Riktlinjer för dimensionering och utformning av brandskydd i bergtunnlar Underlag för projektering av bygghandling....

Dokument Nr: 9564-13-025-011 Citybanan i Stockholm Riktlinjer för dimensionering och utformning av brandskydd i bergtunnlar Underlag för projektering av bygghandling.................. Lars Rosengren Bo Wahlström, Brandskyddslaget Marie von Matérn, WSP Sverige Rosengren Bergkonsult AB/WSP, Sverige Anders Fredriksson, Golder Mats Burtu, Sweco Markus Kappling, Golder-ELU Peder Thorsager, Ramböll Carl-Olof Söder, Sweco Upprättad av Granskad av Godkänd av rap-08-02

Innehållsförteckning 1 Inledning... 3 2 Syfte och mål... 4 3 Krav... 4 4 Uppfyllande av krav inom Citybanan... 11 5 Förslag till val av teknisk lösning för Citybanans bergtunnlar... 27 6 Sammanfattning... 34 7 Referenser... 35 BILAGOR Bilaga 1: Dimensioneringsdiagram för brandskydd med separat isoleringsskikt av sprutbetong eller överdimensionering av sprutbetong/betong för HC-kurvan i 180 min med avsvalningsfas respektive 120 min utan avsvalningsfas Bilaga 2a: Dimensioneringsdiagram för brandskydd med separat isoleringsskikt av isoleringsskiva för HC-kurvan i 180 min med avsvalningsfas Bilaga 2b: Dimensioneringsdiagram för brandskydd med separat isoleringsskikt av isoleringsskiva för HC-kurvan i 120 min utan avsvalningsfas rap-08-02 2 (35)

1 Inledning Den planerade Citybanan mellan Tomteboda i norr och Södra Station i söder utgörs huvudsakligen av en undermarksanläggning bestående av bergtunnlar. Inom projekt Citybanan har det under systemhandlingsskedet bildats en Berggrupp bestående av representanter från konsultuppdragen U8, U9, U10 och U12 samt representanter från beställaren (Banverket). Berggruppens uppgift har bl.a. varit att ta fram gemensamma riktlinjer för den kommande bygghandlingsprojekteringen av t.ex. bergförstärkning och tätning, samt vattenoch frostisolering. Under de senaste 10-15 åren har ett antal bränder inträffat i olika typer av tunnlar. Konsekvenserna av dessa bränder har varierat. Förutom att människor omkommit har bränderna i vissa fall även resulterat i stora skador på det bärande huvudsystemet. Detta har inneburit att brandfrågan har aktualiserats i samband med infrastrukturprojekt i Sverige under senare tid. Både Vägverket och Banverket har uppmärksammat detta genom att i Tunnel 2004 respektive BV Tunnel formulera krav med avseende brandskydd i tunnlar. För att i möjligaste mån säkerställa att tunnlarna utformas på ett likartat sätt med avseende på brandmotstånd för bärande huvudsystem har berggruppen fått i uppdrag att ta fram riktlinjer för dimensionering och utformning av bergtunnlar med avseende på denna aspekt. Föreliggande dokument redovisar riktlinjer för hur brandskyddet skall dimensioneras och utformas med hänsyn till aspekten brandmotstånd för följande anläggningsdelar: Bärande huvudsystem i spårtunnlar och stationstunnlar (plattformsrum) i berg (d.v.s. ej bärande huvudsystem i betongtunnlar i jord och vatten, såsom t.ex. betongtunnlarna vid Tomteboda och Söderström). Bärande huvudsystem i sidoutrymmen i berg såsom servicetunnel, driftutrymmen och utrymningsvägar (tvärtunnlar), dock ej uppgångar, mellanplan, gångtunnlar mellan olika anläggningsdelar och biljetthallar i berg. Citybanans mellanplan, gångtunnlar, uppgångar och biljetthallar i berg skall uppfylla krav enligt Boverkets konstruktionsregler (BKR) och Boverkets byggregler (BBR). Dimensionering av bärande huvudsystem med avseende på brand i dessa utrymmen berörs därför inte i föreliggande dokument. rap-08-02 3 (35)

Brandskydd avseende inklädnader för vatten- och frostsäkring skall utformas enligt följande dokument: Riktlinjer, krav och typhandlingar avseende vatten- och frostsäkring i spårtunnlar Underlag för projektering av bygghandling, Dokument Nr: 9564-13-025-013. Tillhörande ritningar (sektioner) Nr: 9563-13-300-001-- 004. Riktlinjer, krav och typhandlingar avseende vatten- och frostsäkring i servicetunnel Underlag för projektering av bygghandling, Dokument Nr: 9564-13-025-014. Tillhörande ritningar (sektioner) Nr: 9563-13-300-005-- 008). Riktlinjer, krav och typhandlingar avseende vatten- och frostsäkring i stationer Underlag för projektering av bygghandling, Dokument Nr: 9564-13-025-015 (ritningar ingår i textdokumentet). 2 Syfte och mål Syftet med föreliggande dokument är att redovisa de riktlinjer som skall gälla vid projektering av bygghandling avseende dimensionering och utformning med hänsyn till brandmotstånd för bärande huvudsystem i Citybanans bergtunnlar. Målet är att dimensioneringen och utformningen av brandskyddet för Citybanans bergtunnlar skall bli så enhetligt som möjligt. Det bör dock nämnas att det övergripande målet är att den färdiga anläggningen, ur samhällelig synvinkel, skall uppfylla krav på säkerhet med hänsynstagande till såväl de krav som uttrycks i Banverkets standard (BV Tunnel) som Citybanans projektspecifika krav. Det är viktigt att notera att föreliggande dokument inte hanterar brandskydd avseende aspekterna säkerhet vid användning och järnvägens driftssäkerhet (se BV Tunnel avsnitt 7.1). 3 Krav 3.1 Krav enligt BV Tunnel 3.1.1 Allmänt I detta avsnitt redovisas de krav i BV Tunnel som är förknippande med brandskydd. BV Tunnels krav på brandskydd finns samlade i kapitel 7. I nedanstående avsnitt är citerad text från BV Tunnel skriven med kursiv stil omgiven av citattecken. För att skilja rådstext och kommentarer från kravtext har rådstexten återgivits indragen. Citybanans eventuella tolkningar och kommentarer är skriven med normal text. rap-08-02 4 (35)

