Baulicher Brandschutz in Tunnelbauwerken

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Tunnelbauwerke zählen wie Brücken für Straßen oder Eisenbahnlinien zu den Ingenieurbauwerken. Um die Anforderungen zu erfüllen, die an diese Bauwerke gestellt werden, bedarf es der besonderen Sorgfaltspflicht durch den Fachingenieur bei der statischen, aber auch konstruktiven Bearbeitung. Die zu diesem Zweck erstellten Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen für Kunstbauten (ZTV-K, Ausgabe 1996) verwiesen daher zum einen auf die je nach Bauweise relevanten Normen, wie DIN 1045 für Stahlbeton- oder DIN 4227 für Spannbetonbauweise, zum anderen aber auch auf die Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Straßentunneln (ZTV-Tunnel). Inzwischen sind die ZTV-K und die ZTV-Tunnel ersetzt worden durch die ZTV-ING, sodass für die bisherigen Teile der ZTV-Tunnel nun die ZTV-ING, Teil 5 „Tunnelbau“, mit den Abschnitten 1 bis 5, gültig ist. Vor diesem Hintergrund geht dieser Beitrag auf die in der RABT (Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln) und der ZTV-ING, Teil 5, auch für den baulichen Brandschutz beschriebenen Maßnahmen für Straßentunnel in Deutschland ein. Die Richtlinie für Eisenbahntunnel (EBA) und die Anforderungen nach der Rijkswaterstaat (RWS) werden dabei mit einbezogen. Abschließend werden Lösungsmöglichkeiten für den baulichen Brandschutz als Teil eines in der RABT geforderten Gesamtsicherheitskonzeptes aufgezeigt.

Anforderungen nach RABT bzw. ZTV-ING, Teil 5, Abschnitte 1, 2, 3 und 4

RABT, Ausgabe 2006

Neben Angaben zum Verkehrsraum, zur Betriebseinrichtung, zum Betrieb oder zur Beleuchtung finden sich in der RABT zum Beispiel für die Lüftung sinngemäß folgende Aussagen: Die Dimensionierung der Brandfalllüftung ist auf mindestens 30 MW auszulegen. Dabei geht man davon aus, dass diese Bemessungsbrandleistung nach wenigen Minuten erreicht oder überschritten wird. Bei hohen Lkw-Fahrleistungen und damit der Möglichkeit, dass mehrere Fahrzeuge erfasst werden, ist die Brandleistung auf 100 MW zu erhöhen. Da dies zu nicht mehr sinnvollen Anforderungen an die Lüftungsanlage führen kann, sind im Einzelfall Kosten-Risiko-Abwägungen durchzuführen und technisch machbare sowie kostenmäßig vertretbare Lösungen zu finden. Hinsichtlich der Regelungen zur bautechnischen Ausführung von Straßentunneln und ihrer Ausstattung, also auch für den baulichen Brandschutz, verweist die RABT auf die ZTV-ING, Teil 5. Das ferner in der RABT geforderte Gesamtsicherheitskonzept für einen Straßentunnel muss insbesondere Aussagen zur Schadensverhütung und Schadensmeldung, aber auch zur Selbst- und Fremdrettung von Personen sowie zur Hilfeleistung und Brandbekämpfung der Rettungsdienste beinhalten. Diese Angaben gelten für alle für den Kraftfahrzeugverkehr bestimmte Tunnel ab einer geschlossenen Länge von 80 m, sollen jedoch die fachtechnische Untersuchung und Planung in jedem Einzelfall nicht ersetzen.

ZTV-ING, Teil 5 Tunnelbau, Abschnitt 1 (Geschlossene Bauweise)

Um einen ausreichenden baulichen Brandschutz zu gewährleisten, ist nach diesem Abschnitt der Richtlinie die Tunnelinnenschale so auszuführen, dass bei Brandeinwirkungen,

• keine Schäden auftreten, die die Standsicherheit des Tunnels gefährden,
• keine bleibenden Verformungen der Konstruktion entstehen, die die Gebrauchsfähigkeit des Tunnels einschränken und
• die Dichtigkeit weitgehend gewährleistet bleibt.

Konstruktive Mindestmaßnahmen oder rechnerische Nachweisverfahren müssen daher dafür sorgen, dass die tragende Bewehrung im Brandfall nicht über 300 °C erwärmt wird.

Dies soll durch eine ausreichende Betondeckung der tragenden Bewehrung von mindestens 6 cm sichergestellt werden, wobei die Dicke der Innenschale mindestens 30 cm betragen muss. Bei Zwischendecken ist, zum Verkehrsraum gerichtet, zusätzlich eine verzinkte Mattenbewehrung (N 94) gegen Betonabplatzungen anzuordnen, die dann noch 2 cm Überdeckung aufweisen muss.

