Zabezpieczenia przeciwpożarowe kanałów technologicznych w obiektach mostowych

Pożary mostów

Obecnie w kraju mamy blisko 36 tys. obiektów mostowych i tuneli drogowych o łącznej długości ponad oraz 1020 km. Na samej sieci dróg krajowych jest ponad 7 tys. obiektów mostowych, a ich łączna długość przekracza 400 km. Wśród tej liczby obiektów mostowych ponad 250 to obiekty o długości większej niż 200 m.

Mimo tak dużej ilości mostów w sieci dróg publicznych, ich pożary nie zdarzają się często. Zwykle nie powodują również zagrożenia dla życia i zdrowia ludzkiego. Jednak skala ich znaczenia dla gospodarki danego regionu i komfortu życia okolicznych mieszkańców jest niebagatelna. Przekonali się o tym mieszkańcy Warszawy w 2015 roku, kiedy doszło do pożaru mostu Łazienkowskiego. W wyniku zapalenia się chodników w pomostach technicznych w ciągu zaledwie 1,5 godziny pożar objął elementy o długości około 60 metrów i powierzchnię 500 m². W szczytowym momencie temperatura pożaru wyniosła nawet 1000 °C, przez co konstrukcja mostu, szczególnie w środkowej części przeprawy, uległa znacznym odkształceniom. Skutkiem pożaru było wyłączenie mostu z eksploatacji na ponad 8 miesięcy, co spowodowało utrudnienia w ruchu odczuwalne dla niemal połowy mieszkańców Warszawy. Pożar zniszczył również część instalacji poprowadzonych pod mostem, przez co m.in. nie tylko część mieszkańców, ale również Ministerstwo Obrony Narodowej czy Komenda Główna Policji przez pewien czas były pozbawione dostępu do Internetu.

Most, jako obiekt inżynierski, musi zapewnić bezpieczeństwo konstrukcji m.in. w razie powstania pożaru. Mimo restrykcyjnych przepisów dotyczących wytrzymałości i odporności materiałów, z których mają być wykonane poszczególne elementy obiektu mostowego, wiele z elementów wyposażenia stwarza ryzyko powstania i rozprzestrzeniania się pożaru. Szczególne zagrożenie mogą stanowić prowadzone w bezpośredniej styczności kable energetyczne czy przewody telekomunikacyjne prowadzone w kanałach technologicznych wewnątrz konstrukcji mostu. Transformacja cyfrowa gospodarki powoduje, że ilość i przepustowość kanałów z trasami kablowymi w obiektach mostowych stale się zwiększa. Rośnie tym samym ryzyko wystąpienia pożaru. Dlatego rozporządzenie ministra infrastruktury z 1 sierpnia 2019 roku wprowadza dodatkowe zabezpieczenia przeciwpożarowe w postaci stałych lub półstałych urządzeń gaśniczych właśnie w odniesieniu do kanałów z trasami kablowymi.

Kanały technologiczne z trasami kablowymi w obiektach mostowych o przekrojach zamkniętych

Kanały technologiczne stanowią wydzieloną przestrzeń biegnącą wzdłuż obiektu mostowego. Geometrycznie przypominają tunel, przez który przebiegają trasy kablowe z kablami elektrycznymi i przewodami telekomunikacyjnymi. Z uwagi na konieczność zapewnienia ciągłej wymiany powietrza, na całej długości kanału rozmieszczone są otwory wentylacyjne. Większość obiektów mostowych zlokalizowana jest nad ciekiem wodnym, a wilgotne powietrze przedostające się do kanału technologicznego może skraplać się na jego ściankach. Do jej odprowadzenia, jak również wody z ewentualnego rozszczelnienia się kolektora odwodnienia, służą awaryjne spusty wody, rozlokowane na całej długości mostu.

