CC BY
11
I
INZYNIERIA POZAROWA
mgr inz. tukasz Nowaka), dr inZ. Natalia Schmidt-Polonczyka)*
aAGH Akademia Gorniczo-Hutnicza, Wydzial Gornictwa i Geoinzynierii / AGH University of Science and Technology, The Faculty of Mining and Geoengineering
*Autor korespondencyjny / Corresponding author: nschmidt@agh.edu.pl
Weryfikacja mozliwosci bezpiecznej ewakuacji z tunelu drogowego w warunkach pozaru
Verification of Possible Safe Evacuation From Road Tunnels in the Event of Fire
Проверка возможности проведения безопасной эвакуации из автомобильного тоннеля в условиях пожара
ABSTRAKT
Cel: Celem artykulu jest przedstawienie rezultatów badart numerycznych ewakuacji z tunelu drogowego w warunkach pozaru dla trzech róznych scenariuszy pozarowych, których baz? stanowila katastrofa w tunelu drogowym Mont Blanc z 1999 roku. W oparciu o nig wykonano trzy modele
- model odpowiadajgcy rzeczywistym warunkom panujgcym w tunelu w czasle pozaru w 1999 roku,
- model odnoszgcy si? do warunków po wprowadzeniu zmian zwigzanych z przebudowg tunelu i jego ponownym otwarciem w 2002 roku oraz,
- model odnoszgcy si? do obowigzujgcych w UE wymogów Dyrektywy 2004/54/WE Parlamentu Europejskiego i Rady.
Wprowadzenie: Artykul poswi?cono w glównej mierze wplywowi rozmieszczenia schronów oraz wyjsc ewakuacyjnych w tunelu drogowym na rezultaty dzialart samoratowniczych w chwili wystgpienia zagrozenia pozarowego. Tunel drogowy jest przestrzenig ograniczong, w której pozar prowadzi do szyb-kiej zmiany parametrów otoczenia i powstania warunków krytycznych moggcych stanowic zagrozenie dla jego uzytkowników. W zwigzku z powyzszym g^stosc rozmieszczenia dróg ewakuacyjnych w tego typu przestrzeniach ma bardzo istotny wplyw na czas dzialart samoratowniczych. Metodologia: W artykule przeprowadzono badania modelowania numerycznego, które pozwolily wyznaczyc wymagany czas bezpiecznej ewakuacji TREST. Dost?pny czas ewakuacji TASETzostal wyznaczony w oparciu o analiz? pozaru w tunelu Mont Blanc z 1999 roku. Ewakuacji uznano za bezpieczng, gdy spelnione zostalo tzw. kryterium bezpiecznej ewakuacji, czyli zaleznosc TASET > TRESr
Wnioski: Wyniki obliczert numerycznych potwierdzily, ze wprowadzone po pozarze zmiany w tunelu Mont Blanc moglyby zapewnic bezpieczertstwo uzytkownikom tunelu w razie wystgpienia w nim pozaru podobnego do tego z 1999 roku. Ponadto w przypadku dwóch pozostalych scenariuszy pozarowych - czyli dla rozmieszczenia schronów co 300 metrów oraz wyjsc ewakuacyjnych do równoleglego tunelu ewakuacyjnego usytuowanych co 500 metrów - wykazano brak mozliwosci przeprowadzenia skutecznych dzialart samoratowniczych. Czas ewakuacji w duzej mierze zalezy od czasu przejscia drogg ewakuacyjng, dlatego g?stosc wyjsc ewakuacyjnych oraz schronów powinna byc ustalana na etapie projektowym z uwzgl?dnieniem najbardziej krytycznego scenariusza. Dzi?ki temu w chwili wystgpienia niebezpiecznej sytuacji w przestrzeni tunelu kazdy jego uzytkownik b?dzie mial warunki do bezpiecznej ewakuacji.
Stowa kluczowe: ewakuacja, wyjscia ewakuacyjne, bezpieczertstwo pozarowe, tunel Mont Blanc Typ artykutu: studium przypadku - analiza zdarzert rzeczywistych
Przyjçty: 25.06.2017; Zrecenzowany: 03.08.2017; Opublikowany: 30.09.2017;
Autorzy wniesli równy wklad merytoryczny w opracowanie artykulu;
Proszç cytowac: BiTP Vol. 47 Issue 3, 2017, pp. 96-110, doi: 10.12845/bitp.47.3.2017.8;
Artykul udostçpniany na licencji CC BY-NC-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).
ABSTRACT
Aim: The main purpose of this article is to present the results of numerical calculations of evacuation from the road tunnel in the case of fire in three different scenarios. The research is based on the Mont Blanc tunnel catastrophe in 1999. Three tunnel models were generated on this basis:
- a model corresponding to the actual conditions in the tunnel during the 1999 fire,
- a model reflecting conditions after modifications associated with the tunnel's redevelopment and its reopening in 2002,
- a model referring to the the requirements of Directive 2004/54/EC of the European Parliament and of the Council binding in the EU. Introduction: In the article, the authors focused on the influence of the distance between shelters or evacuation exits in a road tunnel on the results of self-rescue actions in the event of fire. Tunnels have limited space, so a fire leads to rapid changes in the environment's parameters and the
occurrence of critical conditions, which can be dangerous for human life. Therefore, the distribution of evacuation exits influences the duration of self-rescue actions.
Methodology: Numerical calculations were conducted for the purpose of defining the Required Safe Escape Time THSEr The Available Safe Escape Time TASET was determined on the basis of the analysis of the fire in the Mont Blanc tunnel in 1999. The evacuation process is considered safe when the so-called safe escape time criterion is met, i.e. when dependency TASET > THSET is met.
Conclusions: The results of the numerical calculation confirmed that the modifications after the Mont Blanc fire could ensure safe evacuation in the event of a fire similar to that of 1999. Moreover, in the case of the two remaining fire scenarios (the distance between shelters is 300 m and the distance between evacuation exits to the parallel evacuation tunnel is 500 m), there is no possibility to conduct safe self-rescue actions. Evacuation time largely depends on the movement speed of evacuees, thus the distribution of evacuation exits or shelters should be determined during the design phase taking into consideration the most dangerous scenario, so that each tunnel user would have proper conditions for safe evacuation. Keywords: evacuation, evacuation exits, fire safety, Mont Blanc tunnel Type of article: case study - analysis of actual events
Received: 25.06.2017; Reviewed: 03.08.2017; Published: 30.09.2017; The authors contributed equally to this article;
Please cite as: BiTP Vol. 47 Issue 3, 2017, pp. 96-110, doi: 10.12845/bitp.47.3.2017.8;
This is an open access article under the CC BY-NC-SA 4.0 license (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).
АННОТАЦИЯ
Цель: Цель статьи - представить результаты численного моделирования эвакуации из автомобильного тоннеля во время пожара для трех различных сценариев пожара, представленных на основе катастрофы в Монбланском автомобильном тоннеле, которая произошла в 1999 году. На основе этого происшествия были созданы три модели тоннеля:
- модель, соответствующая реальным условиям в тоннеле во время пожара в 1999 году,
- модель, включающая изменения, связанные с реконструкцией и повторным открытием тоннеля в 2002 году,
- модель, относящаяся к действующим в ЕС требованиям - Директиве 2004/54/ЕС Европейского Парламента и Совета. Введение: В статье основное внимание уделяется влиянию размещения бункеров и эвакуационных выходов в автомобильном туннеле на результаты самоспасательных действий во время появления пожарной угрозы. Автомобильный туннель представляет собой ограниченное пространство, в котором пожар приводит к быстрому изменению параметров окружающей среды, созданию критических условий, которые могут поставить под угрозу его пользователей. Поэтому частота размещения эвакуационных путей существенно влияет на время действий по самоспасению .
Методология: В статье было проведено численное моделирование, которое позволило определить требуемое безопасное время эвакуации ТНЗЕГ Реальное время эвакуации ТЛЗЕТбыло установлено на основе анализа пожара в Монбланским тоннеле 1999 года. Эвакуация считалась безопасной, если был выполнен критерий безопасной эвакуации, т.е. сохранена зависимость ТАЗЕТ > ТНЗЕГ
Выводы: Результаты численного моделирования подтвердили, что изменения введенные в Монбланском тоннеле после пожара, могли бы обеспечить безопасность пользователей туннеля в случае пожара похожего на пожар 1999 года. Кроме того, в случае остальных двух сценариев пожара, а именно: распределения бункеров каждые 300 метров и эвакуационных выходов в параллельный аварийный тоннель каждые 500 метров - не обеспечивается возможность проведения эффективных действий по самоспасению. Время эвакуации в значительной степени зависит от времени прохода эвакуационного пути, поэтому плотность эвакуационных выходов, бункеров должна быть определена на стадии проектирования с учетом наиболее критического сценария, так, чтобы во время появления наиболее опасной ситуации в туннеле, каждый пользователь мог безопасно эвакуироваться.
