Brandgasflöden vid tunnelbränder : Temperaturskiktning vid tunnelbränder och vindorsakade luftrörelser i tunnlar

Mälardalen University Press Licentiate Theses No. 151

BRANDGASFLÖDEN VID TUNNELBRÄNDER

TEMPERATURSKIKTNING VID TUNNELBRÄNDER

OCH VINDORSAKADE LUFTRÖRELSER I TUNNLAR

Hans Nyman

2012

Copyright © Hans Nyman, 2012 ISBN 978-91-7485-069-7

ISSN 1651-9256

     

Brandgasflödenvidtunnelbränder

Temperaturskiktningvidtunnelbränderochvindorsakade

luftrörelseritunnlar



HansNyman

Akademinförhållbarsamhällsochteknikutveckling MälardalensHögskola Teknologielicentiatavhandling       

  Todaymoreandmoreundergroundfacilitiesandtunnelsarebuilt.Firesintunnelsand undergroundfacilitiescanleadtocatastrophicconsequencesforusersandowners.Firesin tunnelsarecomplexphenomenaandareinmanycasesdifficulttocalculateorsimulate. Thereforetheknowledgeanddesignmustprimarilybebasedoninformationobtainedfrom fullandmodelscaletests.  Theconvectiveairflowiscrucialinanemergencysituationbutcanalsoaffectother installationssuchasfans.Thethesisfocusesonthesetworesearchareas.  Thestratificationoftheconvectiveflow(temperaturestratification)andthesmokeisavery importantpartofthesafetydesign.Therearemethodsavailabletodeterminethetemperature stratification.BasedonamethodproposedbyNewmanpreviouslyperformedfiretests,both infullandmodelscalewereanalyzed.Oneaimistoobtainsimpleexpressionsforhand calculationsofthetemperatureconditionsinsideatunnelincaseofafire.Thethesispresents asummaryofsimplifiedsemiempiricalexpressionsforcalculationsoffirephenomenain tunnelfires.Akeyfactorfortheresultingairvelocityinthetunnelistheexternalwind effects.Basedonpreviousworkandanewstudy,semiempiricalexpressionsforcalculations ofwindeffectsintunnelsarepresented.  Thisthesisalsopresentsdetailedstudiesofairmotionconditionsinandaroundvarioustunnel entrancesatdifferentwinddirectionsandpressures.Analyseswerecarriedoutwithdifferent pressuremeasurementandvisualizationexperiments.  Thefollowingresultsarepresentedinthethesis:   Reasonsandargumentsforariskbasedapproachforfiredesignoftunnels   Acompilationandanalysisoffullscaleandmodeltestsfromatemperatureand smokestratificationperspectiveaccordingtoamethodproposedbyNewman   Arevisedcorrelationmodelfortemperaturecalculationsbasedontwofullscale experimentsandamodeltest   Simplifiedcorrelationsandgraphsforthecalculationofexternalwindeffectsin tunnels   Enhancedanalysisofwindeffectsintunnels  

  TacktillminhuvudhandledareadjungeradprofessorHaukurIngasonvidMälardalens HögskolaochminbihandledareprofessorMatsSandbergvidGävleHögskolaförbraväg ochhandledning.Niharverkligengettmigolikaperspektivpåforskararbetetsomså småningomharlettmigframtilldennalicentiatavhandling.LeifClaessonvidGävle Högskolavarenovärderlighjälpidiskussionerochpraktisktarbeteisambandmed mätningarnaivindtunnelniGävle.  TackocksåtillkonsultkollegorpåBrandskyddslaget,denbästaarbetsplatsjaghafthitintills. TacktillDoktorBengtHägglundförCFDkörningarochdiskussioneromforskningoch annat,ochdoktorandkollegornaRickardHansenochMiaKummvidMälardalensHögskola.  JagriktarävenettstorttacktillBrandforsksomharståttfördelfinansieringavminforskning.

  tunnelväggsarea(m2_) Cp tryckkoefficient() Cexp tryckkoefficientbaseradpåexperiment() Ci,avg medelkoncentrationavämneti,(kg/kg) Ci,h koncentrationavämnetividhöjdenh,(kg/kg) Cref tryckkoefficientireferenspunkt()  värmekapacitet(kJ/(kgK)  hydrauliskdiameter(m)  synfaktorn()  gravitationskonstant(9,81m/s2_)  höjd(m) HRR utveckladbrandeffekt(eng.Heatreleaserate)(kW)  totaltvärmeöverföringstal(kW/(m2_K))  konvektivtvärmeöverföringstal(kW/(m2_K)) ℎ värmeöverföringstalmedavseendepåstrålning(kW/(m2K))  värmeöverföringstal,medelvärdepåavståndetx(m)  dimensionslösåterströmning(eng.backlayering)() Lt tunnellängd(m)  luftflöde(kg/s) P omkrets(m) p tryck(Pa) pstag stagnationstryck(Pa)  StefanBoltzmannskonstant(=5,67.₁₀8_Wm2_K4_)  utomhustemperatur(K)  medeltemperatur(K)  väggtemperatur(K) t tid(s)  temperaturskillnadmellantunnelochutomhus(K) w A p c Ht D g H c h c h x h ∗ l a m σ a T avg T w T avg T 

 temperaturskillnadmellantakochgolv(K)  temperaturskillnadmellantunneltakochutomhus(K) u lufthastighetitunnel(m/s)  u0 hastighetvidreferenspunkt0(m/s) uw,ref vindhastighetireferenspunkt(m/s) rref,stg vindhastighetireferenspunktsvarandemotstagnationspunkten(m/s) u(z) hastighetvidhöjdenz(m)  kritisklufthastighet(m/s)  dimensionslöshastighet,/()  dimensionslöskritiskhastighet, / ()  dimensionslöskritiskhastighetmedfordon()  avstånd(m)   effekt(kW)  dimensionslöseffekt()  konvektiveffekt(kW)  strålningseffekt(kW) Fr Froudestal() Re Reynoldstal() Ri´_{ modifieratRichardsonstal()} α vindriktning(°)  emissionstalmellangasochvägg() ρ  densitet(kg/m3_) ξin inloppsförluster() λ friktionsförluster()  dimensionslöstid()         cf T  h T  c u ∗ u ∗ c u ∗ ctr u Q ∗ Q C l Q, R l Q, w g− ε τ

 1 Inledningochbakgrund...1 1.1 Mål...3 1.2 Metod...3 1.3 Avhandlingensupplägg...4 2 Problemformuleringochmetodbeskrivning...5 2.1 Undvikandeavkatastrofer...5 2.2 Regelverkochriktlinjer...5 2.3 Kunskapsbasen...7 2.4 Problemsammanställning...10 2.5 Metodbeskrivning...11 3 Tunnlarochbränder...12 3.1 Handberäkningsmetoder...12 3.2 Korthistoriköverinträffadebränder...15 3.3 Uppkomnabrändersstorlek...17 4 Branddynamikientunnel...20 4.1 Tunnelbränderochrumsbränder...21 4.2 Bränslekontrolleradeochventilationskontrolleradebränder...21 4.3 Brandgasskiktningitunnelbränder...22 4.3.1 Lufthastighetenspåverkanpåbrandeffektochtillväxthastighet...23 4.3.2 Medeltemperaturberäkningar...24 4.3.3 Brandgasspridninguppströmsbranden(återströmning)...26 4.3.4 Brandgasskiktningenskaraktärnedströmsbranden...28 4.3.5 JämförelsemedCFDberäkningar...35 4.3.6 Handberäkningaravbrandgasskiktningenskaraktärnedströmsbranden...38 5 Ventilationitunnlar...39 5.1 Inledning...39 5.2 Mekaniskaventilationssystem...39 5.3 Naturligventilation...41 6 Vindenspåverkan...42 6.1 Vinden...42 6.2 Vindpåverkanpåbyggnadsverk...43 6.3 Vindpåverkanpåtunnlar...44 6.3.1 Vindpåverkanbeskrivenmedtryckkoefficient...45 6.3.2 Vindpåverkanenergibetraktelse...49 6.3.3 Visualiseringsförsök...55 6.3.4 Försökmedolikamynningar,konmm....55 6.3.5 Sammanfattning...57 7 Diskussion...58 8 Slutsatser...60 9 Fortsattarbete...61 10 Referenser...62   