Zgodnie z obowiązującymi przepisami, przewody i kable umieszczone w obiektach inżynierskich w kanałach z trasami kablowymi, powinny mieć zwiększoną odporność na rozprzestrzenianie się płomienia. Jeśli są umieszczane w kanałach o klasie odporności ogniowej co najmniej EI 60, powinny spełniać kryteria właściwe co najmniej dla klasy Eca. Klasa ta obejmuje kable nierozprzestrzeniające płomienia pod warunkiem, że są instalowane pojedynczo.

Nie są to przepisy mocno rygorystyczne, biorąc pod uwagę fakt nagromadzenia w dzisiejszych czasach ilości przewodów w kanałach technologicznych. Wystarczy błąd w m.in. doborze przekroju kabla czy zła koordynacja ich zabezpieczeń, aby doszło do zwarcia czy przeciążenia instalacji. Warunki te sprzyjają nadmiernemu nagrzaniu izolacji i często doprowadzają do jej zapłonu. W przypadku braku odpowiedniej reakcji, pożar w krótkim czasie może rozwinąć się do rozmiarów trudnych do opanowania, grożących poważnymi uszkodzeniami konstrukcji mostu. To z kolei zwykle skutkuje wyłączeniem danego obiektu z użytkowania i wiążącymi się z tym znacznymi utrudnieniami dla ruchu drogowego. Efektem mogą być również utrudnienia z zasilaniem i transferem danych do mieszkańców, firm i instytucji na danym obszarze.

Zabezpieczenia przeciwpożarowe kanałów technologicznych z trasami kablowymi w obiektach mostowych

Wysokie ryzyko zapłonu, występujące w kanałach technologicznych, spowodowało wprowadzenie wymogu zabezpieczenia tych elementów półstałymi lub stałymi urządzeniami gaśniczymi we wszystkich obiektach mostowych o długości większej niż 100 m. Czym się różnią te urządzenia i które z nich najlepiej wybrać?

Zgodnie z definicją, stałe urządzenie gaśnicze to urządzenie na stałe związane z obiektem zabezpieczanym, zawierające własny zapas środka gaśniczego, wyposażone w układ przechowywania i podawania tego środka, uruchamiane automatycznie we wczesnej fazie rozwoju pożaru. Z kolei półstałe urządzenia gaśnicze to pozostałe urządzenia nie spełniające zapisów definicji stałych urządzeń gaśniczych. Zazwyczaj charakteryzują się one brakiem własnego zapasu środka gaśniczego czy własnego zasilania, co zdecydowanie obniża ich skuteczność. Ich działanie uzależnione jest od obecności człowieka, który zapewni źródło środka gaśniczego np. w postaci wozu strażackiego z zapasem wody.

Mosty nie należą do obiektów stale monitorowanych przez obsługę, dlatego pożar zwykle wykrywany jest ze znacznym opóźnieniem, już w jego zaawansowanym stadium. Dojazd służb odpowiedzialnych za obsługę urządzenia lub mających zapewnić zasilanie w środek gaśniczy, oznacza kolejne opóźnienia. W przytoczonym wcześniej przykładzie pożaru mostu Łazienkowskiego, straż pożarna odebrała zgłoszenie o pożarze o godzinie 17:35, a dopiero około godziny 22:00 udało jej się opanować pożar, przy czym dogaszanie trwało do wczesnych godzin porannych. Wynikało to m.in. z utrudnionego dostępu do przestrzeni objętych pożarem, spadania płonących elementów mostu oraz dużego zadymienia. To pokazuje, jak ważne jest odpowiednio wczesne wykrycie pożaru i jego stłumienie, zanim rozprzestrzeni się na większą powierzchnię. Dlatego zabezpieczenia przeciwpożarowe kanałów technologicznych w obiektach mostowych w postaci półstałych urządzeń gaśniczych nie zapewnią skutecznej ochrony tych obiektów. Do tego niezbędne jest zapewnienie detekcji pożaru już w jego początkowej fazie oraz rozpoczęcie akcji gaśniczej natychmiast po wykryciu zapłonu. Takie działanie mogą zapewnić tylko stałe urządzenia gaśnicze.

