Skuteczne systemy gaszenia pożarów w tunelach drogowych

Pożary w tunelach i konsekwencje tych zdarzeń

Punktem zwrotnym w zrozumieniu konieczności zapewnienia skutecznej ochrony przeciwpożarowej w tunelach drogowych był rok 1999, w którym doszło do tragicznego w skutkach pożaru w tunelu Mont Blanc na granicy Francji i Włoch. Prawdopodobną przyczyną było przegrzanie silnika samochodu ciężarowego. Ocenia się, że w szczytowym momencie szybkość uwalniania energii z pożaru (z ang. Heat Release Rate – HRR) osiągnęła poziom 190 MW, a temperatura wewnątrz tunelu przekroczyła 1000°C. Dopiero po 53 godzinach pożar udało się ugasić. W wyniku zdarzenia zginęło 39 osób, w tym jeden strażak biorący udział w akcji ratowniczej. Po tym zdarzeniu tunel wymagał gruntownej modernizacji, a jego przywrócenie do użytkowania nastąpiło dopiero po 3 latach!

W tym samym roku, w wyniku kolizji samochodów, doszło do pożaru w tunelu Tauern w Austrii, w którym zginęło 12 osób. W pożarze w tunelu św. Gottharda w Szwajcarii, gdzie w 2001 roku zderzyły się czołowo dwa samochody ciężarowe, zginęło 11 osób. Te oraz inne zdarzenia, jak m.in. pożar na stacji metra w Daegu w Korei Południowej w 2003 roku, w którym zginęło 189 osób, pokazały, jak tragiczny w skutkach może być pożar w tunelu zarówno dla przebywających w nim ludzi, jak i dla konstrukcji obiektu. Uzmysłowiły również, że pożary w tunelach mogą mieć znacznie większe rozmiary niż wcześniej sądzono. Przeprowadzone w 2003 roku testy pożarowe Runehamar potwierdziły, że HRR pożarów samochodów ciężarowych może osiągać poziom nawet do 200 MW!

Pożary w tunelach pokazują znaczące konsekwencje tego rodzaju zdarzeń, dlatego obiekty te powinny mieć akceptowalny poziom bezpieczeństwa dla wszystkich użytkowników. Podczas incydentu pożarowego przeżywalność w strefie pożaru zależy od tego, czy użytkownicy zdołają uciec do bezpiecznego miejsca. Ewakuację mogą utrudniać bardzo wysokie temperatury i ciepło promieniowania, brak odpowiedniej ilości tlenu czy wysokie stężenie w powietrzu produktów spalania, w tym gazów toksycznych. Warunki te mogą uniemożliwić skuteczną ewakuację. Dlatego tak istotne jest ograniczenie rozmiarów pożaru natychmiast po wykryciu zdarzenia, co zapewni użytkownikom tunelu możliwość bezpiecznej ewakuacji, jednostkom straży pożarnej skutecznego dogaszenia pożaru, a operatorom obiektu szybkiego przywrócenia go do dalszego użytkowania.

Tunele drogowe w Polsce

Tunele stają się coraz częstszym elementem krajobrazu drogowego w Polsce. Do 2020 roku mieliśmy 14 czynnych tuneli drogowych o łącznej długości ponad 6,5 tys. m. Z tego tylko jeden był zlokalizowany poza miastem – tunel Emilia w Lalikach, w ciągu drogi ekspresowej S1. W ciągu najbliższych dwóch lat łączna długość odcinków dróg przebiegających w tunelach zostanie niemal podwojona. W 2020 roku planowane jest otwarcie dwóch tuneli drogowych, a w 2021 roku kolejnych czterech, o łącznej długości blisko 6,2 tys. m. W budowie jest również tunel TS-26 w ciągu drogi ekspresowej S3 o długości 2300 m, którego otwarcie planowane jest na 2023 rok. A w planie jest kolejnych 7 tuneli o łącznej długości blisko 7,4 km. Są to m.in. tunele w ciągach dróg ekspresowych S1, S3 i S52.

Jeśli wszystkie planowane inwestycje zostaną zrealizowane, w ciągu najbliższych kilku lat ilość tuneli ulegnie podwojeniu, a ich łączna długość wzrośnie blisko 3,5-krotnie. Świadczy to o zwiększeniu średniej długości pojedynczego tunelu. Dotychczas najdłuższym tunelem drogowym w Polsce był tunel pod Martwą Wisłą w Gdańsku: 1377 m, a jedyny tunel pozamiejski miał długość 678 m. Długość będących w trakcie budowy tuneli na południowej obwodnicy Warszawy, Zakopiance i na odcinku Bolków-Kamienna Góra, będzie przekraczać 2000 m. Podobnie jak planowany tunel drogi ekspresowej S3 w Starych Bogaczowicach, zaprojektowany na 2290 m.

Dłuższe tunele generują większe wyzwania w zakresie bezpieczeństwa użytkowników i infrastruktury. Dużo łatwiej zapewnić bezpieczną ewakuację i opanować pożar w tunelu o długości 200 czy nawet 500 metrów. Wraz ze zwiększeniem długości tunelu pogarszają się warunki dla ewakuacji i ograniczona zostaje możliwość przeprowadzenia skutecznej akcji ratowniczo-gaśniczej. Utrudniony dostęp z zewnątrz dla jednostek straży pożarnej może spowodować rozwój pożaru do rozmiarów niemal niemożliwych do opanowania, skutkujących uszkodzeniami konstrukcji obiektu i koniecznością wyłączania go z użytkowania na dłuższy czas. Dlatego w dłuższych tunelach wymogiem powinna być instalacja stałych urządzeń gaśniczych, co już od ponad 30 lat jest praktykowane w Japonii czy Australii.