Avhandlingenbyggerpåföljandeartiklar:   NymanH.,IngasonH.,Temperaturestratificationintunnels,FireSafetyJournal,Volume48, February2012,p30–37,ISSN03797112   NymanH.,SandbergM.,Theinfluenceofexternalwindintunnels,TheInternationalJournal ofVentilation,Volume10Number1,June2011,p3149,ISBN14733315  Nymanharibådaartikarnahaftdethuvudsakligaansvaretochutförtdenstörstadelenavdet teoretiskaochpraktiskaforskningsarbetet. 





Idagbyggsalltflerundermarksanläggningarochtunnlar.Tidigarehändelserharvisatatt bränderitunnlarochundermarksanläggningarkanorsakakatastrofscenarier.Dessabränderär komplexafenomenochärsvårberäknade.Temperaturochluftrörelserientunnelvidbrand äravgörandevidtillexempelenutrymningssituation.Avhandlingenfokuserarpådessatvå områden.  Kunskapenomskiktningavrökochvärmeärmycketbetydelsefullvidbrandteknisk dimensioneringavtunnlar.Detfinnsenklametoderförattberäknahurtemperaturskiktningen varierarlängstunneln.UtifrånenmetodföreslagenavNewmananalyserasresultatfrån tidigarebrandförsökutfördabådesomfullskaleochmodellförsök.Ettsyfteärattfåfram enklareuttryckförhandberäkningavtemperaturförhållandenvidbrand.Iavhandlingen redovisasocksåensammanfattningavförenkladesemiempiriskauttryckförberäkningarav brandtekniskafenomenvidtunnelbränder.  Enviktigfaktorfördenresulterandelufthastighetenitunnelnärdenyttrevindpåverkan. Grundatpåtidigareochnyaförsökredovisasnyasemiempiriskauttryckförberäkningarav vindpåverkanitunnlar.Iavhandlingenredovisasocksådetaljeradestudierav luftrörelseförhållandeniochruntolikatunnelmynningarvidolikavindriktningar.Analyserna utfördesdelsmedolikatryckmätningarochdelsmedvisualiseringsförsök.  Följanderesultatpresenterasiavhandlingen:   Motivochargumentförettriskbaseratförhållningssättvidbrandskyddsteknisk dimensioneringavtunnlar   Ensammanställningochanalysavfullskaleochmodellförsökutifrånettbrandgas ochtemperaturperspektivenligtenmetodföreslagenavNewman   Ettrevideratuttryckförtemperaturberäkningbaseradpåtvåfullskaleförsökochett modellförsök   Förenkladesambandochdiagramförberäkningavvindpåverkanitunnlar   Fördjupadeanalyseravvindpåverkanitunnlar  

    Detfaktumattdetbyggsmertunnlar,tunnelbanorochandraundermarksanläggningari mångadelaravvärlden,görattbrandsäkerhetitunnlaräretthögaktuelltområde.Desenaste årtiondenharettantaluppmärksammadestörre,katastrofalatunnelbränderuppstått.Exempel påbränderivägtunnlardesenasteårenäriFrejustunnelniFrankrike(2005och2004),iS:t Gotthardtunneln2001ochiMontBlanctunneln1999.Därtillharstorabränderuppståtti spårtunnlarsomtillexempelkanaltunnelnmellanStorbritannienochFrankrike1996och2008 ochbergbanetunnelniKaprunår2000.ISverigeharävenbränderikabeltunnlarorsakat långaelavbrottförhushåll.  ISverigeärettantalstörretunnelprojektplaneradeochstartade.DessaärtillexempelNorra Länken(vägtunnlar)ochCitybanan(spårtunnlar)sombyggsmedsyfteattlösaakuta trafikproblemförvägochtågtrafikiStockholm.IForsmarkplanerasdessutom undermarksanläggningarförslutförvaretavkärnbränsleochenutbyggnadavslutförvaretför mellanaktivtavfall.  Pågrundavkomplexitetochmångfaldigasäkerhetsaspekterärbehovetavkunskapinom områdetbranditunnlarochundermarksanläggningarstort.Bränderitunnlaroch undermarksanläggningarkanfåstorakonsekvenserpåbådemänniskorochegendom. Brändernakanorsakalängredriftstoppsomkanpåverkatrafikmenocksåorsakadriftstoppi undermarksanläggningarsomigruvor,distributionstunnlarochianläggningarmedannan verksamhet.Driftstoppenäroftamycketkostsammaursamhällssynpunktmenocksåförde företagsomdrabbas.  Oftaärluftrörelsernaochventilationenavgörandeförbrandensutvecklingochbrandgasernas spridning.Brandenkommerattpåverkaluftrörelsernagenomattförändratemperaturoch densitetsförhållandenviadenavgivnaenergin.Brandenisinturkommerocksåattpåverkas avluftflödenaochsyretillgången.Förutomattbrandenpåverkasavluften,kommerockså brandgasspridningenochbrandgasskiktningenatttillstordelvaraberoendeavventilationen.  Idagförutsättsnumerasjälvutrymningsomprincipitunnlarochundermarksanläggningar. Dettainnebärattdepersonersombefinnersigitunnelnellerundermarksanläggningenpå egenhand,utanhjälpavräddningstjänsten,skakunnatasigtillensäkerplatsvidenbrand, vilketställerhögakravpåkunskapombrandutvecklingochluftrörelservidbrandvid projekteringenochplaneringenavutrymningsstrategierförtunnlar.Videnutrymnings situationärdetnormaltbrandgaserna(röken)somärdetstörstaproblemetförpersoneri tunnelnellerundermarksanläggningen.Förhållandenaidetinledandeskedetavenbrandär därförväsentligaförutrymningeneftersomdetäridettaskede,dåbrandeninteharhunnit växa,sommöjligheternatillsjälvutrymningärstörst.Därförärdetviktigtatthakunskapom tillexempelvilkaluftrörelsersomkanförväntasientunnelellerengruvavidenbrandstart. Detsominverkarpåluftrörelsernaientunnelärförstochfrämsttunnelnsgeometri,vilken

typavtunneldetgäller,höjdskillnader,temperaturskillnaderochpåtvingadeflödensåsom yttrevind,brandochfläktsystem.Olikaparametrarharolikabetydelse,mentillsammans påverkardehurluftflödetkommerattstyras.  Urräddningstjänstensperspektivärluftrörelsernaitunnelnenfaktorsomkanvaraavgörande förvilkeninsatsstrategisomböranvändas.Attha”vindeniryggen”elleroptimalteniprincip rökfrimiljöframtillbrandenäreftersträvansvärdochkommerattunderlättaensläckande insats.  Brandochventilationitunnlarochundermarksanläggningarärkomplexafenomen.Idag byggervårkunskapomdessafenomenpåfullskaleförsök,modellförsökochavancerade beräkningarmeddatorer(CFDberäkningar,ComputationalFluidDynamics).  Deresultatsompresenterasiavhandlingenbidrartillkunskapsområdetinombranditunnlar ochundermarksanläggningarochärdirekttillämpbaraförflerayrkeskategorier.Tvåartiklar liggertillgrundföravhandlingensomligger,iellerdelvisi,skärningenmellantrestörre områden:  1. Tunnlar(infrastruktur) 2. Brand 3. Ventilation(luftrörelser)    Figur1.1.Avhandlingensområde. 