I BV Tunnel, avsnitt 7.1, anges följande krav: Omfattning av erforderliga brandskyddsåtgärder, samt krav på utformning av anläggningen, ska utredas dels med avseende på säkerhet vid användning, jämför avsnitt 8.4, dels med avseende på brandmotstånd, utifrån krav i avsnitt 7.3 och dels övergripande krav på järnvägens driftssäkerhet enligt avsnitt 9.1. Som tidigare nämnts hanterar föreliggande dokument endast brandskyddsåtgärder avseende brandmotstånd för vissa anläggningsdelar (se avsnitt 1). Detta innebär att brandmotstånd för installationer och inredningar inte behandlas i föreliggande dokument. Avsnitt 7.2 i BV Tunnel innehåller krav avseende brandskyddsdokumentation. Detta ligger utanför syftet med föreliggande dokument och hanteras därför inte vidare i dokumentet. Krav avseende brandmotstånd anges i avsnitt 7.3 i BV Tunnel. I inledningen till avsnitt 7.3 anges följande krav: Bärförmåga, integritet och isolering mot brand ska verifieras enligt BBR, avsnitt 5:1, 5:2 och 5:8, och BKR, kapitel 10 med nedanstående kompletteringar. 3.1.2 Förutsättningar I BV Tunnel, avsnitt 7.3.1, anges följande krav: Anläggningsdel, bestående av bärande huvudsystem, inklädnad och inredning, som gränsar mot trafikerat utrymme ska dimensioneras för brandpåverkan eller förses med brandskyddsåtgärder mot brandpåverkan enligt avsnitt 6.3.4.5 så att: kollaps inte inträffar den inte på grund av nedfall, utgör hinder eller fara vid utrymning under den tid som erfordras för utrymning för passagerare och personal räddningsmanskapets säkerhet beaktas med avseende på nedfall. Tunnlars trafikutrymmen, utrymningsvägar samt angreppsvägar ska utföras i brandteknisk klass Br 1 enligt BBR, avsnitt 5:2. Övriga utrymmen ska utföras i brandteknisk klass Br 2. Kraven uppräknade i strecksatserna ovan skall alltså vara uppfyllda för den brandbelastning som anges i avsnitt 6.3.4.5 i BV Tunnel. I BV Tunnel, avsnitt 6.3.4.5, anges följande krav för brandbelastning: Nedanstående lastvärden ska tillämpas för trafikerade utrymmen i tunnlar. Gastemperaturen vid brand ska förutsättas följa kurva I i Figur 6.3-1 med följande tider: 180 minuter i tunnlar där godstransporter är tillåtna 120 minuter i tunnlar som enbart trafikeras av persontåg rap-08-02 5 (35)

Tunnlar under fri vattenyta och tunnlar under byggnader ska dimensioneras för avsvalningshastigheten 600 C/h. För övriga tunnlar behöver brandlast från avsvalning normalt inte beaktas. Dörrar som ingår i utrymnings- och angreppsvägar och som gränsar till ett trafikerat utrymme ska dimensioneras för gastemperatur enligt kurva II i Figur 6.3-1 med 90 minuters brandvaraktighet. Lastvärden för sidoutrymmen eller utrymnings- och angreppsvägar där brandbelastningen överstiger 200 MJ/m 2 anges i den tekniska beskrivningen. Om en tunnel under vatten eller en tunnel direkt under en byggnad ska dimensioneras för kurva III i Figur 6.3-1 ska detta vara angivet i den tekniska beskrivningen. Brandgastemperaturen enligt kurva I överensstämmer med hydrokarbonkurvan enligt SS-EN 1363-2. Kurva II är enligt SIS 02 48 20. Kurva III är den så kallade RWS-kurvan. Figur 6.3-1 Gastemperatur vid brand. Det bör noteras att kravet med avseende på kollaps i BV Tunnels skiljer sig mot kravet mot kollaps i BBR. I BV Tunnel är kravet mot kollaps inte sammankopplat med någon tidsbegränsning, medan BBR anger att kollaps skall förhindras under en viss bestämd tid beroende på brandteknisk klass och typ av bärande byggnadsdel (se BBR, avsnitt 5.8). rap-08-02 6 (35)

Det är också intressant att notera att BV Tunnel inte differentierar brandbelastningen beroende på vilken typ av godstransporter som trafikerar tunnlarna, d.v.s. samma brandkurva gäller även för farligt gods. Dock anges i avsnitt 4.2.5 att: Transporter av farligt gods som tunneln ska upplåtas för ska redovisas och klassificeras enligt Statens räddningsverks föreskrifter om transport av farligt gods på järnväg (RID-S), (SRVFS 2004:15). Farligt gods kan transporteras i tunnlar utförda enligt BV Tunnel, med undantag för konstruktioner där konsekvenserna av olyckslastfallen brand och explosion är särskilt stora, till exempel tunnlar under fritt vatten eller direkt under byggnader. För sådana konstruktioner ska restriktioner och skyddsåtgärder bestämmas efter särskild utredning. 3.1.3 Verifiering av brandmotstånd I BV Tunnel, avsnitt 7.3.2 anges att: Bärförmåga ska verifieras genom provning och/eller beräkning. Förutsättningar och metoder för temperaturinträngningsberäkning och dimensionering som anges i Brandteknisk dimensionering av betongkonstruktioner (Byggforskningsrådet) godtas. För stålkonstruktioner kan ovannämnda rapport tillämpas som vägledning. Branddimensionering och beräkningsgångar som finns i Branddimensionering av betongtunnlar, anvisningar för Ringen och Yttre Tvärleden (Vägverket Region Stockholm) kan användas, dock med brandlaster enligt 6.3.4.5. Konstruktioner som avskiljer utrymnings- och angreppsvägar ska även uppfylla krav på integritet och isolering. Dörrar mot trafikutrymme som ingår i utrymnings- och angreppsvägar, ska utföras i minst klass EI-C 90. Alternativt godtas att två dörrar används som tillsammans uppfyller minst klass EI-C 90. Bärande huvudsystem, inklädnad, inredning och installationer nödvändiga för säker utrymning och räddningsinsats ska påvisas kunna motstå brandpåverkan under angiven utrymnings- och insatstid utan att det uppstår lokala skador, till exempel i form av nedfall. Installation ska uppfylla detta krav vid temperatur understigande 250 C. Avspjälkning av betong i betongkonstruktioner kan starta när 200 C isotermen har nått ett djup motsvarande två centimeter. Uppvärmningshastighet, betongens fukthalt och täthet, inspänningsförhållanden och tvärsnittsutformning har även stor betydelse för spjälkning. rap-08-02 7 (35)