Bezpieczeństwo pożarowe w tunelach w Polsce w świetle obowiązujących przepisów

Wymagania względem bezpieczeństwa pożarowego w tunelach drogowych w Polsce regulują przepisy Dyrektywy 2004/54/WE z dnia 29 kwietnia 2004 r. i Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, z późniejszymi zmianami.

Dyrektywa 2004/54/WE określa jedynie minimalny poziom bezpieczeństwa użytkowników dróg w tunelach o długości powyżej 500 m w transeuropejskiej sieci drogowej. Jej przepisy ograniczają się do ogólnych zapisów dotyczących m.in. środków w zakresie infrastruktury, jak geometria tunelu czy liczba naw i pasów ruchu, dróg ewakuacyjnych i wyjść awaryjnych, dostępu dla służb ratunkowych, ogniotrwałości budowli i urządzeń czy wentylacji. Jednocześnie dyrektywa pozostawia państwom czlonkowskim swobodę w zakresie określenia bardziej rygorystycznych wymagań, jeśli tylko nie będą sprzeczne z jej zapisami. W Polsce wymagania te reguluje wspomniane wcześniej rozporządzenie MTiGM.

Zgodnie z zapisami rozporządzenia, konstrukcja nośna tunelu drogowego powinna posiadać nośność ogniową nie niższą niż 120 minut, określoną w odniesieniu do krzywej tunelowej temperatura-czas (§ 321 ust. 2).

Ponadto ściana lub strop rozdzielający nawy tunelu drogowego powinny posiadać odporność ogniową w zakresie szczelności ogniowej i izolacyjności ogniowej, określone w odniesieniu do krzywej tunelowej temperatura-czas (§ 321 ust. 5). Zapis ten pozwala chronić przed nadmiernym nagrzaniem m. in. drogi ewakuacyjne, biegnące wzdłuż tunelu.

Rozporządzenie określa również odporność ogniową drzwi przeciwpożarowych do zamykania wyjść awaryjnych (EI2 120; § 322b ust. 5) oraz urządzeń i instalacji, służących zapewnieniu bezpieczeństwa tunelu, na poziomach pozwalających zapewnić utrzymanie niezbędnych funkcji bezpieczeństwa w przypadku pożaru (§ 321a). Do instalacji tych należą m.in. oświetlenie awaryjne i sygnalizacja alarmowa oraz systemy wentylacji, odpowiedzialne za usuwanie dymu i ciepła z tunelu w sposób zapewniający bezpieczeństwo służbom ratowniczym oraz uniemożliwiający zadymienie i wzrost temperatury w czasie potrzebnym do ewakuacji ludzi. Wszystkie tunele z wentylacją mechaniczną do usuwania ciepła i dymu oraz pozostałe tunele o długości powyżej 500 m, muszą być wyposażone w system sygnalizacji pożarowej (§ 321b).

Przepisy rozporządzenia w zakresie bezpieczeństwa pożarowego tuneli dotyczą również kanalizacji deszczowej w tych obiektach. Powinna ona umożliwiać m.in. szybkie przejęcie cieczy łatwopalnych i odprowadzenie ich do specjalnych zbiorników zlokalizowanych poza tunelem, co ma zapobiec rozprzestrzenianiu się pożaru (§ 323).

W zakresie urządzeń gaśniczych rozporządzenie narzuca jedynie obowiązek stosowania gaśnic proszkowych 6kg w punktach alarmowych zlokalizowanych we wnękach ścian bocznych tuneli o długości powyżej 500 m (§ 322 ust. 3). Tunele te należy również wyposażyć w hydranty zewnętrzne naziemne, w sposób umożliwiający podłączenie do nich węży pożarniczych (§ 322c).

Jak widać, aktualne przepisy ograniczają się niemal wyłączanie do rozwiązań z zakresu biernej ochrony przeciwpożarowej. Mają one zapewnić trwałość konstrukcji tunelu oraz ułatwić ewakuację w przypadku pożaru. Należy jednak zwrócić uwagę, że rozwiązanie to niesie ze sobą również zagrożenia. Wysoka izolacyjność cieplna ścian i stropów, w połączeniu z relatywnie niewielką ilością otworów i dużym skumulowanym obciążeniem ogniowym sprawiają, że dynamika pożarów w tunelach jest bardzo wysoka. Niewielki pożar w bardzo krótkim czasie może rozwinąć się do rozmiarów uniemożliwiających podejście w pobliże ognia i przeprowadzenie działań ratowniczo-gaśniczych, co bezpośrednio przekłada się na liczbę potencjalnych ofiar śmiertelnych. W warunkach rozwiniętego pożaru nawet najbardziej wydajne systemy wentylacji i sygnalizacji alarmowej nie będą w stanie spełnić swojej roli. Dlatego tak ważne jest zapewnienie aktywnych zabezpieczeń przeciwpożarowych, które w krótkim czasie od wykrycia pożaru pozwolą go skontrolować oraz ograniczyć jego rozmiary i moc.