InnehålletiartikelIliggeriskärningenmellanallatreområdenaochbehandlar brandgasskiktning(skiktningavrök)ochtemperaturberäkningarvidenbrandientunnel.Ett tidigareföreslagetsambandverifierasmedförsökfråntvåfullskaleförsökochtvå modellskaleförsök.Meddetföreslagnauttrycketkanmanutifrånenberäknad medeltemperaturochFroudestalbestämmabrandgasskiktningen,samtberäknatakoch golvtemperaturer.Resultatenfråndenförstaartikelnkantillexempelanvändassom rimlighetsbedömningavutfördasimuleringar,ellersomunderlagtillscenariobeskrivningari säkerhetsanalyser.  ArtikelIIbehandlardenyttrevindenspåverkanpåluftrörelsernaientunnel.Iartikeln redovisasettantalmodellförsökutfördaienvindtunnelvidHögskolaniGävle.Syftetmed försöken,därenmodelltunnelstuderats,varattanalyserahurvindenpåverkarluftflödenien tunnelochtryckenrunttunnelmynningen.Iartikelnbehandlasävenuttryckförberäkningav luftrörelseritunnelnsomskapatsavdenyttrevinden.Resultatensomredogörsiartikelnär intressantaföraktörersomtunnelägare,brandkonsulter,räddningstjänster,VVSingenjörer, brandingenjörerochriskingenjörer.Menocksåförforskareinombrand,undermarksoch ventilationsområdet.  Attanvändamodellförsökärettbilligareochenklaresättattundersökaolikabrandfall. Generelltskatrevillkorvarauppfylldaförattmodellenskarepresenterafullskalan; geometrisklikformighet,dynamisklikformighetochkinematisklikformighet,Massey[33]. GenomattutnyttjadimensionslösatalsåsomReynoldstalochFroudestaluppfyllsvillkoren. IbrandsammanhangärsåkalladFroudeskalningenvedertagenmetodvidmodellförsök, [4448].Demodellförsöksomanalyserasikapitel4ochartikelIharutförtsutifråndetta antagande.ModellförsökeniartikelIIharutförtsunderförutsättningenattturbulenta förhållandenråder,detvillsägaattReynoldstalenimodellförsökenöverstiger2300.I försökenvarReynoldstalenöver30000.IverkligatunnlarärdockReynoldstalenbetydligt större.   Detövergripandemåletmedavhandlingenärattbidratillenökadkunskapsnivåinom områdetbranditunnlarochundermarksanläggningar.Forskningsområdetärrelativtnytt,men högaktuelltpågrundavdeomfattandeochkomplexaunderjordiskainfrastrukturprojektsom planerasochgenomförsiSverigeochandraländer.Idagärdetdärförmycketviktigtatt belysa,diskuteraochförmedlaforskningeninomdettaområdeföraktuellaaktörer.I avhandlingenbeskrivsocksågrundläggandebranddynamikitunnlarmedområdesspecifika fenomenochbegrepp.Ettspecialområdesomärknutettillbrandproblematikenärvindens påverkanpåluftflödetinneitunnelnihändelseavenbrand.Detspecifikamåletärattvia försökundersökaenklahandberäkningsuttryckförluftrörelseritunnelngenereradavantingen brandelleryttrevind.   Metodeniavhandlingeninnefattarlitteraturstudier,analyseravtidigaregenomförda experimentochgenomförandeavpraktiskaexperimentienvindtunnel.Vissaavresultaten jämförsocksåmedutfördadatorsimuleringar.

  Ideninledandedelenredovisasochdiskuterasproblematikenkringbranditunnlar. Utgångspunktenärdetvåartiklarna.IdenförstadelenredovisasbakgrundentillartikelIsom innefattarbrandsäkerhetsnivåerochbranddynamik.Idensenaredelenredovisasdeområden somliggertillgrundförproblemställningiartikelII,ventilationssystemitunnlaroch vindpåverkan.  Ikapitel2diskuterasochformulerasavhandlingensproblemområdeochmetod.Härredovisas olikaprincipiellaskillnadermellandestyranderegelverkenfördenbrandskyddstekniska nivånitunnlarochundermarksanläggningar.  Kapitel3inledsmedendiskussionomolikametoderförattberäknakonsekvensenavbränder itunnlar.Ikapitletbeskrivshurhandberäkningsmetoderförattberäknat.ex.temperatureroch brandgasskiktningkananvändas,ochvaddeärbaseradepå.Dessutomgesenöversiktöver inträffadestörretunnelbränderochdefullskaleförsöksomutförtsdesenaste40åren.  Ikapitel4beskrivsdengrundläggandebranddynamikenitunnlar.Grundläggandebegrepp, ekvationerochuttryckbeskrivsöversiktligt.Ikapitletbeskrivsocksåmedettexempelpåhur CFDberäkningarkanverifierasmedhandberäkningsuttryckbaseradepådenförstaartikeln.  Kapitel5redogörförolikaventilationssystemitunnlarochhurluftrörelseruppstår.  Ikapitel6redovisashurvinduppstårochhurvindenpåverkarbyggnaderochtunnlar.Idetta avsnittredovisasocksåöversiktligtresultatetfrånmätningarutfördaienvindtunnelvid HögskolaniGävle.  Ideavslutandekapitlendiskuterasresultatenochförslagpåfortsattarbete.  Förattkonkretiseraendelavdeuttryckochsambandsomredovisasiavhandlingenfinnsett antalräkneexempelredovisadeikapitel4och6.  