Decken- und Wandfugen sind als Raumfugen mit Fugeneinlagen aus Baustoffen der Klasse A (nichtbrennbar) nach DIN 4102 zu versehen, für Flucht- oder Verbindungstüren zur Brandabschnittstrennung wird die Klassifizierung T 90 nach DIN 4102 mit ETK-/ISO-Kurve gefordert. Die in Abschnitt 1 zu Grunde gelegte Brandkurve – siehe Abbildung 3 - weist dann allerdings für das Bauwerk eine Branddauer von 30 Minuten mit 1200 °C auf, der eine 110-minütige Abkühlphase folgt. Dieser Kurvenverlauf ist im direkten Vergleich zur ETK-/ISO-Kurve zwar kürzer, jedoch wesentlich aggressiver im Anstieg, höher in den erreichten Temperaturen und kritischer durch die lange Abkühlphase. Gewässerquerungen oder Tunnel unterhalb von Stadt-/Wohngebieten erfordern zudem Risikobetrachtungen mit längeren Branddauern, um der angesprochenen Sorgfaltspflicht  des Ingenieurs gerecht zu werden. Bei der 4. Röhre des Elbtunnels wurde daher die Branddauer nach der ZTV-ING, Teil 5, auf 90 Minuten, zuzüglich 110 Minuten Abkühlphase, ausgedehnt. Bau- und Werkstoffe, die den vorgenannten Anforderungen nicht genügen, sind durch zusätzliche Maßnahmen gegen Brandeinwirkungen zu schützen. Die verwendeten Baustoffe selbst müssen der Baustoffklasse A (nichtbrennbar) nach DIN 4102 entsprechen und dürfen keine Stoffe freisetzen, die Personen oder das Bauwerk schädigen. Befestigungsmittel für konstruktive Tunneleinbauten und Leerrohre müssen die Werkstoffgüte 1.4529 oder 1.4547 aufweisen und der Widerstandsklasse IV/stark nach DIN EN ISO 3506 sowie DIN EN 10088 entsprechen. Die verwendeten Dübel müssen für nicht ruhende Beanspruchung allgemein bauaufsichtlich zugelassen oder mit entsprechend reduzierten Beanspruchungen statisch nachgewiesen sein. Die anzusetzenden Belastungswerte für Druck und Sog richten sich bei Bekleidungen nach dem lichten Querschnitt des Tunnels. Die Anforderungen an die Dübel gelten auch für die Montage von Brandschutzplatten bzw. -bekleidungen.

ZTV-ING, Teil 5 Tunnelbau, Abschnitt 2 (Offene Bauweise)

Die grundsätzlichen Aussagen zum baulichen Brandschutz und den Befestigungsmitteln decken sich mit denen in Abschnitt 1. Zusätzlich wird für Rahmen mit oder ohne Sohle und bestimmten Bauweisen die Möglichkeit eines vereinfachten rechnerischen Nachweises für den Lastfall Brand beschrieben. Dieser ist bei einem, gegenüber dem Gebrauchszustand, wesentlich höher ermittelten Bewehrungsgrad oder abweichenden Querschnitten und Systemen dann jedoch genau zu führen.

ZTV-ING, Teil 5 Tunnelbau, Abschnitt 3 (Maschinelle Schildvortriebsverfahren)

Es gelten die Anforderungen an Befestigungsmittel und Leerrohre nach Abschnitt 1. Auch für den baulichen Brandschutz wird auf Abschnitt 1 verwiesen.

ZTV-ING, Teil 5 Tunnelbau, Abschnitt 4 (Betriebstechnische Ausstattung)

