Bevezetés, a téma relevanciája

Nemzetközi viszonylatban az egyik legismertebb vasúti alagúttűz az 1996-ban bekövetkezett Csatorna-alagútban kialakult tűzeset volt.
Annak érzékeltetésére, hogy a magyarországi viszonyok között mekkora relevanciával bír a bemutatott téma, szeretnénk néhány számot bemutatni. Ha az állami vasúthálózaton előforduló normál- és keskeny nyomtávú hálózatot vizsgáljuk, akkor 5272 méter hosszban találkozhatunk alagutakkal. Ezek korossága, építéstechnológiája és műszaki állapota széles határok között mozog, hiszen 1861-ben épült az első, míg a legújabb 2001-ben [1]. A városi hálózatok vizsgálatánál csak a legjelentősebb elemével, a metróval foglalkozunk (a HÉV és közúti vasúti hálózat alagútjainak a vizsgálatától eltekintünk). A négy metróvonal teljes hossza 39,4 km és összesen 52 állomást foglal magába. A korosság, az építéstechnológia és a műszaki állapot is eltérő. A legkorábban épített szakaszt 1896-ban, míg a legújabbat 2014-ben adták át az utazóközösségnek [2]. Ez a hálózat nemcsak Budapest tömegközlekedésének gerincét alkotja, hanem polgári védelmi célokat is szolgál. Az alagútfalazatok is eltérő anyagok felhasználásával készültek. A hálózaton találunk csömöszölt beton, vasbeton, öntöttvas és acélfalazatokat. Ezek hőtechnikai paraméterei és emiatt a felmelegedésük üteme, valamint a falazatban kialakuló hőmérséklet-eloszlás is eltérő. Cikkünkben bemutatjuk mind a beton, mind a fémszerkezetű alagútfalazatok felmelegedésének meghatározási módszerét.
A hazai szabályozási rendszerben az alagútszerkezetekkel szemben támasztott követelményeket az 54/2014. (XII. 5.) BM-rendelet az Országos Tűzvédelmi Szabályzatról [3] című rendelet XII. fejezete tartalmazza. Ennek a cikk számára relevánsnak tekinthető kitételei a következők:
„117. § (1) A felszín alatti vasútvonal föld alatti állomásai, valamint a vonalalagutak az MK osztályba tartoznak. A felszíni állomás és építmény KK osztályúnak minősül.
(3) A teherhordó és tűzgátló szerkezetek
a) KK osztályú állomás esetén legalább REI 60,
b) MK osztályú állomás esetén – kivéve alagutak – legalább REI 90,
c) metróalagutak esetén az MSZ EN 1363-2 szabvány szerinti szénhidrogén tűzgörbe vagy a RABT ZTV vasúti tűzgörbe szerint legalább REI 120,
d) teherszállításra is használt vasúti alagutak a RABT ZTV vasúti tűzgörbe szerint legalább REI 120 és
e) az alagutak menekülésre tervezett útvonalain és a védett térben az MSZ EN 1363-2 szabvány szerinti szénhidrogén tűzgörbe vagy a RABT ZTV vasúti tűzgörbe szerint legalább REI 90
tűzállósági teljesítményű legyen.” [3]
Látható, hogy a vizsgálatokhoz különböző tűzgörbék alkalmazására van szükség, amelyeket több forrásból van csak lehetőség összegyűjteni, így cikkünkben igyekeztünk az alagúttüzek jellemzésére szolgáló fontosabb tűzgörbéket együtt kezelni.

A tűzhatások ismertetése, az alkalmazni kívánt tűzhatás kiválasztása

A tűzhatás számszerűsítésére két lehetőség áll a tervező rendelkezésére. Az egyszerűbb lehetőség az előíró módszer, amelynek segítségével a tűzszakasz jellemzőinek ismerete nélkül lehet meghatározni az átlagos gázhőmérsékletet, amely a tűzszakasz minden pontjában érvényesnek tekinthető. Az MSZ EN 1991-1-2:2005 [4] három esetre ad meg zárt képlet formájában névleges tűzgörbét:

• szabványos hőmérséklet-idő görbe,
• külsőtűzhatás-görbe,
• szénhidrogéntűz-görbe.