   Tunnlarisigbrinnerinte,detärmaterialetsomfinnsitunnlarnasomkanbörjabrinnaochdet ärkonsekvensenavdessabrändersommåstebehandlas.Detfinnsstoraskillnadermellanen brandientunneljämförtmedenbrandutomhus.Menärbränderitunnlarettproblem?Är inteentunnelbara”envägmedlockpå”,somenprojektledareförenstörretunneluttryckte sigiSverigeförnågraårsedan.Innaninträffandetavdestörrebrändernadärflerapersoner omkom,ochstoramateriellaskadoruppstod,uppfattadesintetunnelbrändersomettlikastort problemsomidag.Menettflertalolyckordesenaste20årenharvisatatttunnelbränderkanfå mycketallvarligakonsekvenser.Ärkonsekvensernatillräckligtstoraochhänderdet tillräckligtoftaförattmanskabehövatahänsyntilldessasituationer?Igrundenhandlardet omvilkariskersamhälletaccepterarochvilkaregelverkochriktlinjersomskaanvändasnär tunnlarbyggs.Regelverkenochriktlinjernabörvaravetenskapligtgrundadeiempirikinom tunnelbrandområdet.Avhandlingenbidrartillkunskapeninomdettaområde.    I”Värderingavrisk”,Räddningsverket[1],angesettantalprincipervidriskvärdering.Dessa är:  1. Rimlighetsprincipen 2. Proportionalitetsprincipen 3. Fördelningsprincipen 4. Principenomundvikandeavkatastrofer.  Utifråndenfjärdeprincipenmåstetunnelbränderansesvaraettproblem.Dethardesenaste 15årensstörrekatastrofbränderitunnlarvisat.FN(Förentanationerna)definierarkatastrof som”enallvarligpåverkanpåsamhälletsomorsakaromfattande,materiella,ekonomiskaoch miljöfarligaförluster,vilkaöverstigersamhälletsmöjligheteratthanterasituationenmedegna resurser”.   Idagplanerasochbyggsdetettstortantaltunnlar.Hurtunnlarskabyggasochvilkennivåpå debrandskyddstekniskaåtgärdernasomskagällaärtillvissdelregleratiSvensk Författningssamling(SFS).Entunnelsomskauppförasskaföljadeföreskriftersomangesi SFS1994:847omtekniskaegenskapskravpåbyggnadsverk,m.m.ochtillhörandeförordning; förordning(1994:1215)omtekniskaegenskapskravpåbyggnadsverk.Dettaeftersomen tunnelomfattasavbegreppetbyggnadsverksomisinturuppdelasibyggnaderoch anläggningar(seIngasonm.fl.[42]).Riktlinjerochreglerförbyggnaderförtydligasvia Boverketsbyggregler.NågotmotsvarandefrånBoverketssidafinnsinteförtunnlar.Föratt praktisktkunnaarbetamedtunnlarharVägverketförfattatenhandbok,Tunnel2004,där detaljkravpåtunnlarredovisas.ITunnel2004angesatttunnlarskautformassåattriskerna förknippademednyttjandeavvägalternativsominnehållerpassageavtunnlarinteärstörreän förvägalternativdäringatunnlaringår.Detskaalltsåinteinnebäraenökadriskattköraien

tunneljämförtmedvägenutanförtunneln.AktuellaregelverkförspårtunnlarärPlanoch bygglagenochJärnvägslagen(2004:519).OcksåiföredettaBanverketsstandardBVTunnel (BVS585.40)ochTSDTunnelsäkerhet,(därTSDbetydertekniskspecifikationfördrifts kompabilitet),finnsriktlinjerförnybyggnationavjärnvägstunnlar.Idensenareskriftenfinns entemperaturtidkurvafördimensioneringavbetongenientunnel,densåkalladeEureka kurvan.  RegelverkochrekommendationerurettEUperspektivdiskuterasiBeard[2]där rekommendationerförbrandsäkerhetitunnlarurettEUperspektivanalyseras.Bakgrundenär desenasteårensstörrekatastrofbränder.Samtidigtharmetoderinomriskanalyserutvecklats ochbörjatanvändasochdessutomkrävasfrånstoraförsäkringsbolag.Fråganärhurde styranderegelverkenskautformas.Iartikelnredovisassombakgrundnorskstatistik,Beard [2]somvisarattideflestafalldärmänniskorharomkommititunnlarärdetpågrundav kollisioner(catvåtredjedelar)därbrandalltsåinteharhaftnågonbetydelse.Deresterande fallenkantillskrivastillbränderellerincidenterrelateradetill”farligtgods”.I70%avdefall därpersonerharomkommititunnelbränderhartungtrafik(eng.HGV,HeavyGoods Vehicles)varitinblandad.Fråganärhurkunskapenkananvändasiregelverken.Författaren (Beard[2])hävdarattdenbrandsäkradimensioneringenavnyatunnlarelleruppgraderingar avbefintligatunnlaridagbyggerpåtreolikaförhållningssättellerenblandningav ovanstående(sefigur2.1):  1. Preskriptivaregler(föreskrivanderegler) 2. Kvalitativariskanalyser 3. Kvantitativariskanalyser    Figur2.1.AcceptablariskeritunnlarenligtBeard[2].

 Övergångenfrånettpreskriptivtförhållningssättmotettriskbaseratkommerattväckaett antalfrågorsomigrundenhandlarmerometikienallmänbemärkelseänteknik,eftersom detkanhandlaomvilkariskersomkanaccepteras.Tillexempelaccepterasattca300 personeromkommeromåretitrafiken,menskulle20personerförolyckasientunnelbrand skulledettatroligtvisinteaccepterasavsamhället.Exempelpåfrågorvidövergångentillett riskbaseratförhållningssättärvilkametoder,vilkaacceptanskriterierochvilkamodellersom skaanvändas.Menförattkunnagörabedömningarochsomunderlagtilldeovanstående frågornakrävsenkunskapsbassom,enligtBeard,beståravbådeteoriochexperiment. Dessutomkrävskontinuerligforskningeftersomverklighetenochvåravärderingarförändras kontinuerligt.  Iförstudien”Funktionsbaseraddesignförtunnlarmedavseendepåsäkerhet”,Ingasonetal. [42],somärinitieradavVägverket(nuvarandeTrafikverket),framhållsocksåfördelarnamed ettriskbaseratförhållningssättvidtunneldimensionering.Författarnaefterlyserenstarkare kopplingmellanriskanalysmetoderochförnuftigakravspecifikationerpådetaljnivåmen ocksåtydligaacceptanskriterier.   Menvadvetviomtunnelbränder?Historisktsettharströmningsläran(fluidmekaniken),som brandärbesläktatmed,framtill1960taletvarituppdeladitvåområdenenexperimentelldel ochenteoretiskdel,Anderson[4].Meddatorernasintågökademöjligheterna attutifråndegrundlägganderörelseochenergiekvationernanumerisktlösafysikaliska problem.DettagörsmedsåkalladCFDteknik.Utifrånettstortantaldifferentialekvationer kanrandochbegynnelsevärdesproblemirelativtkomplexageometrierlösasitvåellertre dimensioner.Mendegrundläggandeekvationernaärändåförenklingar.Imångafallärde mycketbraochfullttillräckliga.CFDteknikärytterligareettsätt(förutomden experimentellaochdenteoretiskagrenen)attbeskrivaverkligheten.Mensituationernavid bränderblirsnabbtmycketkomplexa.Bränderitunnlarinnefattarettantalsvårbeskrivna fysikaliskafenomen,fluidmekanik,termodynamik,förbränning,strålningochivissafall materiaiflerafaser,YeohochYuen[5],ochfråganärhurbradessaberäkningsverktyg stämmer?CFDmodellernamåstevaliderasellerstämmasavmotexperimentellametoder.  Detfinnstrehuvudsakligametoderattbaserakunskappårelaterattillbranddynamikitunnlar (sefigur2.2)  1. Fullskaleförsök 2. Modellförsök 3. Beräkningsmodeller,somt.ex.CFD  Inomtunnelbrandområdetärenstordelavkunskapenbaseradpåfullskaleochmodellförsök. Fullskaleförsökärdyraattgenomföra.Modellförsökärocksåkostsammamenbetydligt billigarejämförtmedfullskaleförsök.CFDberäkningarkanimångafallvaradetenda ekonomisktrimligaalternativetmendemåstevaliderasmotantingenfullskaleeller modellförsök.Förattbegränsaantaletberäknadefallkrävsoftaenklaremodellersom