In Ausgabe 12/07 dieses Abschnitts finden sich Angaben zur Materialwahl für Bau- und Anlagenteile, um eine lange Lebensdauer zu erzielen. Danach sind Befestigungselemente und Aufhängekonstruktionen für konstruktive Einbauten der Anforderungklasse II zuzuordnen, d. h., der Einsatz von Stahl mit Oberflächenschutz ist ausgeschlossen. Somit gelten auch hier die Anforderungen an die Werkstoffgüten aus Abschnitt 1 und 2. Zusätzlich sind Aufhängekonstruktionen so auszuführen, dass „im Brandfall der lichte Raum des Tunnels vollständig frei bleibt und in keiner Weise durch abgestürzte oder herunterhängende Bau- und Anlagenteile eingeschränkt ist.“ Folgerichtig findet sich in Abschnitt 2.5.1: „Die erforderliche Tragfähigkeit und Einbindetiefe der Befestigungsmittel bzw. Verankerung im Beton sind auch für die Zustände bei und nach Brandeinwirkung (z. B. Betonabplatzungen) nachzuweisen.“ Anmerkung des Verfassers: Die Abplatzungen beim Brand im Eurotunnel betrugen am ungeschützten Beton zwischen 26 bis 40 cm - und das auf einer Länge von 500 m. Die Verankerungen für technische Einbauten müssten am unbekleideten Beton also entsprechend ausgelegt sein, um der geforderten Sorgfaltspflicht des Fachingenieurs zu genügen. Durchbrüche mit und ohne Leitungen, mit Kabeln belegte oder nicht belegte Kabelrohre und andere vergleichbare Öffnungen in Decken und Wänden müssen mit „Brandschottungen“ von mindestens 90 Minuten Feuerwiderstand nach DIN 4102, Teil 12 versehen werden. Dies entspricht nach DIN 4102 dem Funktionserhalt E 90 für Kabelkanäle, hat im eigentlichen Sinn aber nichts mit klassifizierten Abschottungen oder den für Tunnel angegebenen Temperaturzeitverläufen zu tun. Auf jeden Fall müssen die Bauteile, an die solche „Brandschottungen“ angeschlossen werden, nach DIN 4102 ebenfalls einen Feuerwiderstand von 90 Minuten oder höher aufweisen. Eine logische Schlussfolgerung, die durchaus auch für Tunnelbauwerke angewendet werden kann und daher sollte. Anmerkung des Verfassers: Die Tunnelbrandkurve nach ZTV-ING, Teil 5, Abschnitte 1 und 2, müsste demnach von 30 auf 90 Minuten Branddauer mit 1200 °C zuzüglich Abkühlphase verlängert werden.

Anforderungen nach EBA-Richtlinie

Aufgrund der erschwerten Erreichbarkeit des Brandortes, sind nach der EBA-Richtlinie auch bei Eisenbahntunneln Vorkehrungen für den Brandschutz notwendig. Sie sollen der Gefahrenabwehr, der Schadensbegrenzung, der Selbstrettung von Personen sowie dem Einsatz und der Hilfeleistung durch Rettungsdienste dienen. Für den baulichen Brandschutz gilt im Prinzip der Temperatur-Zeitverlauf nach ZTV-ING, Teil 5, jedoch mit 60 Minuten Branddauer bei 1200 °C. Nach der EBA-Richtlinie rechnet man bei diesem Verlauf sogar mit Abplatzungen an der Tunnelschale, die durch geeignete konstruktive Maßnahmen in der Größe begrenzt werden sollen. Gleichzeitig dient dies natürlich dem Personenschutz von Verunglückten und Rettern. Eine Diskrepanz gibt es dann aber auch hier: Funktionserhalt E 90 nach DIN 4102 für elektrische Kabelanlagen gegenüber 60 Minuten Branddauer und Abkühlphase nach der aggressiveren Tunnelbrandkurve für das Bauwerk. Die Angaben dieser Richtlinie gelten für Tunnelbauwerke ab einer Länge von mehr als 500 m. Anforderungen an den Korrosionsschutz von Einbauten und Befestigungsmitteln finden sich in der Richtlinienreihe 853, konkret 853.0101 bzw. 853.5001, der DB Netz AG.

Anforderungen nach BOStrab

Für den öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV) wird der Brandschutz in Anlagen über die BOStrab geregelt. Danach müssen laut Stand 2003 die Betriebsanlagen so beschaffen sein, der Entstehung eines Brandes und der Ausbreitung von Feuer und Rauch vorgebeugt wird. Für den baulichen Brandschutz gehören dazu

• die Anordnung der räumlichen und baulichen Trennung
• die Feuerwiderstandsfähigkeit baulicher Trennungen und Tragwerke sowie
• das Brandverhalten der verwendeten Baustoffe.

Dem entsprechend wird für tragende Bauteile wie Wände, Stützen und Decken von Tunneln und Haltestellen die Klassifizierung F 90-A nach DIN 4102 gefordert. „Die Standsicherheit kann gewährleistet werden, wenn die tragenden Bauteile entweder aus entsprechenden Baustoffen hergestellt oder mit zusätzlichen Brandschutzvorrichtungen (z.B. Verkleidung, Beschichtung) versehen werden.