Ключевые слова: эвакуация, эвакуационный выход, пожарная безопасность, Монбланский тоннель Вид статьи: исследование случая - анализ реальных событий
Принята: 25.06.2017; Рецензирована: 03.08.2017; Опубликована: 30.09.2017; Авторы внесли одинаковый вклад в создание этой статьи;
Просим ссылаться на статью следующим образом: BiTP Vol. 47 Issue 3, 2017, pp. 96-110, doi: 10.12845/bitp.47.3.2017.8;
Настоящая статья находится в открытом доступе и распространяется в соответствии с лицензией CC BY-NC-SA 4.0 (https://creativecommons.org/ licenses/by-nc-sa/4.0/).
Wprowadzenie
Infrastruktura drogowa w ostatnich latach rozwija siç dyna-micznie praktycznie na catym swiecie, w tym rowniez w Polsce. Zwiçksza siç rola budownictwa podziemnego, powstajq coraz dtuzsze tunele, ktore umozliwiajq pokonywanie przeszkod tere-nowych (np. gor, rzek), usprawniajq potqczenia drogowe w mia-stach oraz wptywajq pozytywnie na redukcjç emisji zanieczysz-czen i hatasu [1]. Ze wzglçdu na swojq specyfikç (przestrzen czçsciowo zamkniçta) tunel jest konstrukcjq, w ktorej kolizja
Introduction
In recent years road infrastructure has been rapidly developing in most parts of the world, including Poland. The role of underground construction is growing and increasingly long tunnels are created for crossing various terrain obstacles (e.g. mountains, rivers), facilitating road transport in cities and positively influencing pollutant and noise emissions [1]. Tunnels, due to their specific construction (consisting of a partially closed space) are structures in which road accidents in
drogowa w niesprzyjajqcych warunkach moze doprowadzic do powstania pozaru, zagrozic zyciu oraz zdrowiu ludzi. W wiçk-szosci przypadków przyczynq wystgpienia pozaru sq usterki mechaniczne pojazdów (np. przegrzanie silnika, zwarcie w in-stalacji elektrycznej). Przyktadem takiego zdarzenia moze byc zapalenie siç ci^zarówki przewozqcej opony, które miato miej-sce w tunelu Frejus w 2005 roku (Francja-Wtochy). Ogien moze pojawic siç równiez w wyniku zderzenia pojazdów, co miato miejsce w 2001 roku w tunelu Gleinalm (Austria), gdy po zde-rzeniu czotowym samochodu ciçzarowego i osobowego smierc w pozarze poniosto 5 osób [2, 3, 1].
W chwili zagrozenia zdrowia i zycia uzytkowników tunelu drogowego najwazniejsze dziatania sprowadzajq siç do prze-prowadzenia ich sprawnej ewakuacji. W celu poprawy bezpie-czenstwa wdraza siç dodatkowe srodki techniczne np. wyjscia ewakuacyjne lub schrony przeciwpozarowe, a modelowanie samego procesu ewakuacji coraz czçsciej analizuje siç z wy-korzystaniem narzçdzi symulacyjnych, opierajqcych siç na ob-liczeniach numerycznych. Wynik dziatan samoratowniczych uzytkowników tunelu drogowego moze byc uzalezniony od sze-regu czynników, takich jak rozmieszczenie i liczba wyjsc ewakuacyjnych, oddziatywanie zadymienia na prçdkosc poruszania siç, rozmieszczenie sygnalizacji i znaków ewakuacyjnych, indy-widualne cechy uzytkowników (np. reakcja na stresujqce sytu-acje) czy tez sam czas podjçcia ewakuacji [4, 5, 6].
Niniejszy artykut oparto na trzech zatozonych scenariu-szach, rózniqcych siç rozmieszczeniem wyjsc ewakuacyjnych (schronów) w modelowanym tunelu drogowym. Za punkt od-niesienia postuzyta katastrofa z 1999 roku w tunelu drogowym Mont Blanc, w oparciu o którq przeprowadzono symulacjç dzia-tan samoratowniczych przy rozmieszczeniu:
- schronów przeciwpozarowych co 600 m,
- wyjsc do równolegtego tunelu ewakuacyjnego co 500 m,
- wyjsc do równolegtego tunelu ewakuacyjnego (schro-nu) co 300 m.
Przeprowadzone modelowanie numeryczne pozwolito usta-lic czas wycofania siç uzytkowników z tunelu w przypadku wy-stqpienia w nim pozaru w kazdym z wymienionych wariantów.
Zagrozenie pozarowe
Pozar to niekontrolowany w czasie proces, który moze zaist-niec pod warunkiem wystqpienia trzech czynników: materiatu palnego, zródta ciepta przekraczajqcego temperature zaptonu materiatu palnego oraz dostatecznej ilosci tlenu [7].
Pozar w tunelu drogowym moze stanowic smiertelne za-grozenie dla znajdujqcych siç w nim ludzi oraz byc przyczy-nq powaznych uszkodzen konstrukcji samego tunelu. Przy-ktady pozarów w tunelach drogowych zostaty zestawione w tabeli 1.
unfavourable conditions can lead to a fire, which poses danger to human life and health. In most cases the causes of fires are mechanical defects of vehicles (e.g. engine overheating, short circuit). An example of such an event may be the fire of a tyre-transporting truck, which took place in the Frejus Road Tunnel (connecting France and Italy) in 2005. Fire may also occur as a result of a collision of two vehicles, as the one in 2001 in the Gleinalm Tunnel (Austria), when 5 people died in a fire following a head-on collision of a truck and a passenger car [2, 3, 1].
In a case of danger to the life and health of road tunnel users, their fast evacuation is the most important. In order to improve safety, additional technical measures are applied, e.g. evacuation exits or fire shelters, and the modelling of the process itself is increasingly often analysed with the use of simulation tools based on numerical calculations. The outcome of the self-rescue actions taken by road tunnel users may depend on a variety of factors, including the distribution and number of evacuation exits, the impact of fogging on the speed of traffic, the distribution of signalling and exit signs, the individual traits of tunnel users such as their reactions to stressful situations, and the time of starting evacuation [4, 5, 6].
This article is based on three scenarios which differ in the distribution of evacuation exits (shelters) in the modelled road tunnel. The catastrophe of 1999 in the Mont Blanc road tunnel was used as a reference point and it served as the basis for a simulation of self-rescue actions, with the positioning of:
- fire shelters every 600 m,
- exits to a parallel evacuation tunnel every 500 m,
- exits to a parallel evacuation tunnel (shelter) every 300 m,
The performed numerical modelling made it possible to determine the time of evacuation of tunnel users in the case of fire for each of the mentioned variants.
Fire risk
Fire is a process uncontrollable in time and its occurrence requires three factors: a flammable material, a source of heat exceeding the ignition temperature of the flammable material and a sufficient amount of oxygen [7].
Fire in a road tunnel may pose a threat to the life of people in the tunnel and a cause of serious damage to its structure. Examples of fires in road tunnels are compiled in table 1.