Ewolucja w rozumieniu znaczenia systemów gaśniczych dla bezpieczeństwa pożarowego tuneli drogowych

Stosowanie stałych urządzeń gaśniczych (SUG) w tunelach jest dyskutowane od wielu lat w The World Road Association (PIARC) oraz innych organizacjach międzynarodowych, zajmujących się transportem i infrastrukturą drogową. Konsekwencje pożarów z ostatniej dekady XX wieku i pierwszej dekady XXI wieku obnażyły niską skuteczność akcji gaśniczej prowadzonej przez jednostki straży pożarnej w przypadku rozległych pożarów o dużej mocy.  Nawet użycie specjalistycznego sprzętu, pozwalającego strażakom wytrzymać wyższe promieniowanie cieplne, przy pewnych poziomach temperatur gazu, padającego strumienia promieniowania cieplnego i czasu trwania narażenia, strażacy mogą nie być w stanie zbliżyć się do ognia, aby zmniejszyć jego rozmiar lub nawet znacznie zmniejszyć poziom wypromieniowanej energii. Należy przy tym zwrócić uwagę, że w warunkach panujących w tunelu wąż pożarniczy ma ograniczone możliwości wyrzucania strumienia wody. Strop tunelu ogranicza istotnie wysokość strumienia, co wymusza podejście jak najbliżej ognia i naraża strażaków na większe ryzyko. W raporcie podsumowującym szwedzki projekt badawczy, opublikowanym w 2005 r. stwierdzono, że walka straży pożarnej z pożarami o mocy powyżej 25 MW jest już bardzo utrudniona. A jak pisaliśmy powyżej, moc pożaru w tunelach z udziałem samochodów ciężarowych może dochodzić nawet do 200 MW! Ponadto akcja gaśnicza prowadzona przez straż pożarną wymaga czasu na dojazd jednostki oraz czasu na przygotowanie i rozpoczęcie działań gaśniczych. Umożliwienie swobodnego rozwoju pożaru nawet przez krótki czas może spowodować wzrost ognia do rozmiarów, które okażą się zbyt duże dla skutecznej interwencji straży pożarnej.

Ograniczone możliwości gaśnicze jednostek straży pożarnej oraz wyniki wielu pełnowymiarowych testów pożarowych dla tuneli, jakie przeprowadzono na początku naszego wieku, sprawiły, że zaczęto doceniać znaczące korzyści stosowania stałych urządzeń gaśniczych dla zwiększenia bezpieczeństwa pożarowego użytkowników tuneli, służb ratowniczo-gaśniczych oraz samych obiektów. Stanowisko to znalazło odzwierciedlenie w rosnącej ilości dokumentacji i wytycznych, które zaczęły pojawiać się w miarę pozyskiwania wiedzy technicznej na temat skuteczności stałych urządzeń gaśniczych w tunelach. Wiedza ta gromadzona była zarówno na podstawie testów przeprowadzanych na pełną skalę, w tym m.in. dla tuneli na drogach M30 w Madrycie czy A86 w Paryżu, jak również w wyniku analizy efektów zadziałania systemów gaszenia w rzeczywistych zastosowaniach.

Jedną z pierwszych dokumentacji, wskazującą zasadność instalowania stałych urządzeń gaśniczych w tunelach drogowych w celu poprawy warunków ewakuacji i prowadzania akcji ratowniczo-gaśniczej, był raport PIARC z 2008 roku. Zwracano w nim uwagę na skuteczność SUG w spowalnianiu rozwoju pożaru oraz ograniczaniu lub całkowitemu zapobieganiu rozprzestrzeniania się ognia pod warunkiem zapewnienia precyzyjnego sposobu detekcji.

Podobne wnioski płyną z wydanego w 2014 roku załącznika E do standardu NFPA. Zwrócono w nim uwagę, że stałe urządzenia gaśnicze wodne są wysoko cenione przez profesjonalnych strażaków z uwagi na skuteczność w kontrolowaniu pożaru w tunelu i ograniczenie rozprzestrzeniania się ognia. Wskazano przede wszystkim na efekt chłodzenia zarówno pojazdów, jak i konstrukcji tunelu. Jedną z konkluzji tego opracowania jest wytyczna, aby wodne systemy przeciwpożarowe włączać do ogólnych systemów bezpieczeństwa przeciwpożarowego w tunelach.

Do znanych opracowań na temat stosowania stałych urządzeń gaśniczych w tunelach należą również raporty z zakrojonych na szeroką skalę badań w ramach projektów UPTUN oraz SOLIT i SOLIT2. Szczególnie UPTUN był jednym z najbardziej kompleksowych europejskich projektów badawczych dotyczących ochrony przeciwpożarowej w tunelach. Wyniki badań prowadzonych w ramach tego projektu pozwoliły naukowo udowodnić skuteczność stałych urządzeń gaśniczych wodnych w kontrolowaniu pożarów w tunelach. Projekt wykazał, w jaki sposób obniża się temperatura wokół źródła ognia i utrudnia jego rozprzestrzenianie się przy zastosowaniu SUG.

Najnowszy raport PIARC z 2016 roku pt. „Fixed Fire Fighting Systems in road tunnels: Current practices and recommendations” jednoznacznie wskazuje, że prawidłowo zaprojektowane, zainstalowane, zintegrowane z innymi systemami bezpieczeństwa, uruchomione, przetestowane, obsługiwane i serwisowane stałe urządzenia gaśnicze, pozwalają skutecznie ograniczyć zasięg i moc pożaru w tunelu drogowym, znacząco zwiększając zdolności przetrwania osób ewakuujących się oraz personelu pogotowia ratunkowego wchodzącego do strefy pożaru, ułatwiając akcję gaśniczą jednostkom straży pożarnej oraz zwiększając odporność ogniową infrastruktury i ograniczając zasięg szkód, a tym samym skracając czas przywracania obiektu do normalnego użytkowania.