underlag.Samtidigtärsimuleringarettkraftfulltverktygeftersomdetfinnsstörremöjligheter attvarieraindataochgeometrier.   Figur2.2.Samspeletmellandeolikadelarnasomutgörkunskapsbasenavseende tunnelbränder.  Hittillsharendastettfåtalväldokumenteradefullskaleförsökutförts(seexempelvis Lönnermark[15],Ingason[16]ochartikelI).Fråganäromkunskapenfråndessaförsökkan användassomriktlinjerviddimensioneringochbyggandeavtunnlar.Ärförsökentillräckligt mångaochtillräckligtgenerella?Ochfaktumkvarstår;detbyggstunnlaridagochde dimensionerasförbrand.Ideflestaregelverkfinnsstandardiseradetemperatur–tidkurvor ellereffekttidkurvor.Enbättrelösningvoreattutgåfråndebrändersomfaktisktkaninträffa.  Utöverproblematikenmedattdetsaknastillräckligtmångaväldokumenteradefullskaleförsök förattbestämmanivånpåbranden(maximaltutveckladeffekt)ochframförallt tillväxthastighetenmåsteallabrandskyddstekniskasäkerhetssystemvaraoptimeradebådeur ettanvändarperspektiv(personskydd)ochetträddningstjänstperspektiv.Urett personskyddsperspektivärdetoftadeinledandetiotillfemtonminuternasomäravgörande förompersonskadorskaförhindrasellerinte.Efterdetattbrandenharstartatkommer tillväxthastighetenvaraavgörandeförvärmeochbrandgasutvecklingitunneln.Detärockså underdessaförstaminutersomsäkerhetssystemsomtillexempelbrandlarmskaaktiveras. Samtidigtskasjälvutrymningen(somdetoftastärfråganom)ocksåstarta.Ideförsta avgörandeminuternaskaalltsåenmängd,ivissafalllivsavgörande,tekniskasystemstartas ochbeslutfattas.Underförutsättningattallasystemfungerarkommerdåsjälvutrymningenatt fungera?Kommerpersonerattlämnasinafordonutanatttveka?Hurskasystemenutformas såattmänniskorsåsnabbtsommöjligtpåbörjarutrymningen?IbrandeniFrejustunneln, CETU[6],2005dogtvåpersonereftersomdestannadekvaralltförlängeisinafordonistället förattstartautrymningen.ÄveniMontBlancbrandenuppstodliknandesituationerdär personerintelämnadesinafordon,seLacroix[7].Omavgörandesäkerhetsbeslutskafattasav människorärdetenförutsättningattdeharövatochharbrabeslutsunderlag.Erfarenhetfrån bådeMontBlancbranden[7]ochtunnelbanebrandeniBaku[8]harvisatattävenbeslutav

säkerhetspersonalförvärratsituationen.Ibådafallenhandladedetomattbrandgasventilation startadesellermanövreradespåett,idenuppkomna,situationenfelaktigtsätt.  Vadskaräddningstjänstengöra,ochvadkandegöra?I”Räddningsinsatseritunnlar”[9] beskrivsendelavdensvenskaproblematiken.Enavgörandefrågaärvadsomskauppnåsoch vemellervilkasomharansvaret.Utifrån”Lagenomskyddmotolyckor”tolkarförfattarna[9] detsomattbådetunnelägarenochtunnelinnehavarenharskyldighetattskapaförutsättningar förattenräddningsinsatsskakunnagöras.Dettabörgörasinärasamarbetemeddenlokala räddningstjänsten.Föratträddningstjänstenskakunnagöraeneffektivinsatskrävsattde utrymmandeharkortavägartillutrymningsplatser,atträddningstjänstensnabbtkankomma närabrandenisäkermiljöochattbrandenintehinnerutvecklaenalltförhögbrandeffekt innanenbrandsläckningsinsatspåbörjas.Dekriteriersomtroligenkommerattvaraavgörande förenräddningsinsatsientunnelärenligtförfattarna:  1. Hurmycketfolksombehöverassistanstillensäkermiljö 2. Hurstorbrandenärochdärmedvilkentemperaturochstrålningsnivåsomkanuppstå 3. Hurlångsträckasompersonalenkanförflyttasigirökfylldmiljö  Dessutomkrävsinformationavseendevarbrandenärplaceradochhelstnågonformav indikationpåtemperaturförhållandentillräddningstjänsten.  Ingason[10]beskriversåkallademagiskatalinomtunnelbrandområdet.Magiskatalärtal ochvärdenpåtillexempeldimensionerandebrandeffektersomharföreslagitsavexperter inombrandområdetvidsåkallade”rundabordssamtal”.Detfinnsalltsåingendirektkoppling tillfysikellermodelleringutanvärdenaärettresultatavkonsensusbeslutframtagnaav experteritekniskamöten.Inomtunnelbrandområdetflorerarettantalmagiskatalsombland annatinnefattarbrandeffekter,tillväxthastigheterochavståndmellanutrymningsvägar.De magiskatalentenderardessutomtillattbli”sanningar”sominfrastrukturprojektivissafall projekterasutifrån.Mankanävenefterattdemagiskatalenharblivitöverbevisadesom felaktigaanaettvisstmotståndatttatillsigdennyakunskapen.Somettexempelnämner Ingasonattävenefterdetattfullskaleförsökmedenlastbilsbrandientunnelutförts,därden maximalabrandeffektenuppmättestill120MW(1992),somdessutomkonfirmeradesmed modellförsök,försvaradesdenbetydligtlägre(magiska)siffran30MWavrepresentanterför franskatunnelregelverk,Ingason[10].Resultatetblevfortsattanvändningavdenlägrenivån. Ingasonföreslårettalternativtsättattnärmasigproblematiken:attintebyggasystem grundadepågissningarochregelverk(ettpreskriptivtförhållningssätt)utanpåanalytisk dimensioneringbaseradpåriskanalyser,forskningochutfördaförsök,dvs.enliknande ståndpunktsomBeard[2]propagerarför.  Preskriptivareglerförbrandsäkerhetmåsteavspeglaenavsamhälletfastställdsäkerhetsnivå. Problemetmeddessaföreskrivanderegleruppstårsnabbtnärdetsaknaskunskap,statistikoch forskninginomområden(somexempelvisbränderitunnlarochundermarksanläggningar). Detpreskriptivaförhållningsättet,detaljstyrningen,kanoftabliettlappverkavgamlaregler, nyareglerochmagiskatalsomiblandkaninnebäraenriskförmotstridigheterinom regelverket. 

Itunnelhandboken,BeardochCarvel[11],angesfördelarnamedettriskbaserat(analytiskt) förhållningssättförbeslutsfattandeochkunskapgällandetunnelsäkerhetmedattsystem förändrasövertiden.Detkanvarastorskillnadpåförutsättningarnaientunnelmedavseende påtrafik,fordonsutformningsamhällskravetcetera.Detriskbaseradeförhållningssättetären brametodförattfattabeslutienföränderligvärld,medandetpreskriptivaförhållningssättet kanblistatiskt.Enförutsättningförattriskanalyserskavaraanvändbaraäratttydliga acceptanskriterierärgivna.  Förattkunnaminskariskenförkatastroferbehövsmerkunskapombränderitunnlaroch undermarksanläggningar.Kunskapenutgörenbasförhurtunnlarnaskabyggas,vilka brandskyddstekniskasäkerhetssystemsomskainstallerasochhurräddningstjänstenskaagera.  Avgörandeärbrandensmaximalaeffektutvecklingochtillväxthastighet,brandgasspridning ochventilationsförhållandeniochutanförtunneln.Idekommandekapitlenbeskrivs resonemangochresultatfråndebådaartiklarnaiettvidareperspektiv.   Påfråganomtunnelbränderärettproblemärsvaretja,dåsamhälletharettuttalatkravatt undvikakatastrofer.Detärviktigtattfortsättaarbetetinomområdetbådepåden experimentellasidansåvälsomdenteoretiska.Eftersomviinomområdetidagbarahar begränsadkunskap,somdockärständigtväxande,börbasenfördimensioneringav brandsäkerhetitunnlarvarariskbaserad,snarareänpreskriptivdåvimedtidenkommeratt breddaochfördjupavårkunskap.Ytterligareettargumentförettriskbaseratförhållningssätt äratterfarenheterharvisatattendelavreglernaochriktlinjernasomgällerförtunnelbränder saknarverklighetsgrund.  Temperaturförhållandenochluftrörelseräravgörandefaktorerförbrandförloppitunnlar.I tunnlarmednaturligventilationkanvindenspåverkanvaraavgörandeförluftrörelsernai tunneln.  Avhandlingensbasärtvåartiklarbaseradepåexperimentsombehandlardessaområden.Den förstadelenbehandlarbrandgasspridningennedströmsbrandenochdenandradelenbehandlar vindenspåverkanpålufthastighetenitunneln.Sambandetmellandessaområdenvisasifigur 2.3. 

