Sustavi vatrodojave u cestovnim tunelima

SUVREMENI SUSTAVI VATRODOJAVE U CESTOVNIM TUNELIMA

Autori : mr.sc.Mladen Lozica dipl.ing.el., mr.sc. Miodrag Drakulić, dipl.ing.stroj.

Brodarski institut d.o.o. – Sektor za specijalne projekte

Av. V. Holjevca, 10020 Zagreb

Tel: + 385 1 6504 161, Fax: + 385 1 6504 300

e-mail: mladen.lozica@hrbi.hr

dmio@hrbi.hr

U cestovnom prometu tuneli su mjesta povećanog rizika. Zbog toga se u njima moraju primjenjivati posebno stroge mjere zaštite, od kojih mjere zaštite od požara zauzimju značajno mjesto. U članku su opisane osnovne značajke požara u tunelima i zahtjevi koji iz toga proizlaze na sustave vatrodojave. U nastavku je prikazan moderan sustav vatrodojave koji se zasniva na primjeni optičkog senzorskog kabela kao glavne vrste javljača za dojavu požara. Tunel Sv. Rok, na Jadranskoj aoutocesti, u čijem glavnom projektu vatrodojave i vatrozaštite je primjenjen navedeni sustav, iskorišten je za objašnjenje pojedinosti.

Ključne riječi: tuneli, vatrodojava, senzorski kabel, linearni javljač

1. UVOD

Nekoliko katastrofalnih požara u tunelima u zadnjih par godina (Mount Blanc, Tauern, Gothard) na dramatičan način su upozorili kako tuneli predstavljaju izrazito rizična mjesta u cestovnom prometu. Prometna nesreća koja na otvorenoj cesti ne mora imati ljudskih žrtava, u tunelu, posebno ako je praćena vatrom, može prerasti u tragediju. Zbog toga se u tunelima moraju primjenjivati osobito stroge mjere zaštite od požara. Efikasna i pouzdana vatrodojava zauzima među tim mjerama veoma značajno mjesto obzirom da je otkrivanje požara u inicijalnoj fazi od presudne važnosti za kasniji tijek spašavanja putnika i očuvanja stabilnosti i cjelovitosti građevine.

2. SUSTAV VATRODOJAVE TUNELA

2.1. Osnovne značajke požara u tunelima

Karakteristično za požare u tunelu je da temperatura u blizini mjesta požara raste veoma brzo i dostiže visoke vrijednosti zbog egzotermnosti proces gorenja, uz zanemarive efekte hlađenja. Požari su u pravilu praćeni s velikom količinom dima koji dodatno otežava gašenje, a materijal koji gori najčešće je sastavni dio vozila (presvlake, plastični dijelovi, gorivo), ili u slučaju kamiona, raznorazni tereti koji mogu veoma varirati u pogledi kalorične vrijednosti. U svom izvještaju za Svjetski cestovni kongres održan 1987. u Brusselsu, Komitet za cestovne tunele PIARC-a (Permanent International Assocation of Road Congresses) predložio je normiranje tipičnih požara prema oslobođenoj kaloričnoj snazi kao jedno od polazišta za projektiranje mjera zaštite. Požari određene količine benzina zamjenjuju požar tipičnog vozila, tablice br. 1. Nažalost, ovaj pristup se pokazao kao nesigurno polazište za izbor i projektiranje mjera zaštite od požara, obzirom da su recentni požari pokazali izrazito velike varijacije u kalorijskoj moći tereta kod teških vozila, koja znatno premašuje standardizirane vrijednosti iz tablice br. 1

Tablica 1 – tipični požari

^* Temperatura 10 m niz vjetar, uz minimalnu brzinu zraka

da se spriječi povratno strujanje dima

^** Ova snaga je znatno premašena kroz par minuta pod određenim

okolnostima u zadnjim testovima punog opsega

Još jedno korisno testiranje obavljeno je 1992. u sklopu projekta EUREKA EU 499 “FIRETUN” u napuštenom  rudničkom tunelu Repparfjord u Norveškoj, dužine 2,3 km i presjeka oko 35 m².  U testu su upotrebljena osobna vozila, autobus i tegljač. Svi požari pokazali su vrlo brzi porast temperature u prvih nekoliko minuta, te znatno veće kalorijske snage oslobođene procesom gorenja teških vozila (100÷120 MW) od prethodno standardiziranih (20 MW).

Kretanje temperature u ovisnosti o vremenu može se prikazati s različitim standardiziranim temperaturno-vremenskim krivuljama požara, s time da  Rijkswaterstaat-ova (RWS) krivulja (br.3) najvjernije prikazuju stvarni razvoj požara u tunelu. Radi se o najrigoroznijoj temperaturnoj krivulji koju karakterizira izrazito veliki gradijent temperature (porast od 1200°C unutar 10 minuta), s najvećim iznosom maksimalne temperature od svih prezentiranih krivulja (1 do 3).