Tabela 1. Wybrane pozary w tunelach drogowych [8, 9] Table 1. Examples of road tunnel fires [8, 9]
Pozar w tunelu Tunnel fire Konsekwencje Consequences
Rok Year Kraj i dtugosc tunelu Country and tunnel length Konsekwencje w ludziach Human casualties Zniszczone pojazdy Destroyed vehicles Obudowa tunelu i instalacje Road tunnel lining and installations
1978 Holandia / the Netherlands, Velsen 770 m 5 ofiar Smiertelnych, 5 poszkodowanych 5 dead, 5 injured 4 samochody ci^zarowe, 2 samochody osobowe 4 trucks, 2 cars powazne uszkodzenie tunelu na dtugosci 30 m serious damage, along a 30 m section
1979 Japonia /Japan, Nihonzaka 2 045 m 7 ofiar smiertelnych, 1 poszkodowana 7 dead, 1 injured 127 samochodow ci^zarowych, 46 samochodow osobowych 127 trucks, 46 cars powazne uszkodzenie tunelu na dtugosci 1100 m serious damage, along a 1100 m section
1982 USA Caldecott 1 028 m 7 ofiar Smiertelnych, 2 poszkodowane 7 dead, 2 injured 3 samochody ci^zarowe, 1 autokar, 4 samochody osobowe 3 trucks, 1 coach, 4 cars powazne uszkodzenie tunelu na dtugosci 580 m serious damage, along a 580 m section
1987 Szwajcaria/Switzerland, Gumefens 343 m 2 ofiary Smiertelne 2 dead 21 samochodow ci^zarowych, 1 van, 2 trucks, 1 van powierzchniowe zniszczenia slight damage
1993 Norwegia/ Norway, Hovden 1 290m 5 poszkodowanych 5 injured in the collision 1 motocykl, 2 samochody osobowe 1 motor cycle, 2 cars zniszczeniu ulegto 111 m materiatu izoluj^cego 111 m of insulation, material destroyed
1994 South Africa Huguenot 3 914 m 1 ofiara smiertelna, 28 poszkodowanych 1 dead, 28 injured 1 autokar 1 coach powazne uszkodzenie tunelu serious damage
1995 Austria Pfander 6 719 m 3 ofiary Smiertelne, 4 poszkodowane 3 dead in the collision, 4 injured 1 samochod ci^zarowy, 1 van, 1 samochod osobowy 1 truck, 1 van,1 car powazne uszkodzenie tunelu serious damage
1996 Wtochy/Italy Isola delle Femmine 148 m 5 ofiar Smiertelnych, 20 poszkodowanych 5 dead, 20 injured 1 cysterna, 1 bus, 18 samochodow osobowych 1 tanker, 1 bus, 18 cars powazne uszkodzenia, tunel zamkni^ty na 2,5 dnia serious damage, tunnel closed for 2.5 days
1999 Francja Wtochy / France Italy Mont Blanc 11 600 m 39 ofiar Smiertelnych 39 dead 23 samochody ci^zarowe, 10 samochodow osobowych, 1 motocykl, 2 samochody strazy pozarnej 23 trucks, 10 cars, 1 motor cycle, 2 fire engines powazne uszkodzenia, tunel ponownie otwarty po 3 latach serious damage, tunnel reopens 22/12/2001 after 3 years
1999 Austria Tauern 6 401 m 12 ofiar Smiertelnych, 49 poszkodowanych 12 dead, 49 injured 14 samochodow ci^zarowych, 26 samochodow osobowych 14 trucks, 26 cars powazne uszkodzenie tunelu serious damage
2001 Szwajcaria/Switzerland St. Gotthard 16 918 m 11 ofiar Smiertelnych 11 dead 13 samochodow ci^zarowych, 4 vany, 6 samochodow osobowych 13 trucks,4 vans, 6 cars powazne uszkodzenia, tunel ponownie otwarty po 2 miesiqcach serious damage, closed 2 months
2005 Francja Wtochy / France Italy Frejus 12 895 m 2 ofiary Smiertelne, 21 poszkodowanych zatruto siç dymem 2 dead, 21 treated for smoke inhalation 4 samochody ci^zarowe, 3 samochody strazy pozarnej 4 trucks, 3 fire fighting vehicles powazne uszkodzenia, tunel ponownie otwarty po 2 miesiqcach serious damage, tunnel closed
2006 Szwajcaria/Switzerland, Viamala 742 m 6 ofiar Smiertelnych, 6 poszkodowanych 6 dead, 6 injured 1 bus, 2 samochody osobowe 1 bus, 2 cars -
W sytuacji wystqpienia pozaru w tunelu zmieniajq siç para-metry otoczenia. Warunki, które mogq zagrazac zyciu oraz zdro-wiu ludzi, nazywane sq krytycznymi i mówimy o nich w chwili, gdy [10, 11]:
- zasiçg widzialnosc w tunelu jest mniejszy niz 10 m i temperatura powietrza wynosi ponad 60°C na wysokosci mniej-szej lub równej 1,8 m od poziomu drogi ewakuacyjnej,
- temperatura gazów pozarowych wynosi ponad 200°C na wysokosci ponad 2,5 m od poziomu drogi ewakuacyjnej,
- podczas ekspozycji dtuzszej niz 30 s gçstosc strumie-nia promieniowania cieplnego ma wartosc 2,5 kW/m2,
- zawartosc tlenu spada ponizej 15%.
In the case of fire in the tunnel, the surrounding parameters change. The conditions which may pose a threat to human life and health are referred to as critical conditions and they occur when [10, 11]:
- the visibility range in the tunnel falls below 10 m and the air temperature exceeds 60°C at a height lower or equal to 1.8 m from the escape route level,
- the temperature of fire gases is higher than 200°C at a height of more than 2.5 m form the escape route level,
- with the exposure exceeding 30 s the density of the heat radiation flux is 2.5 kW/sq. m.
- and oxygen concentration falls below 15%.
Czas, w ktorym jeden z powyzszych parametrow osiqgnie wartosc krytycznq jako pierwszy, nazywany jest dostçpnym cza-sem bezpiecznej ewakuacji (TASET). Natomiast wymagany czas ewakuacji (TRSET) jest czasem trwajqcym od poczqtku powsta-nia pozaru do momentu ewakuacji wszystkich uzytkownikow w bezpieczne miejsce i stanowi wypadkowq [11, 12]:
- te czasu detekcji pozaru,
- t czasu alarmu,
a '
- tr czasu rozpoznania sytuacji,
- triak czasu reakcji na zdarzenie,
- tp czasu przejscia ewakuujqcych siç osob.
Zapewnienie bezpiecznych warunkow ewakuacji jest mozli-
we, gdy spetnione jest tzw. kryterium bezpieczniej ewakuacji [10]:
TASET * TRSET (1)
Dostçpny czas bezpiecznej ewakuacji (TASET) bywa przedsta-wiany jako suma wymaganego czasu ewakuacji (TRSET) i pewne-go marginesu bezpieczenstwa, ktory dla kazdego z obiektow powinien byc okreslany indywidualnie, w zaleznosci od liczby uzytkownikow, wyposazenia i warunkow konstrukcyjnych [12].
The time in which one of the above parameters first reaches a critical value is referred to as the available safe escape time (TASET). However, the required safe escape time (TRSET) is the time from the onset of the fire to the evacuation of all users to a safe place, and is a resultant of [11, 12]:
- L, fire detection time,
det '
- t alarm time,
a '
- tr situation recognition time,
- t reaction time,
reak '
- tp movement speed of evacuees.
Ensuring safe evacuation conditions is possible when the so-called safe evacuation criterion is met [10]:
TASET * TRSET (1)
The available safe escape time (TASET) is sometimes presented as the total of the required safe escape time (TRSET) with a safety margin, which should be specified individually for each object depending on the number of users, equipment and structural conditions [12].
Pozar w tunelu Mont Blanc - analiza przypadku
Tunel Mont Blanc zostat wybudowany jako tunel jednonawo-wy, dwukierunkowy o dwóch pasach jezdni tqczqcy Chamonix (Francja) z Courmayeur (Wtochy). Liczqcy 11,6 km dtugosci obiekt byt w chwili ukonczenia budowy (1965) najdtuzszym tunelem dro-gowym na swiecie [13, 9]. Tunel posiada przekrój ksztattem zblizo-ny do podkowy, jezdnia ma szerokosc 7 m, a po obu jej stronach znajdujq siç chodniki o szerokosci 0,8 m. Ptyta jezdni oraz poto-zone pod niq kanaty zostaty wykonane z zelbetonu, natomiast sciany tunelu (0,5 m grubosci) z betonu bez wzmocnien [13]. Przekrój poprzeczny tunelu zostat zaprezentowany na rycinie 1.
Fire in the Mont Blanc tunnel - a case report
The Mont Blanc tunnel is a single-gallery two-direction tunnel with two lanes, linking Chamonix (France) with Courmayeur (Italy). This 11.6 km long structure at the time of completion (1965) was the longest road tunnel in the world [13, 9]. The tunnel's section is semicircular, with the road width of 7 m and 0.8 m long pavements on both sides. The road slab and channels located beneath were made of reinforced concrete, and the tunnel walls (0.5 m thick) from concrete without reinforcements [13]. The cross-section of the tunnel is presented in figure 1.