Korzyści ze stosowania stałych urządzeń gaśniczych w tunelach drogowych

Licznie przeprowadzone testy gaszenia oraz analiza efektów zadziałania systemów gaśniczych w tunelach, gdzie rzeczywiście były zainstalowane, pozwoliły wykazać szereg korzyści stosowania stałych urządzeń gaśniczych dla bezpieczeństwa pożarowego w tunelach drogowych. Wyniki pokazują, że systemy gaśnicze:

• zapewniają wczesne tłumienie i kontrolę zdarzenia pożarowego;
• opóźniają tempo wzrostu ognia, hamując wzrost temperatury powietrza i zmniejszając moc cieplną pożaru;
• usuwają ciepło z otoczenia pożaru poprzez chłodzenie obszaru wokół niego, co ogranicza zasięg promieniowania cieplnego i minimalizuje obszar tunelu narażony na działanie wysokich temperatur;
• ograniczają możliwość rozprzestrzenienia się ognia między pojazdami;
• pozwalają utrzymać warunki umożliwiające przetrwanie osób ewakuujących się oraz personelu pogotowia ratunkowego wchodzącego do strefy pożaru;
• poprawiają warunki prowadzenia akacji gaśniczej, umożliwiając strażakom podejście w pobliże ognia i skuteczne jego ugaszenie w znacznie krótszym czasie;
• zmniejszają prawdopodobieństwo i zakres uszkodzeń strukturalnych, co mogłyby mieć katastrofalne skutki szczególnie w przypadku tuneli podwodnych lub tam, gdzie nad tunelem znajdują się duże budynki czy infrastruktura krytyczna;
• ograniczają dotkliwość i zasięg uszkodzeń systemów i urządzeń tunelowych;
• pozwalają na przywrócenie tunelu do eksploatacji w krótszym czasie po pożarze, co ma szczególne znaczenie dla tuneli będących kluczowym elementem sieci drogowej lub drogi płatnej;
• skracają czas przywracania zewnętrznej sieci drogowej do pełnej integralności, co przekłada się na jakość życia i warunki prowadzenia biznesu w danym regionie.

Przykładem może być pożar tunelu drogowego w Burnley Tunnel Toll Road (Melbourne, Australia) z 2007 r. z udziałem wielu samochodów ciężarowych i osobowych. Dzięki zadziałaniu instalacji zraszaczowej moc pożaru została ograniczona do 20 MW, a tunel przywrócony do użytkowania w ciągu zaledwie kilku dni.  Późniejsze modelowanie pożaru wykazało, że bez aktywacji systemu gaśniczego pożar szybko wzrósłby do ponad 100 MW, znacznie zwiększając zakres uszkodzeń i wydłużając czas przestoju tunelu.

Jak widać na powyższym przykładzie, skutki pożaru nawet samochodów ciężarowych mogą zostać znacznie ograniczone dzięki działaniu stałych urządzeń gaśniczych. Ich instalacja w tunelach drogowych pozwala zwiększyć bezpieczeństwo pożarowe tunelu na tyle, aby dopuścić do ruchu pojazdy ciężarowe nawet tam, gdzie pierwotne warunki w zakresie ochrony ppoż. na to nie zezwalały. Co prawda systemy gaśnicze nie będą w stanie zapobiec zdarzeniom ekstremalnym, jak nagły wybuch spowodowany zapaleniem się oparów cieczy łatwopalnej, ale dzięki ograniczeniu możliwości rozprzestrzeniania się ognia między pojazdami pozwalają znacznie zminimalizować ryzyko takiego zdarzenia.

Właściwie zaprojektowane, zainstalowane, zintegrowane, uruchomione, konserwowane, testowane i obsługiwane systemy gaśnicze znacznie zwiększają bezpieczeństwo pożarowe w tunelach drogowych. W zasadzie jedyna sytuacja, w której skala korzyści z zastosowania systemu gaśniczego w stosunku do kosztów poniesionych na jego instalację byłaby ograniczona, występuje wówczas, gdy jednostka straży pożarnej zlokalizowana jest w pobliżu tunelu i mogłaby rozpocząć akcję gaśniczą w ciągu kilku minut od wykrycia pożaru.

Jak należy rozumieć pojęcie stałego urządzenia gaśniczego i jakie rodzaje SUG są zalecane do stosowania w tunelach drogowych?

We wszystkich wymienionych wcześniej opracowaniach pojęcie Stałe Urządzenie Gaśnicze (SUG) używane jest jako określenie systemów gaszenia wodą lub innym środkiem gaśniczym, instalowanych jako stała część infrastruktury tunelowej, nie wymagających dodawania żadnych elementów w celu aktywacji procesu gaszenia. Systemy te posiadają własny zapas środka gaśniczego oraz wyposażone są w układ przechowywania i podawania tego środka. Uruchamianie stałych urządzeń gaśniczych może odbywać się automatycznie, półautomatycznie lub ręcznie z odległej lokalizacji (zdalnie). Tym samym stałe urządzenia gaśnicze nie obejmują ręcznych urządzeń gaśniczych oraz takich, w których na stałe z tunelem związana jest tylko część instalacji i wymagają np. podłączenia węży strażackich czy zapasu środka gaśniczego.