Tillsats av polypropylenfibrer i betongkonstruktioner har i flera studier påvisats ge en ökad säkerhet mot betongspjälkning. Aktuella utrymnings- och insatstider erhålls från värderingen av säkerhet vid användning enligt avsnitt 8.4 och anges i den tekniska beskrivningen. 3.2 Citybanans projektspecifika krav 3.2.1 Brandlaster Citybanans tunnlar kommer huvudsakligen att trafikeras av persontåg, d.v.s. godståg och arbetståg är normalt inte tillåtna. Baserat på denna förutsättning samt Citybanans utformning och läge i förhållande till omgivningen har dimensionerande brandbelastning tagits fram för: 1. bärande konstruktioner 2. utrymning. Bärande konstruktioner Dimensionerande brandbelastning för bärande konstruktioner har utgått från kraven i BV Tunnel som sedan objektsanpassats till Citybanan. Enligt dokumentet Dimensionerande brand för bärande konstruktioner (PM T0-0202-0402-01) har detta resulterat i följande brandkurvor: Dimensionerande brand för bärande konstruktioner ovan och invid spårområde i tunnlar definieras som tid-temperatur enligt hydrocarbonkurvan (HC-kurvan) under minst 180 minuter samt en avsvalningsfas på 600 C/h. Detta föreslås gälla för alla tågtunnlar inklusive betongtunnel under Söderström. Dimensionerande brand för bärande konstruktioner ovan och invid spårområde på station definieras som tid-temperatur enligt hydrocarbonkurvan (HC-kurvan) under minst 120 minuter, utan avsvalningsfas. Detta föreslås gälla även för Järvabanans passage över Citybanan. Bärande konstruktioner för stationer, andra byggnader och bärande byggnadsdelar som inte är över eller invid spårområde ska dimensioneras enligt Boverkets konstruktionsregler, BKR. Dimensionerande brand i servicetunnel definieras enligt 2:a strecksatsen ovan, d.v.s. HC-kurvan under minst 120 minuter, utan avsvalningsfas. rap-08-02 8 (35)

Utrymning Dimensionerande brand för utrymning har utgått från en medium effekttidkurva upp till 15 MW (se Dimensionerande brand för utrymning, PM T0-0202-0402-02). Tack vare kraven på material i persontåg blir den initiala brandutvecklingen betydligt långsammare än vad HC-kurvan enligt ovan föreskriver. Syftet med dimensionerande brand för utrymning är att utgöra underlag för brandberäkningar som tillsammans med utrymningsberäkningar för tågtyp X60 skall utgöra underlag för bedömning av personrisken. Det är viktigt att påpeka att det föreligger en skillnad mellan brandkurvorna för bärande konstruktioner respektive utrymning med avseende på tiden noll. Vid användning av brandkurvan för utrymning förutsätts att tiden noll är densamma som tidpunkten för brandens initiering (d.v.s. då det börjar brinna). Tiden noll för brandkurvan för bärande konstruktioner är däremot inte relaterad till brandens initiering utan till tidpunkten då den bärande konstruktionen börjar erfara en temperaturökning. Denna tidpunkt är inte nödvändigtvis samma tidpunkt som tiden noll för utrymning eftersom det sker en fördröjning p.g.a. att branden först måste ta sig ut ur vagnen innan den börjar påverka den bärande konstruktionen. 3.2.2 Branddimensionering för bärande betongkonstruktioner Dimensioneringsregler avseende brandpåverkan har tagits fram inom Citybanan. Dessa avser främst bärande betong- och stålkonstruktioner och redovisas i PM T1-0903-0305-07. För bergtunnlar är dessa dimensioneringsregler relevanta då bärförmågan hos det bärande huvudsystemet huvudsakligen säkerställs med hjälp av mot berget gjutna eller sprutade betongkonstruktioner, d.v.s. då bergets egen bärförmåga inte är tillräcklig för att förhindra, storskaliga brott, kollaps och fortskridande ras. För bärande betongkonstruktioner gäller följande övergripande dimensioneringsregler enligt PM T1-0903-0305-07: betong skall vara förhindrad att spjälka betong som anses vara förhindrad att spjälka skall vara provad och dokumenterad om betongtemperaturen är högst 300 C i nivå med bärande armering behöver ingen särskild brandteknisk dimensionering utföras om betongtemperaturen överskrider 400 C skall sådan tryckt betong borträknas. Skjuvarmering i form av byglar som omsluter stänger i borträknad tryckt betong får medräknas men reduktionen i stålets hållfasthet skall beaktas. Orsaken till kravet på förhindrande av spjälkning enligt den första strecksatsen ovan är att konstruktionen annars successivt får nedsatt bärförmåga p.g.a att spjälkningen kan fortgå kontinuerligt eftersom ny betongyta hela tiden blir exponerad för branden. Orsaken till temperaturvillkoren i de två sista strecksatserna ovan är att armering respektive betong får nedsatt eller tappar sin bärförmåga vid högre temperaturer. Även betongens och armeringens styvhet minskar vid höga temperaturer. rap-08-02 9 (35)

I PM T1-0903-0305-07 redovisas temperaturinträngningsberäkningar, både med och utan brandisolering, för de brandbelastningar som omnämns i avsnitt 3.2.1. Dessa beräkningar har resulterat i dimensioneringsdiagram där temperatur redovisas som funktion av avståndet från betongytan, se Bilaga 1, 2a och 2b. rap-08-02 10 (35)

4 Uppfyllande av krav inom Citybanan 4.1 Strategi Strategin för att uppfylla kraven på verifiering av brandmotstånd baseras på att Citybanans bergtunnlar delas in i två brandskyddskategorier med avseende på dimensionering och utformning av det bärande huvudsystemets bärförmåga: Brandskyddskategori 1: Tunnelavsnitt där brandpåverkan inte riskerar att leda till kollaps i det bärande huvudsystemet, fortskridande ras eller omfattande bergutfall om bärförmågan hos installerat förstärkningssystem blir nedsatt eller går förlorad. Brandskyddskategori 2: Tunnelavsnitt där brandpåverkan riskerar att leda till kollaps i det bärande huvudsystemet, fortskridande ras eller brott med omfattande bergutfall om bärförmågan hos installerat förstärkningssystem blir nedsatt eller går förlorad. I nedanstående text förtydligas motivet till ovanstående indelning. Det bärande huvudsystemet i bergtunnlar utgörs per definition (enligt BV Tunnel) av: Anläggningsdelar inklusive jord och berg som nyttjas för att säkerställa tunnels bärförmåga och beständighet. Detta innebär att både det omgivande berget och bergförstärkningen kan ingå i en tunnels bärande huvudsystem och därmed bidra till dess bärförmåga. Bidraget från berget respektive förstärkningen till det bärande huvudsystemets bärförmåga kan dock skilja sig väsentligt åt beroende på vilka bergförhållanden som råder och på geometriska aspekter. I en bergtunnel med bra eller mycket bra berg, begränsad spännvidd och med betryggande avstånd till bergytan och andra byggnader/anläggningar är det troligt att berget ger det största bidraget till tunnelns bärförmåga. På dessa tunnelsträckor kommer bergförstärkning i form av bergbultar och fiberarmerad sprutbetong att finnas installerade längs Citybanans tunnlar. Det huvudsakliga syftet med denna bergförstärkning är att säkra potentiellt lösa block eller mindre partier berg från att falla ned. I detta fall står berget för det huvudsakliga bidraget till bärförmågan hos det bärande huvudsystemet och bedöms ensamt ha tillräcklig bärförmåga för att förhindra kollaps, fortskridande ras och brott med omfattande bergutfall. Detta innebär att om bergförstärkningen skulle få nedsatt eller helt tappa sin bärförmåga (t.ex. på grund av en brand) kan konsekvensen förväntas bli att lokala nedfall av enskilda block eller mindre bergpartier sker och att spjälkning av berget inträffar. Dessa tunnelsträckor hänförs till Brandskyddskategori 1 ovan. Brandkyddskategori 1 bedöms vara tillfredsställande även för det fall att berget utsätts för spjälkning. På tunnelsträckor med sämre berg, stor spännvidd eller då tunneln ligger nära bergytan eller andra byggnader/anläggningar är det troligt att bergförstärkningens bidrag till det bärande huvudsystemets bärförmåga är avgörande för tunnelns storskaliga stabilitet. På dessa tunnelsträckor kommer den permanenta förstärkningen sannolikt att bestå av antingen platsgjutna betongkonstruktioner, stålfiberarmerade sprutbetongkonstruktioner, eller bultar och sprutbetong i samverkan. Om bergförstärkningens bärförmåga blir nedsatt rap-08-02 11 (35)