Slika 1 – krivulje razvoja požara u tunelima

2.2. Koncepcije sustava vatrodojave

Spomenute značajke požara u tunelima nameću na sustav vatrodojave oštre zahtjeve. On mora registrirati požar u što kraćem vremenu, mora biti pouzdan i otporan na lažne alarme, te po mogućnosti dati ostale informacije koje mogu biti od pomoći vatrogascima i spasilačkim službama u tunelu. Osnovni elementi vatrodojavnog sustava tunela ne razlikuju se bitno od sustava u nekom drugom objektu. Bitni elementi sustava su:

–          vatrodojavna centrala

–          ručni javljači požara

–          automatski javljači požara

–          elementi sustava za prosljeđivanje signala požara

–          elementi sutava za upravljanje sustavom za gašenje požara

–          napajanje

Posebna pažnja kod projektiranja vatrodojave u tunelima mora se posvetiti izboru automatskih javljača. To mogu biti točkasti javljači, ili u novije vrijeme sve zastupljeniji senzorski kabeli (linearni javljači). U pravilu su to javljači koji reagiraju na maksimalnu postavljenu temperaturu, ili temperaturni gradijent. Naime, mada dimni javljači mogu brže detektirati požar, zbog velike zagađenosti zraka u tunelima ispušnim plinovima vozila i prašinom, podložniji su lažnim alarmima. U tablici br. 2 prikazani su rezultati ispitivanja pet tipova javljača u tunelu Mosi u Švicarskoj, obavljenog 1992.

Tablica 2 – vrijeme (min:s) prije alarma u pokusnim požarima s alkoholom (Alc)

i benzinom u tunelu Mosi

^* Javljač je bio zagrijan od prethodnog testa

Iz rezultata ispitivanja dade se zaključiti da su linerni javljač temperature i optički senzorski kabel dali najbolje rezultate. Linearni javljači su, osim toga, znatno robustniji od točkastih javljača, pa su dugoročno gledano puno manji troškovi eksploatacije, a rad sustava je pouzdaniji. U agresivnoj atmosferi kakva vlada u tunelima otpornost sustava je jedan od bitnih kriterija.

Trenutno jedan od najsuvremenijih sustava zasnovanih na senzorskim kabelima predstavlja onaj koji koristi laserki protjecan optički vodič. Princip rada zasniva se na promjeni parametara laserskog snopa u optičkom vodiču uzrokovanoj deformacijom vodiča. Deformaciju uzrokuje širenje cijevi napunjene voskom uslijed porasta temperature. Cijev s voskom i optički vodič čvrsto su zajedno obavijeni tankom trakom od aramida, tako da se deformacija cijevi s voskom prenosi na optički vodič. Proces je reverzibilan – kada dođe do hlađenja, cijev s voskom i optički vodič vraćaju se u prethodni oblik i dimenzije. Cijev s voskom i optički vodič oklopljeni su metalnom cijevi što cijeli kabel čini izrazito robustnim.

Karakteristike sustava sa optičkim senzorskim kabelom su:

• Potpuna neosjetljivost na : – elektromagnetske utjecaje

– tlačne udare

– brzinu strujanja zraka

– vlažnost

– vibracije

– promjene temeprature uslijed meteo uvjeta

• Visoka otpornost na: – agresivne kemikalije

– mehaničke utjecaje

– sol s ceste

– gomilanje prašine i nečistoća

– zapljuskivanje vodom

– redovno čišćenje tunela

Optički senzorski kabel mjeri: – gradijent temperature

– maksimalnu zadanu temperaturu

Prije početka upotrebe vatrodojavnog sustava izvodi se logička sektorizacija kabela, što uz pomoć pripadnog softwarea omogućava lokaciju mjesta požara s točnošću unutar 4 m, definiranje površine zahvaćene zone, dominantni smjer napredovanja i brzinu napredovanja požara. Navedene informacije, prvenstveno one o gradijentu temperature na temelju koje se zaključuje o smjeru kretanja dima u tunelu, predstavljaju dragocjene informacije vatrogasnim i spasilačkim službama.

2.3. Primjena sutava s optičkim senzorskim kabelom u tunelu Sv. Rok

Projektnim rješenjem vatrodojave u tunelu Sveti Rok (L=5670 m) je predviđena ugradnja optičkog senzorskog kabela. U konačnoj fazi građenja tunel  će se izvesti kao dvocjevni, za jednosmjerni dvotračni promet u pojedinoj cijevi. U prvoj fazi opremiti će se desna cijev (gledano u smjeru od Zagreba prema Sv. Roku), a lijeva će biti izvedena u “roh-bau” fazi i služiti za evakuaciju putnika u slučaju havarije. U toj fazi desnom cijevi odvijati će se dvosmjerni promet. Zbog tehničkih razloga optički senzorski kabel se izvodi u sekcijama maksimalne dužine 4000 m. Stoga će se nadzor tunela izvesti s dvije sekcije približno jednake dužine. Sekcije se spajaju svaka na svoj kontroler koji pretvaraju laserski snop u električni signal, obrađuju ga i prosljeđuju do vatrodojavne centrale. Kabel se vodi središnjim dijelom stropa tunelske cijevi na maksimalnoj udaljenosti 0,2 m od stropa.