Rycina 1. Przekrój przez tunel [9] Figure 1. Tunnel cross section [9]
Tunel zostat wyposazony w 18 schronow bezpieczenstwa rozmieszczonych co 600 metrow i zapewniajqcych ochron? przez 2 godziny podczas pozaru. Zatoki przeznaczone do awa-ryjnego postoju pojazdow o szerokosci 3,15 metrow i dtugosci 30 metrow usytuowane byty na zmian? po obu stronach dro-gi co 300 metrow i ponumerowane od 1 do 36 w kierunku od strony francuskiej do wtoskiej. Po przeciwnych stronach dla zatok awaryjnego postoju wydzielone byto miejsce umozliwia-jqce samochodom ci?zarowym zmian? kierunku jazdy [13]. Ni-sze bezpieczenstwa wyposazone zostaty w r?czny ostrzegacz pozarowy. Dwie gasnice znajdowaty si? co 100 metrow, a nisze przeciwpozarowe z przytqczem wody do celow gasniczych co 150 metrow. Przed pozarem kamery monitoringu rozlokowane byty co 300 metrow, natomiast sygnalizacja swietlna zostata umieszczona na portalach oraz co kazde 1200 metrow tunelu. Tunel posiadat dwa centra dowodzenia i kontroli przy obu wlo-tach (portalach), kazde odpowiedzialne za potow? dtugosci tunelu oraz jednostk? strazy pozarnej po stronie francuskiej [13, 14].
24 marca 1999 roku w omawianym tunelu doszto do ka-tastrofy. Belgijska ci?zarowka (chtodnia) marki Volvo, jadqca z Francji do Wtoch, zapalita si? i zatrzymata si? w odlegtosci okoto 7 kilometrow od francuskiego portalu. Powodem powsta-nia pozaru byt zarzqcy si? niedopatek papierosa, ktory dostat si? do filtra powietrza samochodu [13, 9]. Schemat lokalizacji pozaru zostat przedstawiony na rycinie 2.
The tunnel was equipped with safety shelters located every 600 metres enabling protection for 2 hours during a fire (18 shelters). Bays for the emergency stop of vehicles with a width of 3.15 metres and with a length of 30 metres were located interchangeably on both sides of the road every 300 metres and numbered from 1 to 36 from the French towards the Italian side. On the opposite sides of emergency stop bays a place was provided for trucks to change their direction [13]. Safety niches equipped with fire pullbox alarms and two fire extinguishers were located every 100 metres, and fire niches with water supply connections for fire extinguishing purposes - every 150 metres. Before the fire, surveillance cameras were located every 300 metres, and traffic lights were installed on portals and every 1200 metres of the tunnel. The tunnel was equipped with two command and control centres on both end (portals), each covering half of the tunnel's length, and a firefighting unit on the French side [13, 14].
On 24 March 1999 there was a catastrophe in the tunnel. A Belgian Volvo refrigerated truck going from France to Italy caught fire and stopped approx. 7 kilometres from the French portal. The cause of the fire was a cigarette stub which got into the truck's air filter [13, 9]. The fire's location is presented in figure 2.
Postöj awaryjny nr 21 Emergency stop area number 21
_5Z_
_
ГО
I с
Q- ra
6550 m 5050 m
О
S.! Ö о (/> i-h ш
Rycina 2. Lokalizacja pozaru w tunelu Mont Blanc Figure 2. Location of fire in the Mont Blanc tunnel Zrodto: Opracowanie wtasne na podstawie [14]. Source: Own elaboration based on [14].
Ogien szybko rozwinqt siç ze wzglçdu na obecnosc i ilosc tatwopalnych materiatów w ciçzarôwce [13]:
- 550 litrów oleju napçdowego w zbiorniku paliwa ciç-zarówki,
- 9 ton margaryny i 12 ton mqki w chtodni,
- powtoki chtodni wykonanej z palnej pianki izotermicznej.
Pozar szybko rozprzestrzeniat siç, temperatura dochodzita
nawet do 1000°C. Zadymienie z kazdq minutq wypetniato kolej-ne odcinki tunelu, ograniczato widocznosc i uniemozliwiato ob-serwacjç zdarzenia przez kamery [9].
W tunelu po stronie francuskiej za palqcq siç ciçzarôwkq zostato uwiçzionych 38 osób w 25 pojazdach. W powstatym za-torze znalazto siç: 14 samochodów ciçzarowych, 10 samocho-dów osobowych (w tym 1 furgonetka) i 1 motocykl. Wiçkszosc kierowców zamiast podjqc ewakuacjç, po powstaniu pozaru pozostata wewnqtrz bqdz w poblizu swoich pojazdów. Osoby, które próbowaty uciekac, pokonaty odcinek 100-500 metrów,
The fire developed quickly due to the presence of flammable materials in the truck [13].
- 550 litres of diesel oil in the truck's fuel tank,
- the refrigerated products: 9 tonnes of margarine and 12 tonnes of flour,
- the refrigerated truck's lining made of flammable isothermal foam.
The fire spread quickly and the temperature reached 1000°C. With each minute smoke covered further sections of the tunnel, limiting visibility and obscuring the view from cameras [9].
On the French side of the tunnel behind the burning truck 38 people were trapped in 25 vehicles. In the created congestion there were 14 trucks, 10 passenger cars (including one van) and one motorcycle. Most drivers, instead of attempting evacuation, remained inside or near their vehicles. Those who tried to escape managed to cover the distance of 100-500 metres
zanim stracity przytomnosc z powodu zadymienia oraz tok-sycznosci gazow i dymow pozarowych. Smierc poniosto 39 osöb - 38 uwiçzionych za belgijskq ciçzarowkq oraz jeden stra-zak [13, 14]. Przebieg najwazniejszych etapow pozaru w tunelu Mont Blanc zostat przedstawiony w tabeli 2.
Tabela 2. Przebieg pozaru w tunelu Mont Blanc - 24 marca 1999 roku [13, 9] Table 2. Course of the fire in the Mont Blanc tunnel - 24 March 1999 [13, 9]
Godzina Time
10:46
10:52
10:53
10:54
10:55
10:59
11:00
11:15
11:20 11:30
11:54
W pozarze sptonçto 36 pojazdów: 2 wozy strazy pozarnej, 23 samochody ciçzarowe, 10 samochodów osobowych oraz 1 motocykl. Wszystkie znajdowaty siç pomiçdzy zatokami awaryj-nego postoju nr 19 i 23 - na odcinku o dtugosci 1,2 kilometra [13].
Tunel zostat powaznie uszkodzony na dtugosci 900 metrów (pçkniçcia betonu), a na odcinku liczqcym ponad kilometr od-padty oktadziny, odstaniajqc warstwy skat. Uszkodzeniu ulegty równiez schrony bçdqce w poblizu pozaru oraz asfaltowa na-wierzchnia drogi na odcinku ponad 1,2 kilometra, której spalenie mogto uwolnic energiç porównywalnq z pozarem 85 samochodów osobowych i 12 ci^zarówek [13]. Widok tunelu Mont Blanc po pozarze prezentuje fotografía na rycinie 3.
before they lost consciousness due to fogging or toxic gases and smoke. 39 people died, including 38 individuals trapped behind the Belgian truck and one firefighter [13, 14]. The major stages of the fire in the Mont Blanc tunnel are presented in table 2.
36 vehicles were burnt in the fire: 2 fire trucks, 23 trucks, 10 passenger cars and 1 motorcycle. All of them were between emergency stop bays 19-23, at a distance of 1.2 kilometre [13].
900 metres of the tunnel were significantly damaged (cracks in concrete), the linings came off along an over one kilometre long section, revealing rock layers. Shelters near the fire were also damaged, together with the asphalt road surface along an over 1.2 kilometre section, the burning of which could release energy comparable with a fire of 85 passenger cars and 12 trucks [13]. The view of the Mont Blanc tunnel after the fire is presented in figure 3.
Rozwój pozaru Fire development
Wjazd belgijskiej ciçzarôwki do tunelu. The Belgian truck entered the tunnel.
Kierowcy jadqcy z naprzeciwka (pomiedzy 2. a 3. kilometrem tunelu) informujq kierowce belgijskiej ciezarowki o biatym dymie
wydobywajqcym sie z jego naczepy. Dym jest juz na tyle gesty, ze zostaje uruchomiony czujnik dymu w zatoce awaryjnego postoju nr 18, a operator francuskiej stacji kontrolnej zauwaza dym na kamerach znajdujqcych sie w zatokach od nr 16 do nr 19. White smoke was seen coming out of the truck's trailer by oncoming drivers between kilometre 2 or 3 of the tunnel. Smoke detector in emergency stop bay 18 was activated. The operator at the French control station saw the smoke in the tunnel through the cameras at emergency stop bays 16-19.
Kierowca belgijskiej ciezarowki zatrzymuje sie w zatoce awaryjnego postoju nr 21, wedtug jego relacji wszystko staneto w ogniu
w ciqgu zaledwie 30 sekund. Najblizszy czujnik wykrywajqcy pozar po stronie wtoskiej zostat wytqczony poprzedniej nocy. The truck slowed down and stopped at emergency stop bay 21. According to the driver, within 30 seconds everything was ablaze. The nearest sensor of the fire detection system, operated by the Italian side, was placed out of service the night before.