Spośród dostępnych rodzajów stałych urządzeń gaśniczych, jako zabezpieczenie przeciwpożarowe tuneli drogowych najczęściej stosuje się instalacje zraszaczowe i instalacje gaszenia mgłą wodną. Systemy te są również najlepiej przetestowane w gaszeniu pożarów w warunkach tunelowych. W niektórych realizacjach systemy te do gaszenia stosują mieszaninę wody i środka pianotwórczego. Spotykać można również przypadki stosowania instalacji przeznaczonych tylko do gaszenia pianą gaśniczą typu Hi-Ex (High Expansion) czy CAFS (Compressed Air Foam System). Rozwiązania te nigdy jednak nie znalazły powszechnej akceptacji środowiska odpowiedzialnego za bezpieczeństwo w tunelach z uwagi na ryzyko znacznego ograniczenia widoczności podczas akcji ratowniczo-gaśniczej.

W tunelach drogowych nie stosuje się w ogóle instalacji tryskaczowych, w których aktywacja procesu gaszenia następuje po pęknięciu ampułki z cieczą termicznie rozszerzalną, znajdującej się w tryskaczu. Ruchy powietrza wzdłuż tunelu mogą spowodować przeniesienie nagrzanego powietrza i aktywowanie tryskaczy znajdujących się poza strefą pożaru. Nawet jeśli w tym samym czasie aktywowane zostaną również tryskacze w strefie pożarowej, istnieje ryzyko, że system nie spełni swojego zadania stłumienia i skontrolowania pożaru. Zaprojektowana objętość strumienia wody może okazać się bowiem zbyt mała dla równoczesnego gaszenia w kilku strefach, a w przypadku elementów aktywowanych termicznie nie ma możliwości zdalnej dezaktywacji poszczególnych dysz. Dlatego instalacje tryskaczowe nie są rekomendowane jako zabezpieczenie przeciwpożarowe tuneli drogowych.

Z uwagi na powyższe, instalacje zraszaczowe i mgłowe stanowią zdecydowaną większość stałych urządzeń gaśniczych stosowanych w tunelach drogowych. Oba rozwiązania mają wiele cech wspólnych, m.in.

• wyposażone są w zbiorniki zapasu wody oraz pompy ciśnieniowe zapewniające tłoczenie wody pod wymaganym ciśnieniem, z wymaganą szybkością oraz w czasie niezbędnym dla przeprowadzenia skutecznej akcji gaśniczej;
• stosowane w nich dysze gaśnicze są typu otwartego, a rurociągi dystrybuujące wodę do dysz są wypełnione powietrzem, co pozwala ograniczyć wpływ ujemnych temperatur na skuteczność systemu;
• wyposażone są w zawory strefowe, które kontrolują przepływ wody do sieci dystrybucyjnej i uwalniają ją tylko do rurociągów znajdujących się w strefach objętych pożarem;
• mogą wykorzystywać te same systemy detekcji i sterowania gaszeniem.

Zasadniczą różnicą obu systemów jest przede wszystkim wielkość używanych do gaszenia kropel wody oraz nadawana im prędkość, co wpływa bezpośrednio na przebieg procesu gaszenia.

Instalacje zraszaczowe do gaszenia tuneli drogowych

Instalacja zraszaczowa składa się z pompowni ze zbiornikiem zapasu wody, rurociągów tłocznych rozprowadzających, centrali zaworowej z zaworami kontrolno-alarmowymi, rurociągów dystrybucyjnych oraz siatki zraszaczy. Stosowane w tunelach drogowych dysze zraszaczowe uwalniają krople wody o średnicy poniżej 1-2 mm i wymagają minimalnego ciśnienia roboczego 1,5-5 barów.

Rurociągi dystrybucyjne podzielone są na strefy pożarowe, każda obsługiwana przez dedykowany zawór strefowy. W normalnym trybie pracy zawory rozdzielają rurociągi tłoczne, stale wypełnione wodą, od rurociągów dystrybucyjnych, wypełnionych powietrzem. W momencie wykrycia pożaru przez niezależny system detekcji, otwierany jest zawór sekcyjny obsługujący strefę objętą pożarem. Pozwala to zacznie zmniejszyć zapotrzebowanie na wodę poprzez ograniczenie procesu gaszenia tylko do stref, w których wykryto pożar. Zawór może być otwierany automatycznie lub zdalnie przez operatora tunelu.

Jeżeli pożar zostanie wykryty na granicy dwóch stref pożarowych, wówczas proces gaszenia musi zostać aktywowany w obu strefach. Dlatego projekt i wykonanie instalacji zraszaczowej powinny uwzględniać zapas wody umożliwiający jednoczesne gaszenie przynajmniej dwóch stref pożarowych. W przypadku, gdy zastosowany system detekcji nie będzie gwarantował wysokiej precyzji, wymagane jest zaprojektowanie systemu dla jednoczesnego gaszenia 3 stref pożarowych – jednej w obszarze, gdzie został wykryty pożar, oraz w dwóch strefach z nią sąsiadujących.

Strefy pożarowe mają zwykle długość od 25 do 50 m. Jednak ostateczna wielkość strefy pożarowej powinna zostać skoordynowana z poziomem wydajności pompy odpowiedzialnej za tłoczenie wody do rurociągów oraz strefami detekcji i wentylacji. Najbardziej odpowiednia długość stref musi opierać się na szerokości tunelu i zdolności zaopatrzenia rurociągów dystrybucyjnych w wodę. Duże strefy wymagają mniejszej liczby zaworów kontrolno-alarmowych, ale zwiększają całkowite zapotrzebowanie na wodę. W przypadku konieczności gaszenia dwóch sąsiadujących stref o długości 50 m w tunelu o szerokości 15 m, przy intensywności zraszania 10 mm/min., zapotrzebowanie na wodę wyniesie 15.000 litrów/min. Z kolei w przypadku gaszenia dwóch sąsiadujących stref o długości 25 m, zapotrzebowanie na wodę zmniejszy się do 7.500 litrów/min.