eller om den helt tappar sin bärförmåga bedöms det att det finns det risk för kollaps, fortskridande ras eller omfattande bergutfall. Dessa tunnelsträckor hänförs till Brandskyddskategori 2 ovan. För att kunna avgöra till vilken brandskyddskategori som en viss tunnelsträcka skall hänföras till behövs någon form villkor (bedömningsgrund). Det är dock inte möjligt att med utgångspunkt från dagens kunskapsläge inom den bergmekaniska forskningen exakt bestämma en sådan bedömningsgrund. Mot denna bakgrund föreslår Citybanan en bedömningsgrund som bedöms vara något på den konservativa sidan och som är tydlig och enkel att tillämpa. För Citybanan föreslås att tunnelsträckor skall hänföras till Brandskyddskategori 1 om samtliga nedanstående villkor är uppfyllda: RMR 50 (d.v.s. tunnlar i Bergtyp A och B) spännvidden, B 20 m avståndet upp till bergytan (bergtäckningen), BT B (spännvidden) avståndet till ovanförliggande tunnel i berg, BT tunnel B max, där B max är spännvidden för den tunnel som har den största spännvidden horisontella avståndet till närliggande tunnel/schakt i berg är 5 m. Om något av ovan nämnda villkor inte är uppfyllt skall tunnelsträcka hänföras till Brandskyddskategori 2. Bergförstärkande konstruktioner i Brandskyddskategori 2 skall betraktas som bärande konstruktioner enligt avsnitt 3.2. Enligt BV Tunnel skall bärförmåga mot brand verifieras genom provning och/eller beräkning (se avsnitt 3.1.3). Inom Citybanan skall verifieringen baseras på en kombination av både beräkningar och provning, där temperaturinträngningsberäkningar används för att verifiera att temperaturvillkoren blir uppfyllda medan provningar används för att verifiera att spjälkningskravet blir uppfyllt. Enligt Citybanans objektspecifika krav skall spjälkning vara förhindrad för bärande konstruktioner (se avsnitt 3.2.2). För att verifiera motståndsförmåga mot spjälkning skall provningar utföras enligt de brandkurvor som definierats för projektet (se avsnitt 3.2.1). För att verifiera bärförmåga med avseende på temperaturinträngning skall temperaturinträngningsberäkningar utföras. Om det kan visas att temperaturen i betongytan är 400 C respektive 300 C i höjd med bärande armering behöver ingen ytterligare brandteknisk dimensionering utföras. Betong som erfar temperaturer över 400 C skall inte inräknas i konstruktionens bärförmåga. rap-08-02 12 (35)

4.2 Utförda provningar inom projekt Citybanan Inom projekt Citybanan har provning av brandmotstånd med avseende på spjälkning utförts för stålfiberarmerad sprutbetong. Syftet med provningarna var att utgöra underlag för val av brandskydd av sprutbetong som används såväl för insprutning av olika system för vatten- och frostisolering som för bergförstärkning. Provningarna som utfördes vid Sveriges Provnings- och forskningsinstitut (SP) i Borås är rapporterade i Brandtester på sprutbetong, PM T1-0904-0203-01_PM02. Testpanelerna bestod av betongstommar på vilka olika typer av sprutbetongkonstruktioner sprutades upp. Betongstommarna tillverkades av A-betong i Växjö, medan prepareringen av testpanelerna gjordes i en arbetstunnel till Södra Länken (vid Trädskolevägen i Stockholm). Brandtesterna utfördes i två omgångar med brandbelastning huvudsakligen enligt den s.k. HC-kurvan. Brandtester på sprutbetong avseende konstruktioner för vattenisolering i uppgångar och biljetthallar utfördes enligt den s.k. ISOkurvan. I den första omgången utfördes brandtester på totalt 23 st paneler med dimensionerna 1200x3600 mm i SP:s stora horisontalugn enligt HC-kurvan i 180 minuter. Provningen omfattade 30-80 mm tjock sprutbetong både med och utan inblandning av polypropylenefibrer. Fiberhalten var 1,5 kg/m 3. Alla tester, utom ett (med isolering av 80 mm EPS-cement), började spjälka efter 10-15 min. Då brandtesterna avslutades hade i princip all sprutbetong spjälkats bort på samtliga testpaneler utom den med isolering av EPS-cement. Resultatet från den första omgångens tester föranledde en utredning av vad som kunde vara fel. Fyra möjliga felorsaker identifierades: (1) fel på själva sprutbetongreceptet, (2) för låg dosering av polypropylenefibrer, (3) isoleringen förhindrar vattenavgång bakåt vilket innebär att mer vattenånga bildas i sprutbetongen och (4) sprutbetongskiktet är inspänt vilket ökar spänningen och därmed risken för spjälkning. Utredningen indikerade att något var fel på sprutbetongen varför CBI (Cement- och Betonginstitutet) kopplades in. Det framkom att betongleverantören bytt ut föreskrivet flytmedel vilket påverkat den tid under vilken sprutbetongen är sprutbar med god kvalitet. Vidare konstaterades att tillsättningen av polypropylenefibrer påverkar sprutbetongens konsistens och sammanhållning. Inför andra omgångens brandtetster tog därför CBI fram förslag på sprutbetongrecept vid olika mängd tillsats av polypropylenefibrer. Andra omgångens tester utfördes på paneler med dimensionerna 1200x3600 mm (4 st tester) respektive 600x600 mm (6 st tester). I den andra omgångens provningar varierade sprutbetongens tjocklek mellan 50 och 80 mm. I andra omgångens tester ingick även brandtest av sprutbetong på granitblock. De stora panelerna testades i den stora horisontalugnen, medan de små panelerna och granitblocken provades i en liten horisontalugn. Vid andra omgångens tester provades både 1,5 och 2,0 kg/m 3 inblandning av polypropylenefibrer. Testerna utfördes enligt HC-kurvan i 180 minuter respektive 60 minuter i den stora respektive lilla ugnen. rap-08-02 13 (35)