RWS-Anforderungen

In den Niederlanden gilt die RWS-Kurve (Rijkswaterstaat-Tunnelbrandkurve). Ihre Anforderungen sind noch höher und überschreiten mit 1350 °C Maximaltemperatur die Schmelz- oder Sintergrenze einiger Materialien, auch derer, die als Bekleidung den Bauwerksschutz liefern sollen. Innerhalb sehr kurzer Zeit werden nach dieser Tunnelbrandkurve Temperaturen von 1200 °C erreicht, die dann weiter steigen und in der 60. Minute Ihren Höhepunkt bei 1350 °C haben. Bis zur 120. Minute sinken sie wieder auf 1200 °C. Während der Untersuchungen von Brandschutzsystemen nach diesen Temperaturbeanspruchungen dürfen

• an der Betonoberfläche nicht mehr als 380 °C auftreten,
• an der Bewehrung bei einer Betondeckung von 25 mm nicht mehr als 250 °C entstehen,
• die Temperatur an Fugendichtungen 60 °C nicht überschreitet,
• die Bekleidung und/oder die Verbindungsmittel nicht versagen und
• infolgedessen keine explosionsartigen Abplatzungen des Betons entstehen.

Auswirkungen eines Brandes auf Beton

Zunächst stellt sich an dieser Stelle wohl vielen Laien die Frage, was bei einem Brand am Beton, Fels oder gar der im Beton liegenden Stahlbewehrung überhaupt passieren soll, weil diese Baustoffe nicht brennen. Beton und Stahl weisen allerdings sehr hohe Verluste der Festigkeit auf, die bei ca. 500 °C nur noch etwa 50 % beträgt. Infolge des damit verbundenen Verlustes der Tragfähigkeit sind deshalb entgegen den Anforderungen nach ZTV-ING, Teil 5, bleibende Verformungen des Bauwerks zu erwarten.

Ursachen für Festigkeitsverluste beim Beton sind dessen physikalische oder chemische Veränderungen im Innern. Physikalische Veränderungen sind hier Volumenvergrößerungen bzw. temperaturbedingte Eigen- und Zwängungsspannungen sowie Rissbildungen im und am Betonquerschnitt. Bei den chemischen Veränderungen wird infolge der Erhitzung des Betons mit einer 1700fachen Ausdehnung das kapillar gebundene Wasser im Beton freigesetzt, das dann plötzlich entweichen muss. Auf diese Weise entstehen explosionsartig tiefe Abplatzungen, die Bewehrung wird großflächig freigesprengt und beflammt, der Beton selbst wird brüchig bzw. mürbe. Also ein Teufelskreis, der zum Kollaps des Bauwerkes führen kann und umso stärker auftritt, je höher die Güte bzw. Dichte des Betons ist und je mehr Feuchtigkeit enthalten ist. Die Literatur gibt hier für die Feuchtigkeit einen Wert von > rd. 2 M.-% an. In einem solchen Szenario sollen jedoch die in der RABT geforderte Selbst- und Fremdrettung von Personen sowie die Hilfeleistung und Brandbekämpfung der Rettungsdienste funktionieren.

Mögliche konstruktive Schutzmaßnahmen und ihre Umsetzung

Um den baulichen Brandschutz des Tunnelbauwerkes zu gewährleisten, gibt es drei Möglichkeiten:

1. Außen aufgebrachte Bekleidungen
2. Aufgesprühten Brandschutz
3. Neuheitliche Betonrezepturen mit Kunststofffaseranteilen

Unterschiedliche Bekleidungsarten

1. Als verlorene Schalung anbetoniert
2. Nachträglich direkt verdübelt
3. Nachträglich montiert auf Plattenstreifen oder Montageschienen als Unterkonstruktion

Bei allen 3 Bekleidungsarten sind das Material der Bekleidung und die Montagemittel nach ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 4, als Einheit zu betrachten und somit gemeinsam für die Zustände bei und nach Brandbeanspruchung nachzuweisen.

Unterschiedliche Bekleidungssysteme

Brandschutzplatten aus Beton

Es handelt sich nach Herstellerangaben um Brandschutzbauplatten aus Glasfaserleichtbeton mit Zement als Bindemittel, bauaufsichtlich zugelassener Glasfaser zur Bewehrung und geschlossenzelligem Glasschaumgranulat als Zuschlagsstoff. Als Zuschlagstoff wird anstelle des Glasschaumgranulats seit einiger Zeit Perlite eingesetzt. Trotz eines relativ niedrigen Schmelzpunktes der Glasfaser- und Glasschaumgranulatanteile erfüllt diese Platte bis 1200 °C den Brandschutz nach der ZTV-ING mit 30 Minuten Branddauer zuzüglich Abkühlphase. Infolge des Einsatzes von Perlite als Leichtzuschlag werden inzwischen auch höhere Temperaturbeanspruchungen erfüllt. Die Bekleidung kann nachträglich mit oder ohne Hinterlegungsstreifen oder als verlorene Schalung montiert werden. Die für Tunnel vorgesehenen Platten erfüllen auch alle weiteren Anforderungen an die Eigenschaften eines Baustoffes für Tunnelbauwerke.