U SOS niše (niše za hitne pozive), ugraditi će se ručni javljači požara, a u trafo stanice i prostorije bezprekidnog napajanja točkasti javljači koji reagiraju kombinirano na dim (u tim prostorijama zagađenje je znatno manje od onog u tunelskim cijevima) i temperaturu (maksimalnu i gradijent). Zbog veće sigurnosti i izdržljivosti petlje točkastih javljača izvesti će se zatvoreno, s mogućnošću dvostranog napajanja, tako da prekid petlje na jednom mjestu, ili kvar jednog elementa, ne izbacuje iz funkcije ostatak petlje.

Zbog dužine tunela, sustav vatrodojave će se izvesti decentralizirano, s četiri vatrodojavne centrale raspoređene uzduž tunela. Iz svake centrale granati će se dvije petlje s interaktivnim točkastim javljačima. Iz centrale br. 2 granati će se dodatno dvije sekcije senzorskog kabela koje će pokrivati glavnu tunelsku cijev cijelom dužinom, slika br. 2.

Vatrodojavne centrale su spojene s COKP-om (Centar održavanja i kontrole prometa) preko modula za daljinsku vezu (MDV). Moduli s pojedine centrale spojeni su optičkim kabelima s centralnim MDV-om u COKP-i na koji se spaja osobno računalo sa softwareom za vizualizaciju dojavnih zona i pojedinih javljača, te štampač koji kontinuirano bilježi sve promjene statusa vatrodojavne centrale. Optički kabeli su spojeni na MDV-e preko transivera koji električni signal iz MDV-a pretvaraju u optički i obrnuto. Lokalno su vatrodojavne centrale spojene s podstanicama sustava za upravljanje i nadzor, kojima predaju signale alarma od svih točkastih javljača i senzorskih kabela. Signal alarma iz pojedine dojavne zone, odn. dojavnog područja uzrokuje usmjeravanje najbliže kamere prema mjestu s kojeg je dojava došla. Ujedno se u COKP-i oglašava zvučni alarm i na monitoru se prikazuje slika s mjesta dojave. Zvučni alarm se može poništiti samo intervencijom ovlaštenog osoblja u COKP-i.

VC       – vatrodojavna centrala                                 SOS     – niša za hitne pozive

K         – kontroler optičkog senzorskog kabela        P          – zaustavna niša

OSK    – optički senzorski kabel                                T          – trafo stanica

MDV   – modul za daljinsku vezu                              UPS     – prostorija bezprek. napajanja

TS       – transiver                                                      COKP  – centar organ. i kontr. prometa

PDUN – podstanica daljinskog upravljanja

i nadzora

Slika 2 – shema sustava vatrodojave u tunelu Sv. Rok

4. ZAKLJUČAK

Kod projektiranja sustava vatrodojave u cestovnim tunelima treba uzeti u obzir posebne uvjete koji vladaju u tim objektima, kao što su visoka zagađenost zraka i razvoj požara kojeg karakterizira vrlo brz porast temperature, gdje u rasponu od nekoliko minuta temperatura poraste preko 1000 ^oC. Zbog toga je važno da vatrodojava u tunelu bude izuzetno pouzdana, sa što kraćim vremenima odziva na mjerenu veličinu i što otpornija na lažne alarme. Navedene uvjete u najvećoj mjeri zadovoljavaju sustavi zasnovani na linearnim termičkim javljačima kao glavnom tipu javljača za automatsku dojavu požara u tunelskim cijevima. Među njima se, u zadnje vrijeme, kao posebno pouzdani i robustni, s minimalnim postotkom lažnih alarma ističu sustavi sa senzorskim optičkim kabelom.

5. POPIS LITERATURE

[1]   ROAD TUNNELS – Report of the Committee, PIARC Committee on Road Tunnels, XXth World Road Congress, Montreal, 1995.

[2]   Amundsen F. H.., Søvik Ø. L., Classification of Tunnels, Existing Guidelines and Experiences, Recomendations; PIARC Committee on Road Tunnels, Montreal, 1995.

[3]   AUSTROSCHUTZ 1999, savjetovanje, Graz, 1999.

[4]   Linear Heat Detection System, technical description / guidelines, CERBERUS AG, Männedorf, Švicarska, 1997.

[5]   Security Guide – Fire Protection, CERBERUS AG, Männedorf, Švicarska, 1995.

[6]   Austrijske smjernice za projektiranje cestovnih tunela RVS 9.280, 9.281, 9.282

CONTEMPORARY FIRE ALARM SYSTEMS IN ROAD TUNNELS

In road traffic tunnels are places of increased risk. Therefore, specially rigorous protection measures should be applied, of which fire protection measures take significant part. Basic characteristics of tunnel fires are described, as well as resulting demands on fire alarm systems in tunnels. Further on a modern fire alarm system, based on the application of optical sensor cable as main fire detector type, is illustrated. Tunnel Sv. Rok, on the Adriatic highway, in whose fire alarm and fire protection final design aforementioned system is applied, is used for details explanation.