Av resultaten från provningarna framgår bl.a. att: sprutbetongen utan och med inblandning av 1,5 kg/m 3 polypropylenefibrer började spjälka efter 2-10 minuter. sprutbetongen med inblandning av 2 kg/m 3 polypropylenefibrer förhindrade spjälkning under hela brandförloppet sprutbetongen tappade sin vidhäftningsförmåga mot berg efter brandbelastning bergblocken som utsattes för direkt exponering av brandbelastning spjälkade ett isoleringsskikt av 80 mm s.k. EPS-cement förhindrade spjälkning av den bakomliggande sprutbetongen, även då sprutbetongen hade 1,5 kg/m 3 inblandning av polypropylenefibrer. Av den översta strecksatsen ovan framgår att sprutbetongen började spjälka inom 2-10 minuter om inte tillräcklig mängd polypropylenefibrer blandas in i betongen. För Citybanans brandtester kan slutsatsen dras att spjälkningen började då temperaturen i den brandexponerade betongytan var 700-1150 C. Dessa resultat bör innebära att om betongen skyddas/isoleras så att temperaturen i betongytan aldrig överskrider 700 C så bör spjälkning kunna förhindras, även utan inblandning av polypropylenefibrer. Det är dock viktigt att påpeka att spjälkningsbenägenheten är beroende av ytterligare ett antal faktorer såsom brandbelastningens tid-temperatur-förlopp, fuktkvot, betongrecept, etc. 4.3 Riktlinjer för dimensionering och utformning av brandskydd 4.3.1 Nedfall med avseende på utrymning Behovet av brandskydd med hänsyn till BV Tunnels krav på förhindrande av nedfall under den tid som erfordras för utrymning utgår från brandkurvan för utrymning (se avsnitt 3.2.1), snarare än från HC-kurvan. Detta innebär att det resonemang som ligger till grund för bedömning av behovet av brandskydd med hänsyn till detta krav är baserat på ett brandscenario där brandutvecklingen utgår från den tidpunkt som i verkligheten motsvarar tidpunkten för brandens initiering, d.v.s. tiden noll är lika med tidpunkten då branden startar i en tågvagn. Vid uppkomst av en brand i ett rullande persontåg skall det köras till närmaste station eller ut ur tunneln (vilket som är närmast) och utrymmas där. I dessa fall kommer inte nedfall p.g.a. spjälkning att påverka utrymningen. Om det inte är möjligt att köra tåget vidare vid brandens uppkomst (p.g.a. till exempel urspårning eller motorhaveri) kan utrymning bli nödvändig. När en brand startar i ett persontåg är det troligt att personer som befinner sig i tåget först, p.g.a. brandgas- och värmeutvecklingen, förflyttar sig i riktning från brandhärden. Därefter börjar utrymningen av tåget. Brandens utveckling är relativt långsam i initialskedet och måste ta sig ut ur tåget innan den kan påverka betong och sprutbetong att börja spjälka. Temperaturberäkningar baserade på dimensionerande brandkurva för utrymning indikerar att höga temperaturer (över 600 C) i tunnelns tak kan förväntas upp till 10-15 m från branden först efter ca 20 min (se Riskbedömning för behov av PP-fibrer i rap-08-02 14 (35)

sprutbetong i bergtunnlar, PM T2-0104-0203-04). Då skall utrymningen vara klar. Enligt utförda provningar inom Citybanan började sprutbetongen att spjälka vid en temperatur mellan ca 700 till 1150 C (se avsnitt 4.2). Platsgjuten betong kan förväntas börja spjälka ungefär vid samma storleksordning på temperaturen. Mot denna bakgrund är det därför inte troligt att branden hunnit utveckla sig så att spjälkning inträffar ovanför de utrymmande personerna (se Riskbedömning för behov av PP-fibrer i sprutbetong i bergtunnlar, PM T2-0104-0203-04). Detta innebär att risken för nedfall p.g.a. spjälkning i samband med utrymning kan bedömas vara mycket liten. Om stor trängsel eller dylikt skulle uppstå i samband med utrymningen och de utrymmande i ett senare skede skulle bestämma sig för att söka sig tillbaka och försöka passera branden skulle de kunna utsattas för nedfall. I denna situation bedöms dock förhållandena vara sådana att passage av branden knappast är möjlig p.g.a. värmestrålning, etc. Baserat på ovanstående resonemang kan följande slutsats dras: Risken för att utrymmande skall utsättas för nedfall genom spjälkning bedöms vara mycket liten, varför inget behov av brandskyddande åtgärd bedöms föreligga med avseende på detta krav enligt BV Tunnel. Ovanstående slutsats gäller oberoende av brandskyddskategori enligt avsnitt 4.1. 4.3.2 Nedfall med avseende på räddningsmanskapets säkerhet Riskerna med avseende på räddningsmanskapets säkerhet p.g.a. nedfall (t.ex. spjälkning och vidhäftningsbrott) beror av ett relativt stort antal faktorer, t.ex. tidpunkten efter brandens initiering som räddningsmanskapet anländer till brandplatsen, hur förstärkningen är utformad på aktuell tunnelsträcka, etc. Nedan beskrivs två olika scenarier med avseende på tidpunkten för räddningsmanskapets påbörjan av brandbekämpande insats. Tidig insats Om räddningsmanskapet anländer till brandplatsen och påbörjar brandbekämpning i ett tidigt skede från brandens initiering (inom ca 20 minuter) bedöms risken för nedfall p.g.a. spjälkning av betong/sprutbetong och vidhäftningsbrott generellt sett vara mycket liten på ett större avstånd än 10-15 m från brandens centrum (direkt flampåverkan), oberoende av om brandskyddande åtgärder vidtagits eller inte och hur bergförstärkningen är utformad. Räddningsmanskapet är förhållandevis väl skyddade och klarar mindre nedfall varför brandbekämpning från detta eller ett större avstånd bedöms vara förknippat med mycket små risker avseende manskapets säkerhet. Vid brandbekämpning på ett närmare avstånd stiger risknivån för spjälkning och vidhäftningsbrott. Även om brandskyddande åtgärd i form av t.ex. inblandning av polypropylenefibrer i betong/sprutbetong används finns det ändå en viss risk för spjälkning, särskilt om vatten sprutas på den upphettade betongen/sprutbetongen. Stora nedfall p.g.a. vidhäftningsbrott inom brandens närområde bedöms i första hand beror av hur förstärkningen är förankrad i berget. För Citybanan finns det riktlinjer att sprutbetong, i samverkan med systematisk bultning, skall förankras mot berget genom att bultbrickorna installeras på utsidan av sprutbetongskiktet (d.v.s. den fria ytan i tunneln), se Riktlinjer för utformning av förstärkningssystem Underlag för projektering rap-08-02 15 (35)