Uzycie telefonu alarmowego z zatoki awaryjnego postoju nr 22 oraz uruchomienie recznego ostrzegacza pozarowego
w zatoce awaryjnego postoju nr 21. A phone call at emergency stop bay 22 was made and a fire pullbox alarm from emergency stop bay 21 was launched.
Operatorzy po obu stronach kontaktujq siç ze sobq i tunel zostaje zamkniçty. Dym rozprzestrzenia siç bardzo szybko i wypetnia juz 900 m tunelu.
The tunnel was closed at 10:55. The smoke spread very quickly and filled 900 m of the tunnel up to bay 18 within 10 minutes after ignition.
Dymy pozarowe rozprzestrzeniajq sie z predkosciq 1,5 do 2 m/s, zadymienie objeto juz 1,2 km tunelu. The velocity of the smoke was 1.5 to 2 m/s, the smoke filled 1.2 km of the tunnel.
Strazakom po obu stronach tunelu nie udaje siç opanowac pozaru. Jak wykazato sledztwo, wiçkszosc zginçta w czasie pierwszych 15 minut od wykrycia pozaru. Firefighters on both sides of the tunnel failed to control the fire. Investigation discovered that most of the victims died within 15 minutes of the fire first being detected.
Woz strazy pozarnej z Chamonix zatrzymat sie w odlegtosci 2,7 km od ciezarowki po stronie francuskiej, ze wzgledu na wysokq temperature oraz zadymienie. The Chamonix firefighters' vehicle stopped at 2.7 km from the truck on the French side due to smoke and heat.
Strazacy z Courmayeur docierajq na odlegtosc okoto 300 metrow od belgijskiej ciezarowki, wtedy zaczynajq eksplodowac opony pojazdow, zmuszajqc ich do wycofania si§ do schronu nr 24. Drugi woz francuskiej strazy pozarnej zatrzymuje si§ na 4,8 kilometrze tunelu. The Courmayeur firefighters came within about 300 m from the truck, then were forced to go back to shelter 24, which was 0.9 km from the truck.
The second French firefighters' vehicle stopped at 4.8 km.
Dzieki kanatom powietrznym znajdujqcym sie pod jezdniq udaje sie uratowac zycie kilku osob. The rescue mission was carried out using the fresh air channels located under the road, saving the lives of several people.
Catkowite ugaszenie pozaru zajçto ponad 50 godzin. Completely extinguishing the fire took 50 hours.
Rycina 3. Widok tunelu Mont Blanc po pozarze [15] Figure 3. Mont Blanc tunnel after the fire [15]
Badania numeryczne ewakuacji
Dzi?ki rozwojowi techniki komputerowej proces ewakuacji coraz cz?sciej prognozowany jest z wykorzystaniem obliczen numerycznych. Symulacja dziatan samoratowniczych pozwala juz na etapie projektowania okreslic mozliwosci ewakuacji dla roznych scenariuszy pozarowych i okreslonych zatozen [1, 4]. Najcz?sciej wykorzystywanymi programami komputerowymi do tego celu sq [16]: Exodus, FDS+EVAC, Legion, Pathfinder, Si-mulex, Steps, Vissim.
Badania numeryczne dziatan samoratowniczych sprowa-dzajq si? gtownie do okreslenia wymaganego czasu ewakuacji, czyli czasu opuszczenia zagrozonego miejsca przez wszystkie osoby. W tym celu wymagane jest wyznaczenie wszystkich sktadowych TRSET.
Czas detekcji pozaru jest czasem liczonym od chwili po-wstania pozaru do momentu jego wykrycia. Czas alarmu to okres przetwarzania informacji o zaistnieniu zdarzenia i wy-emitowania alarmu pozarowego. Na catkowity czas ewakuacji sktada si? rowniez czas rozpoznania sytuacji (t) i czas reakcji na alarm (teak). Ich wypadkowq jest czas opoznienia, ktory zalezy m.in. od znajomosci otoczenia przez osoby ewakuujqce si? i ro-dzaju spalania (bezptomieniowe, ptomieniowe) [1, 4, 17]. Ostat-nim elementem zaleznosci jest czas przejscia ewakuujqcych si? osob wyznaczony przy zastosowaniu programu Pathfinder. Pathfinder to symulator ewakuacji osob umozliwiajqcy okresle-nie wymaganego czasu ewakuacji. Ponadto program pozwala na przewidywanie sposobu poruszania si? ludzi uciekajqcych w ttumie, tworzenie dowolnych scenariuszy ewakuacji i ich opty-malizacj? oraz weryfikacj? przepustowosci drzwi, schodow, ko-rytarzy [18]. Program Pathfinder wielokrotnie przechodzit testy weryfikacji i walidacji modelu, analizie podlegato rowniez dzia-tanie poszczegolnych funkcji i zachowan. Rezultaty otrzymywa-nych symulacji pokrywaty si? z wynikami badan doswiadczal-nych ewakuacji przeprowadzanych w skali rzeczywistej [19].
W modelowaniu numerycznym czasu ewakuacji niezwykle istotne jest precyzyjne okreslenie parametrow poczqtkowo--brzegowych, tak by wyniki analizowanej sytuacji byty jak naj-bardziej zblizone do rzeczywistosci. W tym celu nalezy okreslic
Numerical calculations of evacuation
Due to the development of computer science the evacuation process is increasingly often predicted with the use of numerical calculations. The simulation of self-rescue actions, already at the design stage, makes it possible to determine evacuation options for various fire scenarios and for specific assumptions [1, 4]. The software most frequently used for this purpose includes [16] Exodus, FDS+EVAC, Legion, Pathfinder, Simulex, Steps and Vissim.
Numerical calculations of self-rescue actions mainly involve the determination of the required safe escape time, i.e. the time when all the people under threat leave the danger zone. For this purpose, all components of TRSET need to be determined.
The fire detection time is calculated from the onset to the detection of the fire. The alarm time is the time of processing information on the event and sounding the fire alarm. The total evacuation time also consists of the situation recognition time (t) and the alarm reaction time (teak). Their resultant is the response time, which depends, i.a., on evacuees' familiarity with the surroundings and the type of combustion (smouldering, flaming) [1, 4, 17]. The last component of the dependence is the movement speed of evacuees determined with the Pathfinder software. The Pathfinder is a simulator of evacuation enabling the determination of the required safe escape time. Furthermore, the software makes it possible to predict the paths taken by escaping people in a crowd, create any evacuation scenarios and optimise them, and also verify the capacity of doors, stairs and corridors [18]. The Pathfinder software was subjected to the verification and validation research for the model, and the analysis also covered the performance of particular functions and behaviour. The results of the obtained simulations were consistent with the results of real-scale experimental research of evacuation [19].
For the numerical modelling of evacuation time it is extremely crucial to precisely define the initial and boundary parameters, for the results of the analysed situation to be as close to reality as possible. For this purpose it is necessary to specify
zestaw indywidualnych cech kazdej ewakuujqcej sie osoby, do the individual traits of each evacuee, i.e. speed, shoulder width
ktorych nalezq: prçdkosc poruszania siç, szerokosc ramion oraz przyjçty czas opoznienia. Zakres przyjçtych wartosci parame-trow okreslonych na podstawie danych rzeczywistych [17] zostat przedstawiony w tabeli 3.
and the assumed response time. The range of the assumed parameter values specified on the basis of actual data [17] is presented in table 3.
Tabela 3. Parametry ewakuujqcych siç osob [4, 17] Table 3. Parameters of evacuees [4, 17]
Kobiety Women Mçzczyzni Men
minimum minimum maksimum maximum minimum minimum maksimum maximum
szerokosc ramion shoulder width 36,60 cm 45,00 cm 40,60 cm 49,30 cm
prçdkosc poruszania siç movement speed 1,05 m/s 1,45 m/s 1,10 m/s 1,60 m/s
czas opoznienia response time
0-120 s
Przyjçty scenariusz pozarowy
Podstawq rozwazanego scenariusza pozarowego byta ka-tastrofa z 1999 roku w tunelu drogowym Mont Blanc. Zatozenia uwzglçdniajq powstanie pozaru w miejscu zgodnym ze stanem rzeczywistym, czyli w odlegtosci 6550 metrow od portalu wjaz-dowego po stronie francuskiej (5050. metr tunelu od strony wto-skiej) [14]. Wymiary tunelu zostaty przedstawione w poprzedniej czçsci artykutu. Analiza przypadku zawiera siç w opisie pozaru w tunelu Mont Blanc.