 Figur2.3Avhandlingenstvådetaljområden.   Avhandlingenärbaseradpålitteraturstudie,analysavförsökifullskalaochimodellskaladär resultatenanvändsförframtagandeavempiriskasamband.Dessasambandäravbetydelsenär manskavärderaluftochtemperaturförhållandeninneitunnelnberoendepåpåverkanav yttreochinrefaktorer.Resultatenfrånmodellskaleförsökenanvändsförjämförelsemed fullskaligaförsökgenometableradeskallagar.Fördelenmedskalmodellerärattmankanköra betydligtflerförsöktillmindrekostnad.Detvåartiklarnasomavhandlingenbyggerpå innefattarbeskrivning,analyserochresultatavutfördafullskaleochmodellförsök.  IartikelIanalyserastvåfullskaleförsökochtremodellförsökutifrånettgivetsambandsom beskrivertemperaturskiktningenvidenbrandpåolikaplatseritunneln.Sambandetärsemi empirisktochbeskriverförhållandetmellantemperaturdifferenserochFroudestal,ett dimensionslösttalsomangerkvotenmellanflödeochdensitetsskillnader.Deaktuella brandförsökenharinteutförtsavförfattarenutanmätvärdenfråntidigarepublicerade experimentanvändsförattverifieradetföreslagnasambandet.  ArtikelIIbeståravlitteraturstudieochbeskrivningavutfördamodellförsök.Fokusärpå vindpåverkanmotenatunnelmynningen.Modellförsökenienvindtunnelärutfördaav författaren.Dessabestodavtredelar:  1. Tryckmätningarientunnelmynningvidolikavindriktningar 2. Visualiseringavflödesförhållandenruntentunnelmynningmedhjälpavmannagryn ochrök 3. Tryckmätningarmedhjälpaventryckplattaavförhållandenaiochrunt tunnelmynningen  Metodengerenbraochdetaljeradöverblicköverförhållandenanäratunnelmynningen. Resultatenkananvändasförattbättreförståhurvindenpåverkarflödetinneitunneln. Metodenärlämpligförattstuderahurtryckpåverkanvidolikavindriktningarpåverkarflödet inneientunnel.Ifigur2.4gesenöversiktsbildavmodellensomärframtagenförstudier kringvindpåverkanöverstorabostadsområden.Ifigur2.4kanmanseettantalmindrevita

kubersomanvändsförattgenereraettturbulentflödeöverobjektetsomskastuderas.Dessa kubersvararmotmarkytansfriktion.Modelltunnelnärplaceradpåenvridbarplattasåattolka vindriktningarkanstuderas.Enmerdetaljeradbeskrivningavrespektiveförsöksuppställning finnsattläsaiartikelIochII.  Figur2.4Försöksuppställningivindtunnelimodellskala.  Iartikelnredovisasresultatenmedhjälpavdiagramochenklaresemiempiriskauttryck.  Enavanceraddatorberäkningssmodellharanväntsförattjämföraresultatenfrån brandförsöken.Dennametodärnumeriskochanvändsförattlösaflödesekvationeritre dimensioner.DesemiempiriskasambandenfrånartikelIjämförsocksåmed datorberäkningar,CFDberäkningar(ComputationalFluidDynamics).      Semiempiriskauttryckgrundadepåfullskaleförsökochmodellförsökärpraktisktanvändbara verktygochkananvändaspåflerasätt.Ettsättärattutifrånengivenbrandskyddsnivå,givna brandförlopp(ellerettbrandscenario)varieraolikaparametrarsomtillexempellufthastigheti tunnelochbrandeffektförattpreliminärtberäknaettstortantalfall.Fråndessakansedande mestintressantafallenstuderasmedtillexempelCFDberäkningarellermodellförsök.I kapitlennedanpresenterasekvationerlämpligaförhandberäkningsmetoderochbåda avhandlingensartiklarbehandlarliknandesemiempiriskauttryck.  EttutmärktpraktisktsättattundersökarimligheteniutfördaCFDberäkningarärattockså utnyttjahandberäkningsmodeller.Sefigur3.1.  

  Figur3.1.HandberäkningsmetoderochCFD   Enbrandskyddsteknisknivåmåstefastställas.Dettakantillexempelgörasviademetoder somdiskuterasikapitel2.2ochbeskrivsifigur2.1.  Denbrandskyddstekniskanivånkankontrolleras,menävenbestämmasvia handberäkningsmetoder.Idennaprocesskanävenberäkningsmetodernavaraaktuellaföratt snabbtbeskrivaolikascenarier.Exempelpåettscenariokanvaraenkollisionmellantvå personbilardärhandberäkningsmetodernakangeriktvärdenpåkonsekvenseniformav utveckladbrandeffekt,temperaturochbrandgasskiktning.Dettänktascenariotkansedan enkeltändras,därsammaparametrarstuderasmenutgångspunktenärenkollisonmellanen mindrelastbilochenpersonbil.Efterattnivånharfastställtskanettellerflerabrandscenarier beskrivasutifrånenellerflerabrandeffektkurvor.Denmaximalabrandeffektenförrespektive scenariokantillexempelväljasutifråndefullskaleförsöksomgjorts(kapitel3.3,tabell3.1). Brandeffektkurvandetvillsägahureffektenberoravtiden,kanmatematisktbeskrivasutifrån ettantalmodeller,enligtIngason[12].Närvälbrandeffektkurvanärfastställdkan medeltemperaturenberäknasvianågotavuttryckenbeskrivnaikapitel4.5.Videngiven medelhastighetochmedeltemperaturkanåterströmningen(eng.backlayering)och brandgasspridningennedströmsbrandenberäknasutifrånuttryckenikapitel4.

Återströmningenärettfenomendärskiktadebrandgaser(rök)förflyttarsigitaketmotden förhärskandeluftriktningenientunnel.  TillexempelviaberäkningsbladiExcelkanettstortantalbrandscenarierstuderasoch resultatetförslagsvisliggatillgrundförettantalmerdetaljeradeberäkningarmedCFD.  MedsammaekvationerkanävenCFDberäkningarsrimlighetundersökas.Dettabeskrivsi kapitel4.8.  