Stałe urządzenia gaśnicze do ochrony kanałów technologicznych z trasami kablowymi w obiektach mostowych

Do stałych urządzeń gaśniczych zaliczane są m.in. stałe urządzenia gaśnicze gazowe, instalacje tryskaczowe, instalacje zraszaczowe, instalacje gaszenia mgłą wodną czy stałe urządzenia gaśnicze na proszek gaśniczy. Każde z tych rozwiązań ma swoje wady i zalety, a ich zastosowanie zależy od charakterystyki zabezpieczanego obiektu i rodzaju występującego w nim zagrożenia pożarowego. Jaki zatem rodzaj stałego urządzenia gaśniczego najlepiej sprawdzi się do gaszenia kanałów z trasami kablowymi w obiektach mostowych?

Stałe urządzenia gaśnicze gazowe są w pełni bezpieczne dla gaszonych instalacji i urządzeń elektrycznych. W zależności od zastosowanego gazu gaśniczego gwarantują ugaszenie pożaru w bardzo krótkim czasie – od 120 do zaledwie 10 sekund! Pozwoliłoby to nie tylko skutecznie ochronić cały obiekt mostowy, ale również zapewnić w niemal 100% ciągłość przesyłu danych czy energii elektrycznej przez biegnące w nim trasy kablowe. Warunkiem skuteczności stałych urządzeń gaśniczych gazowych jest jednak szczelność chronionego obiektu. W kanałach z trasami kablowymi w regularnych odległościach występują otwory wentylacyjne odpowiedzialne za stałą wymianę powietrza w kanale. Dodatkowo występują spusty awaryjne wody, odpowiedzialne za odprowadzanie wody powstałej w wyniku skraplania się wilgotnego powietrza na ściankach kanału lub w wyniku rozszczelnienia się kolektora odwodnienia. Ten brak szczelności kanałów z trasami kablowymi eliminuje możliwość zastosowania stałych urządzeń gaśniczych gazowych jako skutecznego zabezpieczenia przeciwpożarowego tych konstrukcji przez ogniem.

Stałe urządzenia gaśnicze tryskaczowe i zraszaczowe są rozwiązaniami opartymi o gaszenie wodą. W większości przypadków do gaszenia mogłaby zostać użyta woda z rzek czy innych cieków wodnych, przepływających pod chronionym mostem. Takie rozwiązanie eliminuje konieczność zapewnienia miejsca do magazynowania środka gaśniczego. Wymagane byłoby tylko pomieszczenie na pompę ciśnieniową, która tłoczyłaby wodę do instalacji, i kompresor odpowiedzialny za utrzymywanie stałego ciśnienia powietrza w rurociągu dystrybucyjnym. Jednak zarówno w instalacji tryskaczowej, jak i zraszaczowej, ilości wody użyte podczas akcji gaśniczej sprawiają, że przewody elektryczne i światłowodowe ulegną zalaniu i trwałemu uszkodzeniu. Należałoby zapewnić również znacznie wydajniejszą instalację odpowiedzialną za odprowadzenie wody, aby swoim działaniem nie spowodowała dodatkowych szkód w konstrukcji mostu.