Model zaktada ewakuacjç 38 osob, ktore zostaty uwiçzione w 25 pojazdach na odcinku 600 metrow (pomiçdzy zatokami awaryjnego postoju o nr 19 i 21), za palqcq siç ciçzarôwkq od strony francuskiej. Kazdej z osob zostaty nadane indywidualne parametry ewakuacji: prçdkosc poruszania siç, szerokosc ramion, czas opoznienia - tabela 3. Wsrod ewakuujqcych siç przyjçto: 50% kobiet i 50% mçzczyzn oraz ich przypadkowy rozktad w prze-strzeni zatoru drogowego za ptonqcym samochodem ciçzaro-wym. Na drodze ewakuacji „wyciçto" w ptaszczyznie poruszania siç obszary odpowiadajqce wymiarom kazdego z 25 pojazdow (14 samochodow ciçzarowych - 2,5 m x 12 m; 10 samochodow osobowych - 2,3 m x 5 m; 1 motocykl - 0,8 m x 2,2 m), ktore sta-nowity przeszkody dla ewakuujqcych siç ludzi.
W badaniach numerycznych przyjçto ewakuacjç wszyst-kich uzytkownikow, uwzglçdniajqcq czas opozniania (tr + treak) wynoszqcy od 0 do 120 sekund. Czas ten zostat uwzglçdniony w ustawieniach modelu. Dziçki temu mozliwe byto przeprowa-dzenie symulacji i okreslenie czasu przejscia tp.
Smierc osob w tunelu Mont Blanc byta spowodowana szybkim wystqpieniem trujqcych gazow pozarowych [1]. Osoby znajdujqce siç za ptonqcq ciçzarowkq, ze wzglçdu na zadymienie, znalazty siç w krytycznych warunkach srodowiska juz po kilku minutach. Dostçpne materiaty nie podajq precyzyjnie czasu wystqpienia takich warunkow, jednak dla potrzeb modelu dostçpny czas ewakuacji TASET zostat ustalony na okoto 7 minut [14]. Wyznaczono go na podstawie wykresu przedstawiajqcego postçp zadymienia pod-czas pozaru w tunelu Mont Blanc (rycina 4). Wykres ten zostat opracowany w oparciu o dane z czujnikow, ktore zarejestrowaty obnizenie poziomu widocznosci, bçdqce rezultatem gromadzq-cych siç gazow i dymow pozarowych.
Adopted fire scenario
The basis for the considered fire scenario was the catastrophe in the Mont Blanc road tunnel in 1999. The assumptions include the development of the fire in a location identical with the actual, i.e. 6550 metres from the entrance portal on the French side (5050th metre of the tunnel on the Italian side) [14]. The tunnel's dimensions were presented in the previous part of the article. The case report is included in the description of the fire in the Mont Blanc tunnel.
The model assumes the evacuation of 38 people trapped in 25 vehicles along 600 metres (between emergency stop bays 19 and 21), behind the burning truck from the French side. Each of the people were assigned individual evacuation parameters: movement speed, shoulder width and response time - see table 3. The assumptions for the evacuees were as follows: 50% of women and 50% of men, and their random distribution in the area of road congestion behind the burning truck. Along the evacuation route in the movement plane areas corresponding in size to each of the 25 vehicles were "cut out" (14 trucks - 2.5 m x 12 m; 10 passenger cars - 2.3 m x 5 m; 1 motorcycle - 0.8 m x 2.2 m), which were obstacles for the evacuees.
In numerical calculations the evacuation of all users was assumed, including the response time (tr + treak) amounting from 0 to 120 seconds. The time was included in the model's settings, due to which it was possible to perform the simulation and define the movement speed tp.
The deaths of people in the Mont Blanc tunnel was caused by the rapid spreading of poisonous fire gases [1]. People behind the burning truck, due to the smoke, found themselves in critical conditions in a few minutes. The available sources do not specify the time when the critical conditions occurred, but for the purposes of the model the available safe escape time TASET was assumed at approx. 7 minutes [14] based on the figure illustrating the fogging during the fire in the Mont Blanc tunnel (figure 4). The figure was created on the basis of data from sensors, which recorded a lowered visibility resulting from the accumulation of fire gases and smoke.
Rycina 4. Post?p zadymienia podczas pozaru w tunelu Mont Blanc [14] Figure 4. Smoke progress during the Mont Blanc fire [14]
Pierwszy wariant symulacji opiera si? na zatozeniu, ze oso-by podejmujqce dziatania samoratownicze b?dq kierowac si? do najblizszych schronow przeciwpozarowych znajdujqcych si? przed ptonqcq ci?zarowkq. Schrony te rozmieszczone sq co 600 metrow, co odpowiada rzeczywistej sytuacji podczas pozaru z 1999 roku. Fragment modelu wykonany na potrzeby symulacji analizowanego wariantu prezentuje rycina 5.
The first variant of the simulation was based on the assumption that people undertaking self-rescue actions would move towards the nearest fire shelters before the burning truck. The shelters were placed every 600 metres, which corresponds to the actual situation during the fire in 1999. A fragment of the model performed for the purposes of the simulation of the analysed variant is presented in figure 5.
Rycina 5. Schrony rozmieszczone co 600 metrow Figure 5. Distance between shelters - 600 m Zrodto: Opracowanie wtasne. Source: Own elaboration.
Drugi wariant zaktada wykorzystanie wyjsc ewakuacyjnych prowadzqcych do rownolegtego tunelu ewakuacyjnego, roz-mieszczonych zgodnie z wymaganiami Dyrektywy 2004/54/WE Parlamentu Europejskiego i Rady, wedtug ktorej odlegtosc po-mi?dzy wyjsciami awaryjnymi nie moze przekraczac 500 m [20]. Fragment modelu wykonany na potrzeby symulacji analizowanego wariantu prezentuje rycina 6.
Trzeci wariant symulacji nawiqzuje do warunkow w tunelu po jego ponownym otwarciu w 2002 roku. Schrony rozmieszczone sq co 300 metrow i potqczone sq z korytarzem bezpieczen-stwa biegnqcym pod powierzchniq jezdni, rownolegle do tunelu (kanat wentylacyjno-ucieczkowy) - rycina 7 [13]. Na potrzeby badan numerycznych tego wariantu model posiada wyjscia
The second variant assumed the use of evacuation exits leading to a parallel evacuation tunnel placed in line with the requirements of Directive 2004/54/EC of the European Parliament and of the Council, according to which the distance between evacuation exits may not exceed 500 m [20]. A fragment of the model performed for the purposes of the simulation of the analysed variant is presented in figure 6.
The third simulation variant refers to the conditions in the tunnel after its reopening in 2002. The shelters were placed every 300 metres and are connected with the security corridor underneath the road parallel with the tunnel (a ventilation and escape channel) - figure 7 [13]. For the purposes of numerical calculations of the variant, the model is equipped with evacuation
ewakuacyjne prowadzqce do rownolegtego tunelu ewakuacyj- exits leading to a parallel evacuation tunnel located every 300 nego, rozmieszczone co 300 metrow. Jego fragment prezentu- metres. A fragment of the corridor is presented in figures 7 and 8. jq ryciny 7 i 8.
Rycina 6. Wyjscia ewakuacyjne co 500 metrow Figure 6. Distance between evacuation exits every 500 m Zrodto: Opracowanie wtasne. Source: Own elaboration.
tunel drogowy road tunnel
tunel ewakuacyjny wyjscie ewakuacyjne
evacuation tunnel evacuation exit
Rycina 7. Wyjscia ewakuacyjne co 300 metrow Figure 7. Evacuation exits every 300 m Zrodto: Opracowanie wtasne. Source: Own elaboration.
tunel drogowy road tunnel
i *
wyjscie ewakuacyjne evacuation exit
Rycina 8. Wyjscia ewakuacyjne co 300 metrow Figure 8. Evacuation exits every 300 m Zrodto: Opracowanie wtasne. Source: Own elaboration.
tunel ewakuacyjny evacuation tunnel
■ » i
i H
к
я—
wyjscie ewakuacyjne evacuation exit
Wyniki modelowania numerycznego
Dodajqc do otrzymanych wynikow czas detekcji i alarmu (tdit + ta), ktorych tqcznq wartosc przyjçto na poziomie 120 se-kund [12], otrzymano wymagany czas ewakuacji TREST. Osiqgniç-cie bezpiecznej ewakuacji jest mozliwe przy spetnieniu tzw. kryterium bezpiecznej ewakuacji (1). Rezultaty obliczen zostaty zestawione w tabelach 4 i 5.