  Ettsättattökakunskapenärattanalyseradebrändersominträffatdesenasteårtiondena.I Kim[13],Beard[14],Lönnermark[15]ochNCHRP[39],redovisasettstortantaltunnel bränder.Analyseravtunnelbränderärnödvändigaochkangeinformationomvarförochhur brändernauppstod,hurfastasäkerhetssystemfungerade,hurräddningspersonalageradeoch hurdealternativtkundeagera,samthurtrafikanternareageratvidbränderna.Kunskapenkan sedananvändasförattförbättrasäkerhetenochminskakonsekvensernavidframtida tunnelbränder.Analysernakanocksågeinformationomvilkasäkerhetssystemsomkange störsteffekt.  Itabellenredovisastunnelbränderivägtunnlarfrån1999därmänniskorharskadatseller omkommit.  Tabell3.1.Inträffadetunnelbränderivägtunnlarmedpersonskador. År Tunnel(längd),land/länder Troligbrandorsakellervar

brandenuppstod omkomna/skadadeAntal

2010 WuxiLihu

(),Kina Bussbrand 24omkomna19skadade



2010 Trojane

(885),Slovenien Lastbil 5skadade

2009 Gubrist

(),Schweiz 2bilar 4skadade

2007

 (7700m),NorgeEiksund Lastbilochpersonbil 5omkomna

2007 SanMartino

(),Italien Lastbil 2omkomna10skadade

2007 SantaClarita

(165m),USA 33storafordonochenpersonbil 3omkomna23skadade

2007 Burnley

(2900m),Australien Lastbilarochpersonbil 4omkomna

2006 Viamalatunneln

(740m),Schweiz Kollisionmellanbussochbil 9omkomna5skadade



2005 Frejustunneln

(12900m),Frankrike/Italien Motorbrand 2omkomna21skadade



2004 Baregg

(1080m),Schweiz Lastbilochpersonbil 1omkommen1skadad



2003 Flöfjellstunneln

(3100m),Norge Fordonskollisionmotvägg 1omkommen

2001 St.Gotthardstunneln

(16322m),Österrike Motorbrand 11omkomna

2000 Seljestadstunneln

(1272m),Norge Fordonskollision 6skadade

1999 Tauerntunneln

(6400m),österrike underhållsfordoninblandatKollisionmed 12omkomna

1999 MontBlanctunneln(11600m)

IKim[13]kategoriserastunnelbrändernautifrånantaletinblandadefordoniolikatypfall.De bådatypfallendelasocksåiniunderkategorier(IC=incidentcategory)beroendepåom brandspridningskeddetillfordonsomintevariblandadeiinitialbranden.Detenatypfallet innefattarbrändermedendastettfordonutanpåverkanfrånandra.Sådanabränderutvecklas långsammaresålängeintebränslespillellerlastexplosioneruppstår.Brändernaidenna kategoristartaroftasommotorbränderellerdåbromsarnaöverhettas.Brändernaärsmåi börjanochuppmärksammasoftaavmedtrafikanterietttidigtskede.Dettainnebärentidig varningochgerbättreförutsättningarförentidigutrymningavtunneln.Detandratypfallet innefattartunnelbränderdärflerafordonärinblandadeellermedettfordonikollisionmed vägg.Dessabränderärproblematiskaurfleraaspekter.Urettutrymningsperspektivkande orsakapanikochtillskillnadfråndenförrakategorinkanbrandförloppetskesnabbarevilket ocksåpåverkarräddningstjänstensmöjlighetattgöraensläckandeinsats.  Irapporten,Kim[13],analyserades69bränder.Avdessahamnadeca70%idenförsta kategorin(brändermedendastettfordon).Idessafallspredssigbrandenfråndetensamma fordonetendastvidettfåtaltillfällen(5%)tillandrafordon.Ibrändernasomspredstillandra fordonvarlångtradare(påengelskaHGV,heavygoodsvehicles)inblandadeiallafall.Ide falldetförekomdödsfallvarlångtradareocksåinblandadeiallafall.  Tabell3.2.Uppkomnabränderitunnlarkategoriserade,Kim[13]. 

Typfall Kategori Antaluppkomna

bränder(andelav totalaantalet bränder) Initialbrand Andelolyckormed dödligutgång Enstakafordon

70% IC1 43(63%) Långtradare:25Bussar:14

Bilar:3 Kranbil:1

11(34%)

IC2 5(7%) Långtradare:5 5(100%)

Krockbränder

30% IC3 7(10,1) Lastbil+buss/bilMc+2bilar:1

Bil+vägg2 Bil+bil/buss2 5(70%) IC4 13(19%) 2långtradare:1 Långtradare+bil/buss:3 Långtradare+bilar:5 Långtradare+vägg:1 Okänd:3  13(100%)

 Okänd 1(%) Okänd Okänd

 Attstuderavilkatyperavbrändersomspridsfråninitialbrandenärintressanturflera perspektiv.Ominitialbrandenspridskommertroligtvisdenmaximalabrandeffekten (HRRmax)attökavilketkanbetydaattbrandgasspridningenocksåkommerattöka,detblir svårareförräddningstjänstenattgöraeninsatsochegendomsskadornakommerattblistörre. Hurbränderitunnlarspridsärintressantattstuderaförattkunnaminskakonsekvenserna.  I”Räddningsinsatserivägtunnlar”Ingasonm.fl.[9]diskuterasviktenavräddningstjänstens möjlighetattstyraventilationenvideninsats.Dettaförutsätter,Kim[13],dockattdetfinns

olikaventilationsfallangivnaförolikabränder.Attendastanvändaettflödeförettbrandfall rekommenderasinteavförfattarna.Detbaseraspådetfaktumattettförstortflödeviden lastbilsbrandkanförvärrasituationenjämförtmedomsammaflödeanvändsviden personbilsbrand.IKim[13]angesettriktvärdepå20MWsomengränsföratträddnings tjänstenskakunnagöraensläckandeinsats.Riktvärdetgrundarsigpåenmaximalstrålnings nivåpå5kW/m2_{påettavståndav10meterfrånbranden.}  Resultatetitabell3.2visarattlastbilarärinblandadeiallaallvarligareolyckor.Enavgörande parameterförombrändernaskautvecklastillkatastrofbränderärfråganombrandensprids ellerinteochhurförhållandenamedavseendepåtemperaturochbrandgasskiktningiochrunt brandenär.   Detharutförtsettmindreantalväldokumenteradefullskaleförsökmedfordonsbränderi tunnlar.I[15]redovisasföljande.  Tabell3.3.Sammanställningavdatafrånförsökmedfordonsbränder,Lönnermark[15].  Fordonstyp Antal

test Energiinnehåll[GJ] effektutveckling,Maximal

HRRmax[MW] HRRmedel Tidför HRRmax[min] Personbil 15 28 1,58,5 4,1 1038 2personbilar 7 510 5,610 7,6 1355 3personbilar 1  8,9 8,9 33 Buss 2 411)_{ 2930 29,5 78} Långtradare 10 10244 13202 2)_{ 818} 1_{Energiinnehålletfinnsangivetendastförettavförsöken.VärdetärberäknatfrånHRR=29MW} 2_{Försökenskiljersigförmycketfrånvarandraförattettmedelvärdeskavararelevant.}  Testernavisarattdethandlaromrelativtkortatiderinnandenmaximalaeffekten(HRRmax) nås.Dettainnebärattdetäravstörstaviktattutrymningenstartarsnabbtochattom räddningstjänstenskakunnagöraensläckandeinsatsmåstedevarapåplatsmycketfortför atthamöjlighetattgöranågonformavinsats.Dettagällerframföralltviddestörrebränderna sominnefattarlastbilarochlångtradare.  Denmaximalabrandeffektenochtillväxthastighetenäravgörandeförförhållandena nedströmsbranden.Idenförstaartikelnbeskrivshurtemperaturskiktningenkanberäknasfrån enmedeltemperaturnedströmsbranden,menmedeltemperaturenärberoendeavden maximalabrandeffektenochluftrörelsernaitunneln.Kunskapenomvilkabrandeffektersom kanförväntasvidenbrandäralltsåavgörandeförattkunnafastställaförhållandenatill exempelmedavseendepåsiktochtemperatur.Inomområdetfinnsettstrukturelltproblem eftersombränderitunnlarärfysikalisktkomplexaproblemochsvåraattsimulera.Detta innebärattdetfinnsettstortbehovavattdelsattutföramodellförsökmenockså,framförallt, attutförafullskaleförsök.Itabell3.4.redovisasenöversiktavdefullskaleförsöksomutförts avseendebränderitunnlar,Ingason[16]. 