Zgodnie z wytycznymi SOLIT, czas aktywacji instalacji zraszaczowej (długość trwania procesu gaszenia), powinien być indywidualnie określony dla każdego tunelu w zależności od wyników analizy ryzyka. Za minimalny czas aktywacji systemu zraszaczowego dla tuneli dłuższych niż 500 m przyjmuje się 60 minut, choć w praktyce, z uwagi na ograniczone możliwości reakcji straży pożarnej, koniecznym może okazać się gaszenie przez 90 a nawet 120 minut.

Instalacje mgły wodnej do gaszenia tuneli drogowych

Budowa systemów mgły wodnej jest zasadniczo podobna do budowy instalacji zraszaczowych. Najważniejsze elementy tych systemów to zbiornik zapasu wody, rurociąg ssący, zestaw filtrów,  zestaw pompowy, rurociąg tłoczny, zawory strefowe oraz rurociągi dystrybucyjne z dyszami mgłowymi. Podobnie jak w instalacjach zraszaczowych, zawory strefowe oddzielają rurociągi tłoczne, stale wypełnione wodą, od rurociągów dystrybucyjnych, wypełnionych powietrzem.

Stałe urządzenia gaśnicze mgłowe dzielą się na systemy nisko i wysokociśnieniowe. Stosowane ciśnienie robocze przekłada się bezpośrednio na wielkość i pęd kropel rozpylanych przez dysze gaśnicze. W systemach wysokociśnieniowych ciśnienie na wylocie z dyszy wynosi zazwyczaj 60-120 barów, a w systemach niskociśnieniowych 3-10 barów, dlatego mikrokrople wody w systemach mgły wodnej wysokociśnieniowej są znacznie mniejsze: 20-160 µm (w systemach niskociśnieniowych nawet do 350 µm), a ich pęd większy. Przekłada się to bezpośrednio na wielkość zapotrzebowania na wodę. Zgodnie z dokumentacją UPTUN, całkowite natężenie przepływu wody na strefę 25 m dla systemów niskociśnieniowych wynosi 221-683 l/min, a dla systemów wysokociśnieniowych 140-550 l/min. W tym samym dokumencie określona została zalecana długość stref pożarowych dla systemów mgły wodnej: od 20 m do 25 m, przy czym jednocześnie można aktywować do 3 stref pożarowych.

Mniejsze zapotrzebowanie na wodę stałych urządzeń gaśniczych mgłowych przekłada się na mniejsze średnice rurociągów oraz mniejsze pojemności pomp i zbiorników na wodę. Jednocześnie, z uwagi na wysokie ciśnienie używane w tych systemach oraz minimalną wielkość otworów w dyszach mgłowych, zalecane jest stosowanie filtrów wody, a wszystkie elementy rurociągu dystrybucyjnego muszą być wykonane z materiałów odpornych na korozję. Choć z uwagi na silnie korozyjne środowisko występujące w tunelach drogowych, w obiektach tych generalnie zalecane jest stosowanie elementów stalowych tylko ze stali nierdzewnej.

Technologia mgły wodnej po raz pierwszy wykazała swą skuteczność w zwalczaniu pożarów tuneli w ramach projektu badawczego UPTUN. W kolejnych projektach badawczych SOLIT i SOLIT2, na podstawie testów w skali 1:1 wykazano, że instalacje wysokociśnieniowej mgły wodnej są bardzo skuteczne w przypadku pożarów pojazdów ciężarowych w tunelach. To właśnie pożary samochodów ciężarowych, z uwagi na katastrofalne skutki takich zdarzeń, są zwykle stosowane jako kryterium projektowe dla stałych urządzeń gaśniczych w tunelach drogowych. Ze wszystkich takich systemów wysokociśnieniowe systemy mgły wodnej były testowane najczęściej na całym świecie, w setkach pełnowymiarowych testów ogniowych. Sama technologia wysokociśnieniowej mgły wodnej FOGTEC została przetestowana w ponad 100 pełnoskalowych testach przeciwpożarowych w tunelach testowych, w tym w ramach projektów UPTUN, SOLIT i SOLIT2, jak również w testach dla organizacji rządowych (m.in. UK Highways Agency) oraz dla prywatnych operatorów tuneli (m.in. Eurotunnel).

Systemy wysokociśnieniowej mgły wodnej stały się zatem dobrze udokumentowaną technologią gaszenia pożarów w tunelach drogowych, opartą na europejskich programach badawczych i szeregu testów finansowanych ze środków prywatnych lub przez instytucje rządowe w Hiszpanii, Wielkiej Brytanii, Francji i Niemczech.

Co determinuje wybór systemu gaśniczego dla tunelu drogowego?

Instalacje zraszaczowe i systemy mgły wodnej stanowią znakomitą większość stałych urządzeń gaśniczych w tunelach drogowych. Oba rodzaje systemów zostały też szeroko przetestowane w warunkach pełnowymiarowych pożarów. O wyborze konkretnego rozwiązania dla wybranego tunelu drogowego decyduje szereg czynników, z których najważniejsze to:

• wielkość zapotrzebowania na wodę, a tym samym wielkość powierzchni wymaganej dla zbiorników zapasu wody,
• wielkość powierzchni wymaganej dla rurociągów dystrybucyjnych,
• wydajność systemu odwadniania,
• wielkość zapotrzebowania na energię elektryczną.