Numerical modelling results
By adding the detection and alarm time, the total value of which was assumed at 120 seconds [12], to the obtained results (tdet + ta), the required safe escape time was obtained TREST. Safe evacuation is possible after meeting the so-called safe evacuation criterion (1). The calculation results are compiled in tables 4 and 5.
Tabela 4. Wyniki obliczen numerycznych czasu przejscia Table 4. Numerical results of the movement speed
Czas przejscia (tr + treak + tp)
Movement speed
Wariant
Variant
I II III
schrony co 600 m wyjscia ewakuacyjne co 500 m schrony (wyjscia ewakuacyjne) co 300 m
shelters every 600 m evacuation exits every 500 m shelters (evacuation exits) every 300 m
408,8 s 477,4 s 220,9 s
Zrodto: Opracowanie wtasne. Source: Own elaboration.
Tabela 5. Wyniki obliczen numerycznych wymaganego czasu ewakuacji Table 5. Numerical results of the required safe escape time
Wariant Variant
Wymagany czas ewakuacji
Dostçpny czas ewakuacji
Required safe escape time Available safe escape time
Margines bezpieczeñstwa Safety margin
Kryterium bezpiecznej ewakuacji Safe evacuation criteria
528,8 s
597,4 s
420,0 s
Niespetnione Unfulfilled
Niespetnione Unfulfilled
Spetnione Fulfilled
Zrodto: Opracowanie wtasne. Source: Own elaboration.
II
340,9 s
79,1 s
W oparciu o otrzymane wyniki badan numerycznych mozna stwierdzic, ze przy zatozonym scenariuszu pozarowym jedynie w przypadku wariantu trzeciego (schrony rozmieszczone co 300 metrów) kazdy z uzytkowników tunelu drogowego ma szanse na bezpiecznq ewakuacjç. Uwagç zwraca fakt, ze czasy przejscia do bezpiecznego miejsca dla wariantu drugiego (wyjscia ewakuacyjne co 500 m) sq wiçksze od tych dla schronów roz-mieszczonych co 600 metrów (warunki w tunelu w czasie poza-ru w 1999 roku). Zaistniata sytuacja wynika przede wszystkim z lokalizacji pozaru w sqsiedztwie drzwi ewakuacyjnych, co dla czçsci uzytkowników oznaczato pokonanie 500 metrów tunelu celem przejscia do kolejnych drzwi ewakuacyjnych.
On the basis of the obtained results of numerical calculations, it is possible to state that with the assumed fire scenario only in the case of the third variant (shelters located every 300 metres) each of the road tunnel users has a chance for safe evacuation. It should be pointed out that movement speeds to a safe place for the second variant (evacuation exits every 500 m) are higher than the ones obtained for shelters placed every 600 metres (conditions in the tunnel during the 1999 fire). The situation stems mainly from the location of the fire near the exit door, which for some users meant the necessity to walk 500 metres to the next door.
Podsumowanie
Po pozarze w 1999 roku tunel Mont Blanc zamkni^to na trzy lata. Ustalenia powypadkowe wymagaty wprowadzenia zmian w kwestii bezpieczenstwa w tunelu i obejmowaty [13, 9]:
- nowe centrum dowodzenia posiadajqce catodobowq zatogs strazackq i petniqce nadrz^dny nadzör i monitoring na catym obszarze tunelu,
- trzy stacje pomocy medycznej rozmieszczone przy portalach tunelu oraz w srodku,
- czujniki ciepta po obu stronach tunelu pozwalajqce wy-krywac przegrzane elementy ci^zaröwek przed ich wjaz-dem do tunelu,
Summary
After the 1999 fire the Mont Blanc tunnel was closed for three years. The post-accident findings required changes in the tunnel safety, which included [13, 9]:
- a new command centre with 24-hour firefighting crew's presence overseeing and monitoring the entire tunnel area,
- three medical aid stations located at the tunnel portals and inside,
- heat sensors on both sides of the tunnel enabling the detection of overheated elements of trucks before they enter the tunnel,
- schrony rozmieszczone co 300 m o powierzchni 37,5 m2, wyposazone w urzqdzenia wideotqcznosci, drzwi prze-ciwpozarowe i potqczone z korytarzem bezpieczenstwa biegnqcym równolegle do tunelu pod powierzchniq jezdni (kanat wentylacyjno-ucieczkowy), mieszczqce jednocze-snie 50 osób (przekrój poprzeczny przez tunel, schron oraz kanaty wentylacyjno-ucieczkowe przedstawia rycina 9),
- nowe sygnalizatory swietlne i migajqce znaki ostrzegaw-cze: czerwone lampy nakazujqce zatrzymanie pojazdu w razie awarii w tunelu (rozmieszczone co 300 m) oraz oznaczenia swietlne pozwalajqce na kierowanie ruchem i zawierajqce informacje o zmianie dopuszczalnej prçd-kosci, wypadku w tunelu (rozmieszczone co 600 m).
- shelters placed every 300 m, with an area of 37.5 m2, equipped with video communications devices and a fire door, and connected with the security corridor underneath the road parallel with the tunnel (a ventilation and escape channel). The shelters can contain up to 50 people at the same time. The cross-sections of the tunnel, shelter and ventilation and escape channels are presented in figure 9,
- new traffic lights and flashing warning signs: red lights requiring the vehicles to stop in the event of a failure in the tunnel (placed every 300 m) and lighting for traffic management and displaying the speed limit or information about an accident in the tunnel (placed every 600 m).
Rycina 9. Przekroj poprzeczny przez tunel, schron oraz kanaty wentylacyjno-ucieczkowe [21] Figure 9. Tunnel cross section, shelter and ventilation duct [21]
W oparciu o badania numeryczne dziatan samoratowni-czych przeprowadzone dla analizowanego scenariusza poza-rowego mozna stwierdzic, ze wprowadzone po pozarze zmia-ny w kwestii bezpieczenstwa w tunelu mogtyby pozwolic na przeprowadzenie ewakuacji osob w razie pozaru podobnego do tego z 1999 roku. Schrony rozmieszczone co 300 metrow i potqczone z korytarzem bezpieczenstwa dadzq ludziom moz-liwosc sprawnego opuszczenia tunelu pod warunkiem, ze „po-rzucq" oni swoje pojazdy zaraz po powstaniu pozaru i udadzq siç do schronow. Nastçpnie poprzez korytarz ewakuacyjny pod powierzchniq jezdni wydostanq siç z tunelu. W 1999 roku pozar trwat 53 godziny, a schrony rozmieszczone co 600 metrow za-pewniaty ochronç jedynie przez 2 godziny [13]. Ich konstrukcja i wyposazenie nie byty dostosowane do tego, ze krytyczne wa-runki utrzymywaty siç przez tak dtugi czas. W takiej sytuacji nawet osoby podejmujqce natychmiastowe dziatania samora-townicze nie byty bezpieczne.
Wyniki symulacji z rozmieszczeniem drzwi ewakuacyjnych co 500 metrow, czyli maksymalnq dopuszczalnq odlegtosciq wy-nikajqcq z Dyrektywy 2004/54/WE Parlamentu Europejskiego
Based on the numerical calculations of self-rescue actions for the analysed fire scenario it can be concluded that security-related changes introduced after the fire could enable the evacuation of people in the case of a fire similar to that of 1999. Shelters placed every 300 metres and connected with the security corridor will enable people to quickly leave the tunnel, provided that they abandon their vehicles immediately after the fire and go to the shelters. After that they will get out of the tunnel using the evacuation tunnel underneath the road. In 1999 the fire lasted 53 hours, and shelters located every 600 metres provided protection for only 2 hours [13]. Their structure and equipment were not adjusted to situation in which critical conditions continued for longer periods. In such a situation even people immediately undertaking self-rescue actions were not safe.
The results of the simulation with exit doors every 500 metres, i.e. the maximum distance allowed in Directive 2004/54/ EC of the European Parliament and of the Council, showed that it is not possible to ensure safety in the considered fire scenario [20]. It should be mentioned that Polish regulations also enable
i Rady, wskazaty na brak mozliwosci zapewnienia bezpieczenstwa w przypadku rozwazanego scenariusza pozarowego [20]. Nalezy tutaj wspomniec, ze polskie przepisy sq analogiczne i pozwalajq na usytuowanie wyjsc ewakuacyjnych w odlegto-sci nieprzekraczajqcej 500 metrów [22].
Dopuszczalna odlegtosc pomiçdzy wyjsciami ewakuacyjny-mi powinna byc okreslana juz na etapie projektowym z uwzglçd-nieniem najbardziej krytycznego scenariusza, indywidualnie dla kazdego przypadku [5]. Czas wycofania siç osób z zagrozone-go pozarem tunelu w duzym stopniu uzalezniony jest od czasu przejscia drogi ewakuacyjnej. Dlatego odlegtosc pomiçdzy wyjsciami ewakuacyjnymi powinna byc tak dobrana, by kazdy z uzytkowników miat mozliwosc przemieszczenia siç w bez-pieczne miejsce.