Lochbleche

Es handelt sich um korrosionsgeschützte Lochbleche mit Dämmschichtbildner und farblich variierbarer Deckbeschichtung. Der Korrosionsschutz dieser Lochbleche muss bei einer Einordnung nach ZTV-ING, Teil 5, Abschnitt 4, für die Anforderungsklasse II bzw. die Widerstandsklasse IV/stark sichergestellt sein, bei dann kostenträchtiger Verwendung der genannten Edelstahlgüten. Lochbleche erfüllen als Bekleidung brandschutztechnisch die Anforderungen der ZTV-ING bis 30 Minuten Branddauer zuzüglich Abkühlphase. Im direkten Vergleich sind sie die dünnste Bekleidungsform. In Verbindung mit 30 mm Distanzhülsen und Ausgleichblechen beträgt der Gesamtaufbau allerdings ca. 35 mm. Der große Vorteil hier, nach Herstellerangaben, ist die Transparenz und damit verbundene optische Kontrollierbarkeit der tragenden Bauteile. Angaben über das Langzeitverhalten des Dämmschichtbildners unter Einfluss der Tunnelatmosphäre lagen nicht vor.

Silikat-Brandschutzbauplatten

Silikat-Brandschutzbauplatten werden auf der Basis einer Zement-/Betontechnologie mit hochtemperaturbeständigen Materialien hergestellt. Die Aushärtung erfolgt teilweise spannungsfrei im Autoklaven (Dampferhärter). Neben den Brandschutzeigenschaften werden auch alle weiteren statisch und atmosphärisch relevanten Eigenschaften für den Einsatz in Tunnelbauwerken erfüllt. Auf Grund der Herstellungsverfahren sind Silikat-Brandschutzbauplatten nachweislich für sehr hohe Temperaturen von 1350 °C bis 1400 °C sowie zur Erreichung sehr hoher Feuerwiderstandszeiten geeignet. PROMATECT-H- und PROMATECT-T-Tunnelbauplatten sind Silikat-Brandschutzbauplatten, die - qualitätsgesichert nach EN ISO 9001:2000 hergestellt - in großen Stückzahlen, eben, gekrümmt oder biegbar, geliefert werden können. Silikat-Brandschutzbauplatten erfüllen die Anforderungen nach ZTV-ING mit 30, 60 (EBA-Kurve), 90 und 115 Minuten Branddauer zuzüglich Abkühlphase. Ferner sind die 120-minütige RWS-Kurve, eine auf 180 Minuten verlängerte RWS-Kurve sowie Langzeit-Untersuchungen über 7 Stunden unter Einhaltung der Kriterien nachgewiesen. Alle mit Silikat-Brandschutzbauplatten durchgeführten Untersuchungen sind von der STUVA bzw. STUVAtec in Köln beurteilt und die Ergebnisse in zwei umfassenden Berichten beschrieben worden. Danach wurden sowohl die Bewehrung als auch die Betonoberfläche in den oben genannten Zeiträumen der unterschiedlichen Tunnelbrandkurven nur mäßig belastet. Die erreichten Maximaltemperaturen lagen teilweise mehr als 50 % unter den zulässigen Grenzwerten nach ZTV-ING, EBA oder RWS.

Spritzputzsysteme

Diese Form des Brandschutzes wird als poröser Trockenmörtel angespritzt. Spritzputzsysteme erhalten größtenteils eine Stahlmattenbewehrung als Unterkonstruktion in der Stahlsorte V5A, um Haftungsproblemen in der Tunnelatmosphäre dauerhaft vorzubeugen. Die Verankerung der Bewehrung erfolgt über geeignete Dübel. Spritzputzsysteme können zum Beispiel keramische Fasern, Perlite oder Vermiculite enthalten. Brandschutztechnisch werden die Anforderungen der ZTV-ING, mit 90 Minuten Branddauer zuzüglich Abkühlphase sowie der RWS-Kurve erfüllt. Die fertige Oberfläche der ca. 30 mm bis 75 mm dicken Brandschutzbeschichtungen ist sehr rau, im Bereich von Bauwerksfugen oder Verbindungspunkten von Tübbingen sind zusätzliche Maßnahmen notwendig.