Tabell3.4.Utfördafullskaleförsökitunnlar,Ingason[16] 

Testprogram,

land,år testerAntal Brand tvärsnittsareaTunnel

[m2_] Tunnelhöjd (m) Tunnel längd (m) Mätningar Effekt [MW] Kommentarer Ofenegg, Schweiz,1965 11 Bensin (6.6,47.5, 95m2_) 23 6 190 T,CO,O2,v, sikt 1180 Enspårig tunnel, återvänds gränd, sprinkler Glasqow,1970 5 (1.44,2.88,Fotogen 5.76m2_) 39.5 5.2 620 T,OD 28 Järnvägs tunnel,eji bruk Zwenberg, Österrike, 19741975 30 Bensin (6.8,13.6 m2_{)träoch} gummi 20 3.9 390 T,CO,CONOx,CH,2, O2,v,OD 821 tunnel,ejiJärnvägs bruk P.W.R.I,Japan, 1980 16 Bensin(4, 6m2_), personbil, buss 57.3 ~6.8 3277 T,CO,COv,OD,2, strålning 914* Bilar och bussar okänd a Testtunnel, sprinkler P.W.R.I,Japan, 1980 8 Bensin (4m2_), buss 58 ~6.8 3277 T,CO,CO2, O2,v,OD, strålning Buss

okänd bruk,sprinklerVägtunneli

TUBVTT, Finland,1985 2 (Simulerad tunnelbane vagnoch kollision mellantvå bilar) 2431 5 140 HRR,T,m,CO,CO2, O2,v,OD 1.88 Gruvsystem,_{ejibruk} EUREKA499, Norge,1990 1992 21 Trästaplar, heptan, bilar, tunnelbane vagn, tågvagn, lastbil 2535 4.85.5 2300 HRR,T,CO, m,CO2,O2, SO2,CxHy, NO,sikt,sot, m,v 2120 Transporttunnel,eji bruk Memorial,USA,

19931995 98 (4.545mTjockolja2_) 36och60 4.4och_7.9 853 HRR,T,CO,_CO

2,v 10 100 bruk,sprinklerVägtunneleji Shimizu, Japan,2001 10 Bensin (1,4,9 m2_{),bilar,} buss

115 8.5 1120 T,v,OD,_{strålning} 230* Nyvägtunnel,_{sprinklertest}

2:aBenelux tunneln, Nederländerna, 2002 14 nheptan+toulen,bil, van, 50 5.1 872 HRR,T,m, strålning,v, OD,sikt 326 Nyvägtunnel, sprinkler Runehamar tunneln,Norge, 2003 4 Cellulosa, plast, möbler 3247 4.75.1 1600 HRR,T,PT, CO,CO2, O2,HCN, H2O,iso cyanater, OD, strålning 66 202 Vägtunnelejibruk    Ingason[16]påpekarattdeutfördafullskaletesternaskiljersigblandannatåtmedavseende pådetestadebrandstorlekarna(denmaximaltutveckladeeffektenHRRmaxochtillväxt

ochsyfte.FörutomförsökeniMemorialtunnelnhartestseriernaivarjeförsökvarieratmellan 230stycken.IMemorialtunnelnutfördes98testserier.Fokusförtesternaharimångafall varitbrandochrökspridningochhurolikaventilationssystempåverkarbrandförloppoch brandgasspridning.Dessutominnefattarcirkahälftenavtesternasprinkler.Flertaletav testernasominnefattadesprinklerärutfördaiJapandärmananväntsådanaitunnlarsedan 60talet,seStroeks[41].Syftetmedmångaavtesternavartroligtvispraktisktinriktade.Idag finnsettstörreintresseavbramätningaravtillexempeltemperaturochluftrörelsersomkan användasförvalideringavCFDberäkningar.Noggrannaindatakrävsavseendeförhållandeni ochruntmynningarnavidtesternaförattfåutsåmycketsommöjligt.Itesternafrån6080 taletsaknasinformationomdenmaximaltutveckladebrandeffekten,somärenavgörande parameterförhurentunnelbrandutvecklas.  På80taletförfinadesmetodernaförattmätadenutvecklademaxeffektenviamätningarav syrekoncentrationernaochpå90taletutveckladesmetodersombyggdepåmätningarav koldioxid.UnderdettaårtiondeutfördesocksåEurekatesterna(19901992),seIngason[16], somgavmycketnyinformationinomtunnelbrandområdet.Framföralltvisadedetsigattvad olikafordoninnehöllochtransporteradevarierademedavseendepåbrännbartmaterial.I dessatesterutfördesocksåförsökmedrälsbundnafordon.Testernautfördesdockbarapåett fordonitaget,ochingatesterutfördespåflerafordon,motsvarandeenkollision.Viddenhär tidpunktenhadeintehellernågrastörrebränderuppståttmedflerafordoninblandadei Europa.Depåföljandeårenvisadeattmångaavdestörretunnelbrändernainnefattadeflera fordon.EnligtIngason[16]hardessvärredenhärkunskapenintefortplantatsigtilldagens gällanderegelverk.  IMemorialtunnelnutfördes19931995ettstortantalförsök.Brandkällanidessaförsökvar inteolikafordonutanfatmeddiesel.Bakgrundentillförsökenvarettstortvägtunnelprojekti centralaBoston.Försökenvarnoggrantinstrumenteradeocholikabrändermedolika ventilationssystemtestadesochdokumenterades.Idessaförsökstuderadesdensåkallade kritiskahastighetenförattundvikaåterströmning.Testernavisadeocksåatthastighetenefter etttagnårettmaximaltvärdeoavsettutveckladbrandeffekt.Detmaximalavärdetpåden kritiskahastighetenärca3m/s.Endelavdeförsöksominnefattadelongitudinellventilation haranväntsiavhandlingen.  RunehamartesternautfördesiNorge2003.Fyraolikafalltestadesdärmedolika uppställningarsvarandemotlastbilarmedbrännbarlast.Denmaximalaeffektenvarierade mellan66202MW,vilketärdehögstaeffekternasommättsuppitunneltester. Taktemperaturerupptill1360°Cuppmättes.Bakgrundentillförsökenvarblandannat katastrofbrandeniMontBlanctunneln,därettstortantallastbilarvarinblandade.Testerhar ävenanväntsiavhandlingendärmätvärdennedströmsbrandenharutnyttjatsföranalysav brandgasernasskiktningochkaraktär.  Detfinnsförfåutfördaväldokumenteradefullskaleförsök.Tillsdegenomförsärdetviktigt attsåmycketkunskapsommöjligthämtasurdeförsöksomhargjorts.Denförstaartikelni avhandlingen(artikelI)behandlaretttidigarepresenteratsambandmendärdatafrånbåde tidigareutfördamodellförsökochfullskaleförsökenfrånMemorialtunnelnoch Runehamartunnelnanvänds.