Tog stoppes før eller kjører gjennom tunnel (90%)
Tog stopper (10%) Ingen evakuering i tunnel. Øvrige tog ledes ut
Brennende godstog i tunnel. Øvrige tog ledes ut.
Ukjent (10%) lokfører er satt ut Tog stopper (100%) Ingen evakuering i tunnel. Øvrige tog ledes ut
Brann i godsvogn (0.00004 pr år) Kjent (70%) observert av lokfører eller meldt togleder Tog stoppes før eller kjører gjennom tunnel (90%)
Tog stopper (10%) Brennende tog i tunnel. Øvrige tog ledes ut.
Ukjent (30%) Brann sprer seg ikke (90%) Ingen eksplosjon (90%) Tog kjører gjennom (90%) Ingen evakuering i tunnel
Tog har stoppet Andre tog stopper/står Brennende godsvogner i tunnel. Kontrollert evakuering av andre tog. 0.000000972
Eksplosjon (10%) Tog stopper (100%) Andre tog stopper/står Eksplosjon i tunnel. Kontrollert evakuering av andre tog med røyk/komplikasjon 0.00000108
Brann sprer seg (10%) Ingen eksplosjon Tog kjører gjennom (70%) Ingen evakuering i tunnel
Tog har stoppet (30%) Andre tog stopper/står Brennende godsvogner i tunnel. Kontrollert evakuering av andre tog med røyk/komplikasjon. 0.000000588

Referanser

Hentet fra «https://jernbanekompetanse.no/w/index.php?title=Kriterier_for_valg_av_beredskapskonsept&oldid=3287»