Kunststofffaserbeton

In jüngerer Zeit ist man auch bei hochfesten Betonen dazu übergegangen, dem Beton durch Zugabe von Kunststofffasern, z. B. Polypropylen (PP) mit ca. 3 kg/m³ Beton, ein Porensystem zu geben, um Abplatzungen zu minimieren. Bei Temperatureinwirkung schmelzen die Kunststofffasern und geben dem entstehenden Wasserdampf Raum. Auf diese Weise sollen Dampfspannungen im Innern und damit mögliche Betonabplatzungen abgebaut werden. Inzwischen sind mit solchen Systemen Untersuchungen nach ZTV-ING, bei unterschiedlichen Branddauern zuzüglich Abkühlphase, sowie der RWS-Tunnelbrandkurve vorgenommen worden. Die Betonabplatzungen ließen sich nachgewiesen bis auf maximal 10 mm unterhalb der ursprünglichen Oberfläche des untersuchten Bauteils reduzieren. Ganz verhindern wird man, im Gegensatz zu außen aufgebrachten Brandschutzbekleidungen, die Betonabplatzungen durch PP-Beimischungen jedoch nicht können. Man muss sich zudem vor Augen halten, dass jedes Brandereignis bei jedem eingesetzten System zum Verbrauch des verwendeten Materials führt. Verbrauchte, als „Opferschicht“ außen am Beton angebrachte Brandschutzmaterialien sind dann relativ einfach und damit kostengünstig zu ersetzen. Bei einem unbekleideten, mit Kunststofffasern durchsetzten Beton übernimmt dieser jedoch auch die Funktion der „Opferschicht“. Das heißt, die für den Brandschutz verbrauchten PP-Fasern und die Festigkeitsverluste werden sich, über das reduzierte Abplatzungsmaß hinaus, bis in tiefe Bauteilebenen erstrecken und es notwendig machen, den Beton zu weitaus höheren Kosten zu sanieren.

Aktuelle Großbranduntersuchungen

Im September 2003 ist im Runehamar-Tunnel bei Andalsnes, Norwegen, der erste von vier „full- or large-scale tunnel fire tests“ im Rahmen eines Forschungsprojektes unter realen Bedingungen durchgeführt worden. Dieses ist Teil des UPTUN-Programms (Upgrading methods for fire safety in existing TUNnels), unter Federführung der Prüfanstalten SP (Schweden), SINTEF (Norwegen) und TNO (Niederlande). Gegenüber dem ca. 19 Jahre zurückliegenden Eureka-Projekt EU 499 Firetun (1990 bis 1992), im Repparfjord Tunnel, Norwegen, hatten die diesmal durchgeführten Brandversuche noch größere Dimensionen.

Finanziell und technisch unterstützt wurde dieses Programm von den Firmen Promat International (Silikat-Brandschutzplatten), Gerco (Montage der Silikat-Brandschutzauskleidung), BIG/Tempest (mobile Strahlventilatoren) und der Europäischen Union. Zum Schutz des stillgelegten Felsentunnels wurde im Bereich der Branduntersuchungen eine selbsttragende Stahlrohrkonstruktion eingebaut. Die daran montierte Auskleidung mit Silikat-Brandschutzbauplatten betrug für die Seitenwände 25 mm, einlagig, und für die Deckenfläche 25 + 20 mm, zweilagig. Sie musste einer wiederholten Brandbeanspruchung durch 4 Großbrände standhalten und tat dies auch.

Mit dem ersten Brandversuch am 18. September 2003 erzielte man einen 203-MW-Brand, der innerhalb von 35 Minuten, dem Verlauf der RWS-Kurve folgend, 1365 °C erreichte. Danach schloss sich eine Abkühlphase an. Diese hohe Brandintensität und Temperatur entsprach einem einzigen simulierten Lkw, dessen Ladung von etwa 10 t sich aus ca. 80 % Holzpaletten und ca. 20 % Kunststoffpaletten zusammensetzte. Drei weitere große Brandversuche (158 MW, 125 MW für Schränke und Sofas sowie 70 MW) mit derselben Schutzauskleidung des Tunnels folgten.