av bygghandling (dokument nr 9564-13-025-006). Detta innebär att även om sprutbetongen får nedsatt vidhäftning mot berget och bultarnas bärförmåga blir nedsatt eller går förlorad lokalt under branden är det osannolikt att omfattande sprutbetongstycken skall falla ned inom tunnelsträckor med systematisk bultning. Vid selektiv bultning finns det dock inget krav på att använda bultbricka inom projekt Citybanan. Inom dessa tunnelsträckor bedöms därför risken för större nedfall p.g.a. vidhäftningsbrott vara större. Inblandning av polypropylenefibrer i sprutbetongen bedöms dock inte minska denna risk. Sammanfattningsvis innebär ovanstående resonemang att om räddningsmanskapet påbörjar brandbekämpning på ett större avstånd än 10-15 m från brandens centrum inom ca 20 minuter bedöms riskerna för räddningsmanskapets säkerhet vara mycket små. Brandbekämpning på närmare avstånd minskar räddningsmanskapets säkerhet och bör därför ske i skydd (exempelvis invändig släckning i vagn). Detta gäller under förutsättning att brandens omfattning kan begränsas under brandbekämpningsarbetet. Är detta inte möjligt utökas den omedelbara riskzonen varvid räddningsmanskapet måste retirera för att bibehålla samma säkerhetsnivå. Sen insats Om räddningsmanskapet anländer och påbörjar brandbekämpning i ett sent skede (t.ex. vid fullt utvecklad brand) bedöms det som troligt att betong/sprutbetong som inte är brandskyddad kan ha spjälkat bort eller fallit ned p.g.a. vidhäftningsbrott inom ett relativt stort område runt branden redan vid ankomsten. Inom brandens närområde kan därför spjälkning av berg förväntas inträffa, medan det på lite större avstånd föreligger risk för både spjälkning av betong/sprutbetong och nedfall p.g.a. vidhäftningsbrott (särskilt på tunnelsträckor med selektiv bultning (jmf ovan). Vid sen insats är det därför troligt att relativt stora skador redan skett vid ankomsten. Det är också tveksamt om det är möjligt att närma sig en fullt utvecklad brand p.g.a. den intensiva värmestrålningen eller att det ens är meningsfullt att närma sig brandhärden för räddnings- och brandbekämpande åtgärder (det finns inga människoliv att rädda i den zonen). Om räddnings- eller brandbekämpande insatser ska göras bör de ske i skydd genom invändig insats i vagn. Alternativen är att begränsa branden eller att låta den brinna ut, utan brandbekämpande åtgärd. I det senare fallet är av naturliga skäl risken för räddningsmanskapets säkerhet liten, eftersom ingen insats görs. Baserat på ovanstående resonemang dras följande slutsats: Vid insats är nedfall p.g.a. spjälkning och vidhäftningsbrott samt avlossning från berget några av många risker. Det kan, oavsett inblandning av polypropylenefibrer, inte ges garantier mot risk för nedfall vid insats. Vid tidig insats (inom 20 min) bedöms dock riskerna för räddningsmanskapets säkerhet vara mycket små om brandbekämpning sker på ett avstånd större än 10-15 m från brandens centrum (direkt flampåverkan). Vid sen insats bedöms det inte vara aktuellt med livräddning inom det område där risk för nedfall föreligger. Om insats skall ske inom område med risk för nedfall bör den utföras i skydd genom invändig insats i vagn. Därför bedöms inte särskilda brandskyddande åtgärder med hänsyn till räddningsmanskapets säkerhet vara motiverade. rap-08-02 16 (35)

4.3.3 Ovanstående slutsats gäller oberoende av brandskyddskategori enligt avsnitt 4.1. 4.3.4 Kollaps Enligt BV Tunnel skall det bärande huvudsystemet förhindras att kollapsa (se avsnitt 3.1.2). Brandskyddskategori 1 Bärande huvudsystem för tunnlar i Brandskyddskategori 1 (se avsnitt 4.1) bedöms inte kollapsa i samband med brandpåverkan enligt dimensionerande brandbelastning. Därför behövs ingen brandteknisk dimensionering eller utformning av brandskyddande åtgärd med hänsyn till kollaps på dessa tunnelsträckor. Brandskyddande åtgärder med hänsyn till nedfall i samband med utrymning och räddningsinsats behöver heller inte göras, se avsnitten 4.3.1 och 4.3.2 för dessa tunnelsträckor. Brandskyddskategori 2 Allmänt För tunnlar i Brandskyddskategori 2 (se avsnitt 4.1) kan det bärande huvudsystemet förväntas att kollapsa vid brandpåverkan enligt dimensionerande brandbelastning om inte brandskyddande åtgärder vidtas. Tunnelsträckor i Brandskyddskategori 2 kan förväntas bli permanent bergförstärkta med antingen en platsgjuten betongkonstruktion, en stålfiberarmerad sprutbetongkonstruktion eller med en kombination av bergbultar och stålfiberarmerad sprutbetong i samverkan. Bergförstärkande betongkonstruktioner i Bransdskyddskategori 2 skall vara förhindrade att spjälka (se avsnitt 3.2.2). Spjälkning kan förhindras/reduceras genom att antingen blanda in polypropylenefibrer eller genom att isolera betongytan så att temperaturer vilka orsakar spjälkning inte uppstår. Enligt utförda brandtester inom projekt Citybanan (se avsnitt 4.2) kunde spjälkning i sprutbetong förhindras vid en inblandning av 2 kg/m 3 polypropylenefibrer i betongen. I projekt Hallandsås fick man begränsad spjälkning vid provning av sprutbetong vid en inblandning av 1-1,5 kg/m 3 polypropylenefibrer. Gemensamt för olika provningar utförda på sprutbetong är att det är svårt att i förväg kunna avgöra vilken halt polypropylenefibrer som behövs för att erhålla ett visst motstånd mot spjälkning. Detta indikerar att spjälkningsbenägenheten för sprutbetong beror på ett antal faktorer som är svåra att styra. Erforderlig mängd polypropylenefibrer för att förhindra spjälkning i platsgjuten betong har inte testats inom projekt Citybanan, inte heller vid vilken temperatur som spjälkning börjar inträffa. Inom projekt Citytunneln i Malmö utfördes år 2003 brandtester för 6 olika betongrecept för gjuten betong. Gemensamt för dessa recept var att vct=0,35. För tre av recepten blandade man in 2 kg/m 3 polypropylenefibrer. Brandtesterna utfördes på armerade provplattor av dimensionerna 1800 x 1200 x 400 mm och enligt en för Citytunneln i Malmö definierad temperatur-tid-kurva, se Figur 4-1. Brandkurvan för Citytunneln avviker något från de standardiserade kurvorna som redovisas i avsnitt 3.1.2. Proverna omfattade två provplattor för varje betongrecept. Brandtesterna utfördes vid SP i Borås och finns avrapporterade i rap-08-02 17 (35)