Zasadnicze różnice między systemami gaszenia mgłą wodną a systemami zraszaczowymi polegają na:

• stosowaniu wyższego ciśnienia,
• stosowaniu rurociągów o mniejszej średnicy,
• stosowaniu mniejszych kropel wody o większym pędzie,
• zużywaniu mniejszej ilości wody i prędkości przepływu dla tego samego obszaru gaszenia,
• zużywaniu większej ilość energii elektrycznej.

Dlatego systemy mgły wodnej są pierwszym wyborem wszędzie tam, gdzie występują ograniczenia przestrzenne lub limity obciążeń. Wysoki pęd nadawany cząsteczkom wody powoduje, że są one również mniej podatne niż krople z dysz zraszaczowych na ruchy powietrza generowane przez systemy wentylacyjne lub różnice ciśnień. O ile proces tłumienia pożarów przez instalacje zraszaczowe polega główne na chłodzeniu gaszonej powierzchni, to w systemach mgły wodnej, oprócz efektu chłodzenia, występuje również efekt wyparcia tlenu: mikrokrople wody gwałtownie odparowują w miejscach występowania największej temperatury. Podczas parowania woda zwiększa swą objętość ok. 1640 razy, przez co lokalnie przy ognisku pożaru wypierany jest tlen. Występuje efekt tłumienia podobny jak przy zastosowaniu gazu obojętnego. Odbywa się to tylko bezpośrednio przy źródle ognia, dzięki czemu brak tlenu nie zagraża ewakuującym się ludziom. Oprócz tłumienia ognia mikroskopijne krople wody powodują, że powstałe w wyniku pożaru produkty spalania oraz rozpuszczalne w wodzie części składowe gazów spalinowych zostają częściowo wymyte i osadzone. Powoduje to zredukowanie zadymienia oraz zmniejszenie toksyczności dymu, co ułatwia ewakuację i prowadzenie akcji ratowniczo-gaśniczej.

Systemy mgły wodnej powinny być stosowane również w tunelach, gdzie występują ograniczenia w wydajności zastosowanego systemu odwadniania. Zgodnie z przytoczonymi wcześniej przepisami, kanalizacja w tunelach drogowych powinna umożliwiać m.in. szybkie przejęcie cieczy łatwopalnych i ich odprowadzenie, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się pożaru.  Kanalizacja ta będzie odprowadzać również wodę zastosowaną do gaszenia. Z uwagi na to, że ilość wody zużytej przez stałe urządzenia gaśnicze mgłowe jest znacznie mniejsza niż w instalacjach zraszaczowych, systemy te powinny być pierwszym wyborem w przypadku tuneli z ograniczonymi możliwościami w zakresie wydajności kanalizacji.

Przeprowadzane testy wskazują również znacznie większą skuteczność systemów wysokociśnieniowej mgły wodnej w tłumieniu pożarów pojazdów elektrycznych, co już za kilka lat może być kluczowym czynnikiem determinującym wybór systemu gaszenia w tunelach drogowych. Charakterystyczną cechą pożarów ogniw elektrycznych jest bowiem wydzielanie wysokiej ilości energii, a mgła wodna wysokociśnieniowa ma zdolność absorpcji ciepła na poziomie najwyższym spośród dostępnych środków gaśniczych.

Czy stosowanie systemów gaśniczych w tunelach drogowych może generować dodatkowe ryzyko?

Celem instalacji stałych urządzeń gaśniczych w tunelach drogowych jest minimalizacja strat i zagrożenia życia ludzkiego w przypadku pożaru. Niekorzystne zjawiska, jakie mogą wystąpić podczas uruchomienia systemu gaśniczego, to:

• przeniesienie toksycznych gazów z góry na dolne partie – testy i analizy obliczeniowe wykazują, że pionowy impuls aktywowanego systemu gaśniczego może przenosić wyższe stężenia toksycznych gazów z górnych poziomów przekroju tunelu w kierunku dolnych części. Efekt ten zaobserwowano w pomiarach testów w pełnej skali, jednak nie zaobserwowano niekorzystnego wpływu tego zjawiska w rzeczywistych zdarzeniach związanych z aktywacją systemów gaśniczych w istniejących tunelach;
• ograniczenie widoczności przez wodę i opadający dym – zastosowanie systemów gaśniczych wodnych może mieć wpływ na widoczność, z uwagi na obecność wody oraz przeniesienie dymu w dolne partie tunelu, co może utrudniać znajdowanie drogi i zwiększać stężenie dymu w dolnej strefie, gdzie przebywają ludzie.

Dlatego, aby zminimalizować te efekty, niezbędna jest wczesna detekcja. Biorąc pod uwagę fakt, że system gaśniczy należy aktywować tak szybko, jak to możliwe, zarówno temperatura, HRR oraz ilość dymu będą ograniczone na tyle, żeby nie spowodować utrudnień w ewakuacji.