W przypadku instalacji wysokociśnieniowej mgły wodnej, ilość użytej do gaszenia wody jest zdecydowanie mniejsza niż w instalacjach tryskaczowych i zraszaczowych. Pozwala to uniknąć efektu zalania kanałów technologicznych, ograniczając do minimum szkody następcze. Mgła wodna skutecznie tłumi pożar, jednocześnie chłodząc gaszone przestrzenie. Mikroskopijne krople wody szybko absorbują duże ilości energii ze spalania, ograniczając zasięg pożaru. Jednocześnie tworzą osłonę przed promieniowaniem cieplnym, chroniąc poszczególne elementy obiektu mostowego przed skutkami działania wysokich temperatur. Pożary kabli generują ekstremalnie wysokie temperatury, więc efekt chłodzenia może znacznie przyczynić się do zmniejszenia wywołanych przez nie szkód. Ma to istotne znaczenie dla zapewnienia ciągłości funkcjonowania całego obiektu. W systemach wysokociśnieniowej mgły wodnej zazwyczaj wystarczy jedna linia dysz umieszczona na środku sufitu kanału technologicznego, aby zapewnić jego skuteczną ochronę. Ponadto poszczególne elementy instalacji, w tym rurociąg dystrybucyjny i pompa wysokociśnieniowa, charakteryzują się znacznie mniejszymi rozmiarami niż odpowiadające im elementy w instalacjach tryskaczowych czy zraszaczowych. Dzięki temu stałe urządzenie gaśnicze mgły wodnej można zintegrować z infrastrukturą obiektu mostowego przy niewielkim zakresie ingerencji w sam obiekt i niewielkim kosztem. Jedyną wadą tego rozwiązania są uszkodzenia kabli elektrycznych i przewodów telekomunikacyjnych, spowodowane działaniem wody, jednak szkody te byłyby znacznie mniejsze niż w przypadku instalacji tryskaczowych czy zraszaczowych.

Stałe urządzenia gaśnicze proszkowe charakteryzują się dużą wydajnością i szybkością działania. Efekt gaszenia uzyskiwany jest działaniem antykatalitycznym proszku gaśniczego, co uniemożliwia podtrzymywanie procesu spalania. Proszki gaśnicze skutecznie gaszą pożary ciał stałych, cieczy i gazów, w tym również instalacji elektrycznych niskiego i średniego napięcia. Ich wadą jest duże zanieczyszczenie gaszonych obiektów oraz wywoływanie procesów korozyjnych, jeśli nie zostaną usunięte w ciągu 48 godzin. Obie te cechy nie są jednak istotne w przypadku kanałów technologicznych i biegnących w nich tras kablowych. Dlatego stałe urządzenia proszkowe mogą być z powodzeniem stosowane jako skuteczne zabezpieczenie przeciwpożarowe tych obiektów.

Rzetelność każe wspomnieć również o instalacjach gaszenia pianą. Są one specyficznym rodzajem stałych urządzeń gaśniczych wodnych, gdzie woda mieszana jest z koncentratem środka gaśniczego i uwalniana w postaci piany gaśniczej. Jednak ich zastosowanie do gaszenia pożarów w kanałach technologicznych nie ma uzasadnienia. Piana skutecznie gasi pożary cieczy palnych, natomiast w tunelach, w których umieszczane są kanały kablowe, dominują pożary grupy A, w szczególności tworzyw sztucznych.

Istotnym aspektem, który również należy wziąć pod uwagę przy wyborze stałego urządzenia gaśniczego do ochrony kanałów technologicznych w obiektach mostowych, jest temperatura pracy poszczególnych urządzeń. Wnętrza przekrojów mostowych nie są ogrzewane, więc zimą temperatura będzie często spadać poniżej zera i może przed dłuższy czas utrzymywać się na tym poziomie. Dlatego zastosowane aktywne zabezpieczenie przeciwpożarowe musi być odporne na zamarzanie i skuteczne również przy ujemnych temperaturach. Warunki te spełniają instalacje proszkowe, które standardowo pracują w zakresie temperatur od -30 °C. Z kolei wszystkie instalacje gaśnicze wodne, w tym systemy wysokociśnieniowej mgły wodnej, można wykonać w wersji tzw. suchej, w której rurociąg dystrybucyjny jest wypełniony sprężonym powietrzem, a dopiero po uruchomieniu akcji gaśniczej tłoczona jest do niego woda, rozprowadzana pod ciśnieniem w miejscu pożaru. Dzięki temu stałe urządzenia gaśnicze wodne również z powodzeniem można stosować przy ujemnych temperaturach.

Detekcja pożaru w kanałach technologicznych obiektów mostowych

Wykrycie pożaru w jego początkowej fazie daje największe szanse na jego skuteczne ugaszenie lub skontrolowanie do czasu przyjazdu straży pożarnej. Minimalizuje również wielkość strat spowodowanych przez ogień. Warunkiem szybkiego wykrycia pożaru są systemy detekcji.