Brandintensitäten dieser Dimensionen bei einzelnen Fahrzeugen stehen den MW-Einschätzungen der aktuellen RABT, Ausgabe 2006, jedoch ziemlich konträr gegenüber (siehe Abschnitt 2.1 dieses Beitrags). Die Erfahrungswerte aus den zurückliegenden Tunnelbränden „Montblanc“ (ca. 53 Stunden Branddauer), „Tauern“ und „Gotthard“ zeigen zudem bei mehreren involvierten Fahrzeugen auch sehr viel längere Branddauern, als in der ZTV-ING, Teil 5, angegeben oder während des UPTUN-Programmes erzielt.

Fazit

Die UPTUN-Untersuchungen zeigen, dass ein einzelner brennender LKW, mit einer simulierten alltäglichen Beladung (also kein Tanklastwagen), hohe Brandintensitäten von 203 MW mit Temperaturen bis 1365 °C erreicht. Diese Erkenntnisse spiegeln die in Deutschland gültigen Richtlinien für Tunnelbauwerke nicht wieder. Die im UPTUN-Programm mit dem Brand eines einzelnen Fahrzeugs erzielten Maximaltemperaturen von 1365 °C, sind durch die Bemessungskurven der ZTV-ING, Teil 5, und der EBA-Richtlinie in Deutschland nicht abgedeckt. Lediglich die RWS-Kurve weist mit 1350 °C Höchsttemperatur vergleichbare Werte auf. Bei den vergangenen großen Tunnelbränden waren zudem auch immer mehrere Fahrzeuge durch Übergreifen des Brandes involviert und bis zum Verbrauch der Brandlasten und damit einer Abkühlung vergingen Stunden. Die Vollbrandphase der zur Zeit in Deutschland gültigen Bemessungskurven ist dagegen jeweils recht kurz, während die angenommenen 110 Minuten Abkühlphase hier ein ausreichend großes Spektrum abdecken. Die beschriebenen Bemessungskurven für Brände sind wie im Hochbau dazu gedacht, Brandschutzbekleidungen in realen Branduntersuchungen zu prüfen und die angegebenen Anforderungen nachzuweisen, da rein rechnerische Nachweise zwar Temperaturentwicklungen am zu schützenden Bauteil ermitteln können, viele Eventualitäten im Zuges eines Brandverlaufes jedoch unberücksichtigt lassen. Branduntersuchungen sind daher auch möglichst großflächig und nah an der späteren Einbausituation durchzuführen. Gegenüber dem Einbau technischer Schutzmaßnahmen oder einer Sanierung des lediglich mit erhöhter Betondeckung und/oder Zusatzbewehrung geschützten Bauwerkes nach Brandbeanspruchung, sind Brandschutzbekleidungen mit ca. 3 ‰ der Gesamtbaukosten vergleichsweise günstig. Leider fehlen sie nach wie vor in dem von der RABT geforderten Gesamtsicherheitskonzept für Tunnelbauwerke.