sin helhet i en provningsrapport (SP, 2003). Resultaten från brandtesterna utan inblandning av polypropylenefibrer i betongen indikerar att spjälkning börjar inträffa efter ca 10-16 minuter. Proverna med inblandning av polypropylenefibrer börjar spjälka efter ca 11-28 minuter. Proverna utan polypropylenefibrer spjälkade i regel så mycket att armeringen blev synlig och därmed exponerad för branden, medan detta inträffade för endast ett av sex prover som hade inblandning av polypropylenefibrer. Av brandtesterna som utförts på gjuten betong för Citytunneln i Malmö kan man dra följande slutsatser: spjälkning inträffade tidigast efter ca 10 minuter vid provning enligt brandkurvan definierad för Citytunneln i Malmö spjälkning inträffade oberoende av om polypropylenefibrer tillsatts eller inte inblandning av polypropylenefibrer begränsade spjälkningen (men förhindrade inte att den påbörjas). betongens sammansättning verkar ha stor inverkan på betongens benägenhet att spjälka. Den första slutsatsen innebär att spjälkningen påbörjades som tidigast då branden uppnått en temperatur motsvarande minst ca 500-600 C för provade betongrecept. Den andra slutsatsen innebär att inblandning av polypropylenefibrer inte förhindrade spjälkning från att inträffa, vilket är ett krav inom Citybanan för bärande betongkonstruktioner (se avsnitt 3.2.2). Ovanstående innebär att det enda säkra sättet att förhindra spjälkning av betong/sprutbetong är att isolera betongytan/sprutbetongytan så att temperaturer som orsakar spjälkning inte uppstår. Figur 4-1 Dimensionerande brandkurva för Citytunneln i Malmö. rap-08-02 18 (35)

Förutom förhindrande av spjälkning skall sprutbetong- och betongkonstruktioner i Brandskyddskategori 2 skyddas mot temperaturinträngning i enlighet med de villkor som anges i avsnitt 3.2.2. Dessa kan sammanfattas enligt: 1. betongtemperaturen i höjd med bärande armering skall vara 300 C 2. betongtemperaturen skall vara 400 C, annars måste tryckt betong borträknas från bärförmågan. 3. skjuvarmering i form av byglar som omsluter stänger i borträknad tryckt betong får medräknas men reduktionen i hållfasthet skall beaktas. För Citytunneln i Malmö uppstod (enligt provningarna redovisade ovan) spjälkning tidigast då temperaturen uppnått ca 500 C i gjuten betong, medan provningarna utförda på sprutbetong inom projekt Citybanan indikerade spjälkning tidigast vi ca 700 C. Detta innebär att om platsgjutna betongkonstruktioner eller sprutbetongkonstruktioner isoleras så att temperaturinträngningskraven enligt ovan uppfylls (< 400 C i betongytan och < 300 C i höjd med armeringen) bör även spjälkning kunna förhindras med relativt god marginal, även om fukthalt, betongrecept, etc varierar. Isolering av betong- eller sprutbetongkonstruktioner kan principiellt utföras på två olika sätt: med separat isoleringsskikt varvid den bergförstärkande betong- eller sprutbetongkonstruktionen inte behöver innehålla polypropylenefibrer utan separat isoleringsskikt varvid den bergförstärkande betong- eller sprutbetongkonstruktionen måste innehålla polypropylenefibrer. Separat isoleringsskikt kan utföras med stålfiberarmerad sprutbetong med tillräcklig inblandning av polypropylenefibrer eller någon form av isoleringsskiva, typ Promatect T, eller likvärdigt. Vid utförande utan separat isoleringsskikt integreras isoleringskiktet i konstruktionen, vilket innebär att konstruktionen måste överdimensioneras med en viss tjocklek. För Citybanan föreslås att stålfibrerna i en bergförstärkande sprutbetong betraktas som bärande armering. Eftersom fibrerna existerar i hela tvärsnittet (även ute vid betongytan) innebär detta att temperaturen i betongytan skall vara 300 C, enligt villkor 1 ovan. rap-08-02 19 (35)

Nedan ges några exempel på hur betong- och sprutbetongkonstruktioner i Brandskyddskategori 2 principiellt kan utformas och vilka dimensioneringsvillkor och krav som skall uppfyllas i samband med dimensionering och utförande med hänsyn till brandpåverkan. De konstruktionstyper som tas upp är: 1. armerad platsgjuten betongkonstruktion med separat isoleringsskikt 2. armerad platsgjuten betongkonstruktion utan separat isoleringsskikt 3. stålfiberarmerad sprutbetongkonstruktion med separat isoleringsskikt 4. stålfiberarmerad sprutbetongkonstruktion utan separat isoleringsskikt 5. bultar och stålfiberarmerad sprutbetong i samverkan med separat isoleringsskikt 6. bultar och stålfiberarmerad sprutbetong i samverkan utan separat isoleringsskikt. Armerad platsgjuten betongkonstruktion med separat isoleringsskikt Utgångspunkten vid dimensionering och utformning av en platsgjuten armerad betongkonstruktion med hänsyn till brandpåverkan är att den efter branden skall vara opåverkad. Detta innebär att den dels måste skyddas mot spjälkning, dels mot temperaturinträngning. I Figur 4-2 redovisas principen för dimensionering och utformning av en armerad betongkonstruktion med separat isoleringsskikt. Vid uttag av berget installeras oftast någon form av temporär förstärkning i form av t.ex. bultar och stålfiberarmerad sprutbetong. Därefter byggs den armerade betongkonstruktionen, vilken dimensioneras för aktuella laster. Ytterst installeras ett isoleringsskikt. Isoleringsskiktets funktion är att skydda betongkonstruktionen både mot spjälkning och mot temperaturinträngning. Den armerade betongkonstruktionen behöver inte innehålla polypropylenefibrer om temperaturen i ytan på betongen är lägre än den som orsakar spjälkning. Om betongkonstruktionen isoleras så att temperaturinträngningsvillkoren T 400 C uppfylls i betongytan och T 300 C i höjd med armeringen (se Figur 4-2) får såväl kravet på förhindrande av spjälkning som kravet på temperaturinträngning i den bergförstärkande betongkonstruktionen anses vara uppfyllda (jfr ovan redovisade provningar). rap-08-02 20 (35)

Temporär bergförstärkning (Bultar + stålfiberarmerad sprutbetong) Isolerande skikt av t.ex. stålfiberarmerad sprutbetong med PP-fibrer, isoleringsskiva typ Promatect T, eller likvärdigt Förankring T 300 C i höjd med armeringen T 400 C i ytan på betongen Armerad platsgjuten betongkonstruktion utan PP-fibrer d i Figur 4-2 Princip för dimensionering och utformning av armerad betongkonstruktion med separat isoleringsskikt. Det isolerande skiktet kan utgöras av t.ex. stålfiberarmerad sprutbetong med tillräcklig inblandning av polypropylenefibrer, isoleringsskiva typ Promatect T, eller likvärdigt. Tjockleken på det isolerande skiktet (d i ) dimensioneras med hjälp av temperaturinträngningsberäkningarna som redovisas i Bilagorna 1, 2a och 2b så att temperaturinträngningsvillkoren enligt ovan uppfylls. Om det isolerande skiktet utgörs av sprutbetong används diagrammet i Bilaga 1 och om det utgörs av något annat material utnyttjas Bilaga 2a eller 2b beroende på vilken dimensionerande brand som är tillämplig för aktuellt utrymme. Sprutbetong som används som isolerande skikt får inte tillgodoräknas i det bärande huvudsystemets bärförmåga eftersom den kommer att utsättas för temperaturer över temperaturvillkoren i händelse av brand, d.v.s. dess bärförmåga skall anses gå förlorad i samband med brand. Sprutbetongsammansättning, inklusive halt polypropylenefibrer som behövs för att innehålla krav mot spjälkning, bestäms i samband med förundersökning (se avsnitt 5.4). Isoleringsskiktet skall (oberoende av material) förankras i den bakomliggande betongkonstruktionen. Avståndet mellan förankringspunkter dimensioneras med hänsyn till tryck- och sugkrafter p.g.a. tågrörelser. Vidhäftning mellan isoleringsskikt av sprutbetong och bakomliggande betongkonstruktion skall förutsättas vara noll. rap-08-02 21 (35)