Ezek közül kettő relevánsnak tekinthető, míg a külsőtűzhatás-görbe bemutatásától eltekintünk. Ezenkívül cikkünkben bemutatjuk a nemzetközi gyakorlatban előforduló releváns alagúttűzgörbéket is:

• Eureka projekt keretében kidolgozott alagúttűzgörbék,
• RWS alagúttűzgörbe,
• módosított szénhidrogéntűz-görbe.

A teljesítményen alapuló módszer esetén már a tűzszakaszra jellemző paraméterek ismerete minden esetben szükséges, a kialakuló gázhőmérséklet ennek függvénye. A szabvány [4] az egészen egyszerű paraméteres hőmérséklet-idő görbe ismertetésén túl bemutatja a lokális tüzek hatásának vizsgálatát, és említést tesz a teljes tűzmodellek alkalmazásáról is. Cikkünkben ezek vizsgálatától eltekintünk, mivel alkalmazásukhoz speciális ismeretek szükségesek.

Szabványos (ISO 834) és ASTM E119 hőmérséklet-idő görbe

Hazai körülmények között általános esetben az 1. képlet szerinti szabványos hőmérséklet-idő görbét (ISO 834) alkalmazzuk szerkezeteink igazolása során. A görbe elsősorban cellulóztüzek jellemzésére alkalmas, így speciális esetekben például szénhidrogéntüzeknél eltérünk tőlük. A megadott görbe csak a teljesen kifejlett tűz (a lángba borulást követő időszak) jellemzésére alkalmas [5]. Az amerikai gyakorlatban is ehhez hasonló tűzfejlődést leíró görbét találunk. Ez a 2. képlet szerinti ASTM E119 görbe [6].

ahol:
Θg: a gázhőmérséklet [°C],
t: az eltelt idő [perc].

A két hőmérséklet-idő görbét az 1. ábra szemlélteti.

Szénhidrogén- és módosított szénhidrogéntűz-görbe

A szénhidrogéntűz-görbe petrolkémiai anyagokat szállító tartálykocsik égésére jellemző hőfejlődést szimulál. Az eredeti görbe mellett létezik egy, a francia szabványok által előírt módosított szénhidrogéntűz-görbe is. A két görbe közötti különbség a hőmérsékleti maximumértékben lelhető fel: A szénhidrogéntűz-görbe esetén ez 1100 °C, míg a módosított szénhidrogéntűz-görbe esetén 1300 °C [7]. A szénhidrogéntűz-görbe egyenlete a 3. képlet szerinti, míg a módosított szénhidrogéntűz-görbe egyenlete a 4. képlet szerinti.

ahol:
Θg: a gázhőmérséklet [°C],
t: az eltelt idő [perc].
A két hőmérséklet-idő görbét a 2. ábra szemlélteti.

Eureka projekt keretében kidolgozott alagúttűzgörbék

Az Eureka projekt keretében több tűzgörbét dolgoztak ki Németországban. Ezek közös jellemzője, hogy a hőmérséklet emelkedése rendkívül gyors, 5 percen belül eléri az 1200 °C-ot. A tűzgörbék esetében 110 perces lehűlési idő alkalmazandó. Gépjárműtüzek esetében a hőmérséklet csökkenése már 30 percnél elkezdődik (RABT-ZTV közúti görbe), míg vonattűz esetében csak 60 percnél kezdődik el (RABT-ZTV vasúti görbe) [7]. Ezeken kívül még létezik egy 90 és egy 120 perc égési idővel rendelkező görbe is [8]. Az egyes tűzgörbék karakterisztikus pontjait az 1–4. táblázatok foglalják össze.
Az Eureka projekt keretében kidolgozott tűzgörbéket a 3. ábra szemlélteti.