Literaturverzeichnis

• RABT – Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln, Ausgabe 2006, herausgegeben durch die Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e.V., Köln
• ZTV-ING, Teil 5 "Tunnelbau", Abschnitt 1 (Geschlossene Bauweise), Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten, Stand 12/2007, herausgegeben durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (bast) beim Verkehrsblatt-Verlag
• ZTV-ING, Teil 5 "Tunnelbau", Abschnitt 2 (Offene Bauweise), Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten, Stand 12/2007, herausgegeben durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (bast) beim Verkehrsblatt-Verlag
• ZTV-ING, Teil 5 "Tunnelbau", Abschnitt 3 (Maschinelle Vortriebsverfahren), Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten, Stand 12/2007, herausgegeben durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (bast) beim Verkehrsblatt-Verlag
• ZTV-ING, Teil 5 "Tunnelbau", Abschnitt 4 (Betriebstechnische Ausstattung), Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten, Stand 12/2007, herausgegeben durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (bast) beim Verkehrsblatt-Verlag, verweist auf die RABT
• ZTV-K - Kunstbauten, Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen für Kunstbauten, Ausgabe 1996, herausgegeben durch das Bundesministerium für Verkehr beim Verkehrsblatt-Verlag
• EBA-Richtlinie, Anforderungen des Brand- und Katastrophenschutzes an den Bau und Betrieb von Eisenbahntunneln, Stand 01.07.2008, herausgegeben durch das Eisenbahn-Bundesamt, Bonn
• BOStrab, VDV (Verband Deutscher Verkehrsunternehmen) Mitteilungen Nr. 6203, Ausgabe August 2003
• Richtlinienreihe 853 der DB Netz AG, "Eisenbahntunnel planen, bauen und instandhalten", Stand 01.08.2003, herausgegeben durch DB Netz AG, Frankfurt, verweist hinsichtlich des Brand- und Katastrophenschutzes  unter 853.1001 Allgemeine Regelungen, Abschnitt 5, auf die EBA-Richtlinie
• UPTUN-Programm, veranlasst und gefördert durch die Europäische Union (EU), UPgrading methods for fire safety in existing TUNnels, Project description and planning of large-scale tests in Runehamar-Tunnel, Norway, August 2003, by Haukur Ingason, SP Swedish National Testing and Research Institute and Anders Lönnermark, SP, veröffentlicht auf der Homepage von SP unter www.sp.se
• Vortrag "UPTUN-project", von Jan Brekelmans/Mirjam Nelisse, TNO Building and Construction Research, Centre for Fire Research, Delft, The Netherlands, während des “International Symposium on Catastrophic Tunnel Fires (CTF)”, 20. - 21. November 2003 in Boras, Schweden
• Tagungsband, "Proceedings of the International Symposium on Catastrophic Tunnel Fires", Ausgabe 05/2004, herausgegeben durch SP – Swedish National Testing and Research Institute, Boras, Schweden
• Videofilm, "Runehamar-tunnel test demo", Ausgabe 11/2003, herausgegeben auf CD zum "International Symposium on Catastrophic Tunnel Fires (CTF)", 20. –21. November 2003 in Boras, Schweden durch SP – Swedish National Testing and Research Institute, Boras, Schweden
• "tunnel" 3/2004, Seite 52, "Neue Brandversuche mit Perlit", erschienen im Bauverlag Gütersloh
• "tunnel" 5/2004, Seite 34, Overview of the Large-Scale Fire-Tests in the Runahamar-Tunnel, erschienen im Bauverlag Gütersloh
• Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung Z-30.3-6, Erzeugnisse, Verbindungsmittel und Bauteile aus nichtrostenden Stählen, vom 20.04.2009, herausgegeben als Sonderdruck 862 von der Informationsstelle Edelstahl Rostfrei, Düsseldorf
• Beton-Brandschutzhandbuch, 2. Auflage, K. Kordina/C. Meyer-Ottens unter Mitarbeit von E. Richter, erschienen 1999 im VBT – Verlag Bau + Technik
• Eureka-Projekt EU 499: Firetun, Fires in Transport Tunnels, Report on Full-Scale Tests, veröffentlicht im November 1995, herausgegeben durch die Studiengesellschaft Stahlanwendung e.V. bei der Verlag- und Vertriebsgesellschaft mbH, Düsseldorf
• "tunnel" 7/2004, der oben stehende Artikel wurde in der genannten Ausgabe der "tunnel", dem offiziellen Organ der STUVA, erschienen im Bauverlag Gütersloh, inclusive einer englischen Übersetzung gedruckt (siehe auch "Weblinks")

Weblinks

• Promat GmbH, http://www.promat.de
• Artikel aus "tunnel" 7/2004, http://six4.bauverlag.de/sixcms_4/sixcms_upload/media/293/schlueter_07_04.pdf
• Artikel aus "tunnel" 8/2005, http://six4.bauverlag.de/sixcms_4/sixcms_upload/media/293/22_29_silikat_brandschutz.pdf
• ZTV-ING, Teil 5 Tunnelbau, Abschnitte 1 bis 5, http://www.bast.de/nn_42254/DE/Aufgaben/abteilung-b/Regelwerke/Baudurchfuehrung/ZTV-ING-Teil-5-Tunnelbau-Baudurchfuehrung,templateId=raw,property=publicationFile.pdf/ZTV-ING-Teil-5-Tunnelbau-Baudurchfuehrung.pdf
• Untersuchungen des IBMB in Braunschweig, http://www.ibmb.tu-braunschweig.de/docpool/reports/KaF-2008-33.pdf
• EBA-Richtlinie, http://www.eba.bund.de/cln_005/SharedDocs/Publikationen/DE/Infothek/Infrastruktur/Tunnelbau/21__rl__tunnelbau,templateId=raw,property=publicationFile.pdf/21_rl_tunnelbau.pdf
• BOStrab, http://www.vdv.de/publikationen/bostrab.html?pe_id=127
• Sonderdruck 862 der Informationsstelle Edelstahl Rostfrei in Düsseldorf, Allgemeine Bauaufsichtliche Zulassung Z-30.3-6 des DIBt, http://www.edelstahl-rostfrei.de/downloads/iser/SD_862.pdf
• Bauverlag Gütersloh - Magazin "tunnel", http://www.tunnel-online.info/de/index.html