W przypadku przewodów elektrycznych i telekomunikacyjnych, najwcześniejszą fazą pożaru jest tzw. rozkład bezpłomieniowy, podczas której pojawia się dym. Dlatego do detekcji pożarów kabli i ich plastikowych izolacji stosuje się najczęściej czujki dymu. Warunkiem ich skutecznego działania jest jednak przejrzystość powietrza w chronionym obiekcie. Kanały technologiczne w obiektach mostowych są stale wentylowane, jednak przejrzystość powietrza może być w nich zaburzona m.in. przez ilość przedostających się do nich spalin i pyłów. Zjawisko to eliminuje możliwość zastosowania systemów detekcji opartych o czujki dymu, gdyż ryzyko wystąpienia fałszywych alarmów i bezzasadnych uruchomień systemów gaśniczych byłoby zbyt wysokie.

W tej sytuacji optymalnym rozwiązaniem, zapewniającym skuteczność działania i możliwie wczesne wykrycie pożaru, jest zastosowanie detekcji opartej o czujki temperatury. W zależności od zastosowanych stałych urządzeń gaśniczych mogą to być ampułki z cieczą termicznie rozszerzalną lub zintegrowane z systemem gaśniczym liniowe czujki temperatury.

Podsumowanie

Z uwagi na istotne znaczenie mostów dla sprawnego działania transportu, a tym samym dla funkcjonowania i rozwoju danego regionu i kraju, obiektom tym stawiane są szczególnie wysokie wymagania w zakresie niezawodnego i długotrwałego funkcjonowania. Pożary obiektów mostowych nie są zjawiskami częstymi, ale skala zniszczeń nimi spowodowana może generować znaczne nakłady finansowe i długi czas wyłączenia obiektu z użytkowania.  Aktywne zabezpieczenia przeciwpożarowe kanałów technologicznych w obiektach mostowych o długości powyżej 100 m, wprowadzone rozporządzeniem ministra infrastruktury z dnia 1 sierpnia 2019 r.,  mogą skutecznie przyczynić się do minimalizacji skutków ewentualnego pożaru.

Półstałe urządzenia gaśnicze wymagają do skutecznego działania obecności człowieka. Z uwagi na brak stałej obsługi obiektów mostowych przez personel techniczny, urządzenia te w zdecydowanej większości przypadków okażą się bezskuteczne lub co najwyżej pozwolą w niewielkim stopniu ograniczyć rozwój pożaru. Skuteczne ugaszenie lub stłumienie pożaru zapewnić mogą jedynie stałe urządzenia gaśnicze. Z uwagi na cechy konstrukcyjne kanałów technologicznych z trasami kablowymi i występujące w nich ryzyka pożarowe, optymalnym rozwiązaniem do ochrony przeciwpożarowej tych elementów w obiektach mostowych jest stałe urządzenie gaśnicze proszkowe. W uzasadnionych przypadkach alternatywą dla tego rozwiązania może być instalacja wysokociśnieniowej mgły wodnej. W przypadku obu tych instalacji, za detekcję pożaru odpowiedzialne byłyby szklane ampułki z cieczą termicznie rozszerzalną, zlokalizowane w dyszach gaśniczych. Wzrost temperatury powyżej zadanego poziomu powodowałby pęknięcie ampułki w dyszach zlokalizowanych najbliżej źródła pożaru. Spadek ciśnienia w rurociągu dystrybucyjnym, wywołany uwalnianiem się powietrza przez te dysze, skutkowałby wtłoczeniem do rurociągu środka gaśniczego i rozprowadzeniem go przez otwarte dysze dokładnie w miejscu wystąpienia pożaru. Rozwiązania te pozwalają wykryć pożar w możliwie najwcześniejszym stadium i skutecznie go skontrolować lub całkowicie ugasić. Pozwalają tym samym zachować pełną sprawność użytkową obiektu i całkowicie wyeliminować ryzyko przestojów w jego funkcjonowaniu.