Ponadto ww. zagrożenia będą znacznie mniejsze w przypadku aktywacji systemów wysokociśnieniowej mgły wodnej. Samo wyzwolenie mgły wodnej z pewnością obniży temperaturę otoczenia, co zdecydowanie ułatwi ewakuację. Ponadto woda stosowana w instalacji mgłowej jest (i musi być) bardzo czysta. Specjalne zestawy filtracyjne montowane są przed pompą i za pompą. Dodatkowo przed każdą dyszą jest sitko, chroniące mikrootwory w dyszach mgłowych przed zanieczyszczeniem. Jednocześnie rury nierdzewne, stosowane w instalacjach wysokociśnieniowej mgły wodnej, w żadnym stopniu nie obniżają jakości wody, co może mieć miejsce w przypadku rur stosownych dla klasycznych instalacjach zraszaczowych. Dodatkowo mgła wodna ma możliwość częściowego neutralizowania produktów spalania, gdyż mikrokrople o średnicy poniżej 50 mikronów mają zdolność pochłaniania niektórych toksyn wytwarzanych podczas reakcji spalania.

Zagadnieniem, które również należy rozważyć w kontekście potencjalnych zagrożeń, jest efekt paniki wśród użytkowników tunelu. Istnieje przynajmniej teoretyczne ryzyko, że uruchomienie systemu gaśniczego mogłoby zniechęcić ludzi do wyjścia z pojazdów ze względu na obawy zamoczenia, zwłaszcza w sytuacji, gdy potencjalne zagrożenie rozwijającym się pożarem nie jest przez nich dostrzegane. Jednak, zgodnie z raportem PIARC z 2016 roku, w udokumentowanych zdarzeniach tego ryzyka nie zaobserwowano. Mimo to, aby zminimalizować potencjalne ryzyko takiego zachowania wśród użytkowników tunelu, warto w systemie ostrzegawczym tunelu zaprogramować komunikat informujący o konieczności natychmiastowego opuszczenia samochodu i udania się do najbliższego wyjścia ewakuacyjnego, podążając za odpowiednim oznakowaniem.

Detekcja pożarów w tunelach drogowych

Aby stałe urządzenia gaśnicze instalowane w tunelach drogowych mogły spełnić swoje zadanie, muszą być uruchamiane w możliwie najwcześniejszej fazie pożaru. Standard NFPA 502 zaleca, aby opóźnienie nie przekraczało trzech minut, co ma zapobiec powstaniu poważnego pożaru. Dlatego bardzo ważne jest zapewnienie skutecznej detekcji pożaru.

Z uwagi na wysoki poziom zadymienia, spowodowany przez spaliny niesprawnych samochodów, najpopularniejszym sposobem wykrywania pożarów w tunelach drogowych jest liniowa detekcja temperatury z wykorzystaniem kabli sensorycznych. Liniowe czujki ciepła wykrywają pożar na zasadzie przekroczenia progu temperatury lub szybkości jej wzrostu na całej długości elementu termoczułego. Dzięki swoim właściwościom umożliwiają zabezpieczenie długich lub rozległych obiektów takich jak tunele drogowe oraz zapewniają detekcję pożaru w niekorzystnych i zmieniających się warunkach środowiskowych. Nie wymagają obsługi, dlatego mogą być montowane w miejscach trudnodostępnych. Ponadto charakteryzują się wysoką odpornością na fałszywe alarmy, co jest bardzo istotne w warunkach tunelowych.

Testy systemów detekcji wykazały również skuteczność automatycznych systemów wizyjnych wykrywania dymu i płomienia oraz zasysających czujek dymu, jednak są to rozwiązania zdecydowanie rzadziej stosowane z uwagi na wysokie koszty czy konieczność częstej konserwacji.

Podsumowanie

Wielkie pożary w tunelach drogowych pokazują olbrzymie skutki tych zdarzeń. Konsekwencje mogą dosięgnąć użytkowników, służb ratowniczo-gaśniczych oraz infrastruktury obiektu. A wyłączenie tunelu z użytkowania z pewnością nie pozostanie bez wpływu na lokalną sieć dróg i jakość życia lokalnej społeczności.

Jeszcze kilka lat temu stałe urządzenia gaśnicze były projektowane i instalowane jako dodatkowe systemy poprawiające bezpieczeństwo pożarowe w tunelach, wraz z innymi konwencjonalnymi technologiami. Obecnie stały się jednym z kluczowych elementów systemu bezpieczeństwa w tych obiektach. Oznacza to, że w razie wypadku pożarowego, bezpieczeństwo tunelu drogowego jest w pełni zależne od obecności stałego urządzenia gaśniczego.

Automatyczne systemy gaśnicze opóźniają tempo wzrostu ognia, chłodząc powierzchnię płonącego materiału i hamując proces spalania. Rezultatem końcowym jest zmniejszenie konsekwencji pożaru, co zwiększa bezpieczeństwo życia oraz zmniejsza uszkodzenia konstrukcji i wyposażenia tunelu. Stałe urządzenia gaśnicze zapewniają również znacznie korzystniejsze warunki dla jednostek straży pożarnej, aby mogły podejść w pobliże pożaru i skutecznie go ugasić.

Dla zapewnienia wymaganej skuteczności systemów gaśniczych ważne jest, aby były odpowiednio zaprojektowane, zainstalowane i zintegrowane z innymi systemami bezpieczeństwa w tunelu (m.in. wentylacji i sygnalizacji pożaru), a także odpowiednio przetestowane, uruchomione, konserwowane i obsługiwane. Zaleca się również, aby ich aktywacja następowała na wczesnym etapie pożaru – tylko szybka reakcja pozwoli zminimalizować wzrost pożaru i zapewnić pożądaną skuteczność stałych urządzeń gaśniczych.