Artykut zostat zrealizowany w ramach grantu nr 15.11.100.078.
Literatura / Literature
[1] Nawrat S., Schmidt-Poloñczyk N., Napieraj S., Modelowanie komputerowe dla oceny zagrozenia pozarowego i bezpieczenstwa w tunelach ko-munikacyjnych, „Budownictwo Górnicze i Tunelowe" 2012, 2, 45-54.
[2] Fera M., Macchiaroli R., Use of analytic hierarchy process and fire dynamics simulator to assess the fire protection systems in a tunnel on fire, "International Journal of Risk Assessment and Management" 2010, 14(6), 504-529.
[3] H0j N.P., Discussion of the hazards for tunnels in operation - presented in context of risk analysis and in design for safety, Warsaw 2006.
[4] Nawrat S., Schmidt-Poloñczyk N., Napieraj S., Ocenabezpieczenstwa uzytkowników tunelu drogowego z wentylacjq wzdluznq w warunkach pozaru przy wykorzystaniu narzqdzimodelowania numerycznego, BiTP Vol. 43 Issue 3, 2016, 253-263.
[5] Schmidt-Poloñczyk N., Analiza wplywugqstoscirozmieszczenia wyjsc ewakuacyjnych na bezpieczenstwo ludzi podczas pozaru w tunelach drogowych z systemem wentylacji wzdluznej, BiTP Vol. 44 Issue 4, 2016, pp. 165-175.
[6] Schmidt-Poloñczyk N., Computer modeling of a fire hazard and evacuation of transportation tunnels with longitudinal ventilation system, "AGH Journal of Mining and Geoengineering", 2013, 37(1), 93-104.
[7] Maciejasz Z., Kruk F., Pozary podziemne wkopalniach, cz^sc 7, Wy-dawnictwo „Slgsk", Katowice 1977.
[8] Fire Accidents in the World's Road Tunnels [dok. elektr.], http:// www.lotsberg.net/artiklar/brann/en_tab.htm, [dost^p: 5.03.2017].
[9] Nawrat S., Napieraj S., Wentylacja i bezpieczenstwo w tunelach ko-munikacyjnych, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2005.
[10] British Standard PD 7974-6:2004: The application of fire safety engineering principles to fire safety design of buildings. Part 6: Human factors: Life safety strategies-Occupant evacuation, behaviour and condition (Sub-system 6).
[11] Dzialanie instalacji przeciwpozarowej wynikajqcej z zalozen scenariusza pozarowego, [w:] Podrqcznik projektanta systemów sygnaliza-cjipozaru, Cz^scIiII, Izba Rzeczoznawców SITP, Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa 2010.
[12] Porowski R., Wn^k W., Kubica P., Rola i znaczenie scenariuszy roz-woju zdarzen w ochronie przeciwpozarowej, Szkota Gtówna Stuzby
the maximum distance of 500 metres between the respective evacuation exits [22].
The allowed distance between evacuation exits should be specified at the design stage, taking into consideration the most dangerous scenario, individually for each case [5]. The time needed to leave the tunnel on fire largely depends on the time required to pass the escape route. Therefore, the distance between evacuation exits should be selected in such a way as to enable each tunnel user to reach a safe place.
This article was published under grant No. 15.11.100.078.
Pozarniczej, 2015 [dok. elektr.] www.psp.wlkp.pl/files/file/bonder/ pub/2015/budma/Porowski.pdf, [dostsp: 5.03.2017].
[13] Case Studies: Historical Fires: Mont Blanc Tunnel Fire, Italy/France [dok. elektr.], http:/ www.mace.manchester.ac.uk/project/re-search/structures/strucfire/CaseStudy/HistoricFires/Infrastruc-turalFires/mont.htm, [dostsp: 5.03.2017].
[14] Voeltzel A., Dix A., A comparative analysis of the Mont Blanc, Tauern and St. Gotthard tunelfires [dok. elektr.], http://tunnels.piarc. org/sites/tunnels/files/public/wysiwyg/import/Chapters%20 PIARC%20reports/2006%2005.16.B%20Chap%203.pdf, [dostsp: 5.03.2017].
[15] The Mont Blanc Tunnel Fire [dok. elektr.], http://devastatingdisa-sters.com/the-mont-blanc-tunnel-fire-1954/, [dostsp: 5.03.2017].
[16] Ronchi E., Kinsey M., Evacuation models of the future: insights from an online survey of user's experiences and needs, [in:] Proceedings of the Advanced Research Workshop: "Evacuation and Human Behaviour in Emergency Situations, Capote J., Alvear D. (eds.), Universidad de Cantabria, Spain 2011.
[17] Smith J., Agent-Based Simulation of Human Movements During Emergency Evacuations of Facilitie, American Society of Civil Engineers, Canada: American Society of Civil Engineers, 2008, 1-10.
[18] Thunderhead Engineering, STIGO: O programie Pathfinder [dok. elektr.], http://www.pyrosim.pl/o-programie-pathfinder/, [dostsp: 5.03.2017].
[19] Thunderhead Engineering: Pathfinder 2014.2 Verification and Validation, 2014.
[20] Dyrektywa 2004/54/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia
29 kwietnia 2004 r. w sprawie minimalnych wymagan bezpieczenstwa dla tuneli w transeuropejskiej sieci drogowej (Dz.U. L 167, 30.4.2004, s. 39-91).
[21] The security features of the Mont Blanc Tunnel [dok. elektr.] http:// www.dw.com/en/the-security-features-of-the-mont-blanc-tun-nel/a-18591388, [dostsp: 5.03.2017].
[22] Rozporzgdzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia
30 maja 2000 r. w sprawie warunkow technicznych, jakim powinny odpowiadac drogowe obiekty inzynierskie i ich usytuowanie (Dz.U. Nr 63, poz. 735 z poz. zm.).
MGR INZ. tUKASZ NOWAK - absolwent kierunku Gornictwa i Geolo-gii, w specjalnosci wentylacja kopalri na Wydziale Gornictwa i Geoin-zynierii, Akademii Gorniczo-Hutniczej im. Stanistawa Staszica w Kra-kowie oraz starszy inspektor w zakresie bezpieczeristwa i higieny pracy. Obszarem zainteresowania autora jest wentylacja, klimatyza-cja, bezpieczeristwo pracy oraz zagrozenia aerologiczne w podziem-nych zaktadach gorniczych.
DR INZ. NATALIA SCHMIDT-POLONCZYK - adiunkt na Wydziale Gornictwa i Geoinzynierii Akademii Gorniczo-Hutniczej im. Stanista-wa Staszica w Krakowie oraz starszy inspektor w zakresie bezpie-czeristwa i higieny pracy. W 2016 roku obronita rozprawç doktorskq pt. Ocena mozliwosci stosowania systemu wentylacji wzdluznej w dtu-gich tunelach drogowych. Obszarem zainteresowari autorki sq za-gadnienia bezpieczeristwa w tunelach drogowych, w tym wentylacji i ewakuacji w warunkach pozaru oraz bezpieczeristwo pracy.
LUKASZ NOWAK, M.SC.ENG. - graduate in Mining and Geology specialising in mine ventilation at the Faculty of Mining and Geoengineer-ing, the AGH University of Science and Technology in Krakow and senior inspector for occupational health and safety. His interests include ventilation, air conditioning, occupational safety and aerological hazards in underground mines.
NATALIA SCHMIDT-POLONCZYK, PH.D. ENG. - assistant at the Faculty of Mining and Geoengineering, the AGH University of Science and Technology in Krakow and senior inspector for occupational health and safety. In 2016 she defended her doctoral dissertation entitled An assessment of the possibility of using longitudinal ventilation systems in long road tunnels. The author's areas of interest include safety in road tunnels, covering ventilation and evacuation in fire conditions, and occupational safety.
Minlsterstwo Nauki i Szkolnictwa Wyzszego
Artykut zostat przettumaczony ze srodkow MNiSW w ramach zadania: Stworzenie angloj?zycznych wersji oryginalnych ar-tykutow naukowych wydawanych w kwartalniku „BiTP. Bezpieczeristwo i Technika Pozarnicza" - typ zadania: stworzenie angloj?zycznych wersji wydawanych publikacji finansowane w ramach umowy 935/P-DUN/2016 ze srodkow Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyzszego przeznaczonych na dziatalnosc upowszechniajqcq nauk?.