Armerad platsgjuten betongkonstruktion utan separat isoleringsskikt Figur 4-3 visar principen för dimensionering och utformning av en armerad platsgjuten betongkonstruktion utan separat isloeringsskikt. Då inget separat isoleringsskikt appliceras för denna konstruktionstyp måste isoleringsskiktet integreras i konstruktionen. Detta innebär att betongen i hela konstruktionen måste innehålla polpropylenefibrer. För att förhindra spjälkning och skydda den bärande delen av konstruktionen överdimensioneras konstruktionen med tjockleken med en viss tjocklek (d i ) så att temperatur inträngningsvillkoren (T 400 C på avståndet d i från betongytan och T 300 C i höjd med armeringen) uppfylls. Dimensioneringen av erforderlig tjocklek (d i ) utförs med hjälp av temperaturinträngningsberäkningarna i Bilaga 1. Det isolerande skiktet får inte inräknas i betongkonstruktionens bärförmåga. Betongsammansättning, inklusive halt polypropylenefibrer som behövs för att innehålla krav mot spjälkning, bestäms i samband med förundersökning. Temporär bergförstärkning (Bultar + stålfiberarmerad sprutbetong) T 300 C i höjd med armeringen T 400 C på avståndet d i från betongytan Armerad platsgjuten betongkonstruktion med PP-fibrer d i Figur 4-3 Princip för dimensionering och utformning av armerad betongkonstruktion utan separat isoleringsskikt. rap-08-02 22 (35)

Stålfiberarmerad sprutbetongbetongkonstruktion med separat isoleringsskikt Vid dimensionering och utformning av en sprutbetongkonstruktion med hänsyn till brandpåverkan är utgångspunkten att sprutbetongkonstruktionens bärförmåga skall vara opåvekad efter branden. Liksom platsgjutna betongkonstruktioner måste sprutbetongkonstruktioner då skyddas mot både spjälkning och temperaturinträngning. Vid utformning av en sprutbetongkonstruktion med isoleringsskikt, se Figur 4-4, appliceras ett isoleringsskikt utanpå den bergförstärkande stålfiberarmerade sprutbetongkonstruktionen. Den bergförstärkande stålfiberarmerade sprutbetongen behöver inte innehålla polypropylenefibrer för att förhindra spjälkning om temperaturen i ytan på den bergförstärkande sprutbetongen är lägre än den som orsakar spjälkning (ca 700 C enligt de provningar som utförts inom Citybanan, se avsnitt 4.2). Eftersom den bergförstärkande sprutbetongen innehåller stålfibrer (armering) vilka kan förväntas vara jämnt fördelade i tvärsnittet, dimensioneras tjockleken på isoleringsskiktet (d i ) så att temperaturen i sprutbetongytan är 300 C. Detta innebär dels att temperaturvillkoret (400 C) då sprutbetongen anses förlora sin bärförmåga är uppfyllt, dels att marginalen för spjälkning i den underliggande sprutbetongen kan anses vara god. Temporär bergförstärkning (Bultar + stålfiberarmerad sprutbetong) Isolerande skikt av t.ex. stålfiberarmerad sprutbetong med PP-fibrer, isoleringsskiva typ Promatect T, eller likvärdigt Förankring Stålfiberarmerad sprutbetongkonstruktion utan PP-fibrer T 300 C i ytan på den stålfiberarmerade betongkonstruktionen d i Figur 4-4 Princip för dimensionering och utformning av stålfiberarmerad sprutbetongkonstruktion med separat isoleringsskikt. Liksom för platsgjuten betongkonstruktion kan isoleringsskiktet utgöras av olika typer av material, t.ex. stålfiberarmerad sprutbetong med tillräcklig inblandning av polypropylenefibrer isoleringsskiva typ Promatect T, eller likvärdigt. rap-08-02 23 (35)

Tjockleken på det isolerande skiktet (d i ) dimensioneras med hjälp av temperaturinträngningsberäkningarna i Bilaga 1, 2a eller 2b. Det isolerande skiktet får inte inräknas i sprutbetongkonstruktionens bärförmåga. Sprutbetongsammansättning, inklusive halt polypropylenefibrer som behövs för att innehålla krav mot spjälkning, bestäms i samband med förundersökning (se avsnitt 5.4). Isolerande skikt av isoleringsskiva (typ Promatec T, eller likvärdigt) skall förankras i den bakomliggande sprutbetongkonstruktionen. Avståndet mellan förankringspunkter dimensioneras med hänsyn till tryck- och sugkrafter p.g.a. tågrörelser. Isoleringsskikt av sprutbetong får anses ha tillräcklig vidhäftning utan att speciell förankring anordnas, under förutsättning att sprutbetongytan rengörs noggrant före applicering. Stålfiberarmerad sprutbetongbetongkonstruktion utan separat isoleringsskikt Figur 4-5 visar principen för utformning av en stålfiberarmerad sprutbetongkonstruktion utan separat isoleringsskikt. Eftersom inget separat isoleringsskikt appliceras måste skyddet mot spjälkning och temperaturinträngning anordnas integrerat inom konstruktionen. I detta fall måste sprutbetongkonstruktionen därför förses med polypropylenefibrer samt överdimensioneras så att temperaturen på avståndet d i från sprutbetongytan inte överstiger 300 C. Dimensioneringen görs med hjälp av temperaturinträngningsberäkningarna i Bilaga 1. Det isolerande skiktet får inte inräknas i sprutbetongkonstruktionens bärförmåga. Sprutbetongsammansättning, inklusive halt polypropylenefibrer som behövs för att innehålla krav mot spjälkning, bestäms i samband med förundersökning (se avsnitt 5.4). Temporär bergförstärkning (Bultar + stålfiberarmerad sprutbetong) d i T 300 C på avståndet d i från sprutbetongytan Stålfiberarmerad sprutbetongkonstruktion med PP-fibrer Figur 4-5 Princip för dimensionering och utformning av stålfiberarmerad sprutbetongkonstruktion utan separat isoleringsskikt. rap-08-02 24 (35)