Ökad brandsäkerhet vid tunnelbyggnation Haukur Ingason, SP
2 MSB:s kontaktpersoner: Sören Lundström, 010-240 53 36 Publikationsnummer MSB296 juli 2011
3 Förord Detta är en populärversion av resultaten från forskningsprojektet Olyckshantering i undermarksanläggningar under byggnation. Forskningsprojektet har genomförts under ledning av Haukur Ingason, Sveriges tekniska forskningsinstitut. Projektet har finansierats av MSB, Myndigheten för Samhällsskydd och Beredskap. Sören Lundström har varit MSB:s kontaktperson för projektet. Fokus för forskningsprojektet har varit brandsäkerhet i tunnlar under byggnation. Projektresultaten visar att konsekvenserna av en brand under byggnation kan bli omfattande i form av personskador och egendomsskador såväl som i form av miljöproblem. Detta faktum ställer stora krav på kunskap om åtgärder som kan bidra till att förhöja säkerheten i tunnelbyggen under byggnation. För dig som vill fördjupa dig i projektresultaten finns en sammanställning över de rapporter och skrifter som projektet mynnat ut i längst bak i denna sammanfattning.
4 Innehållsförteckning 1. Brandsäkerheten i tunnlar under byggnation kan förbättras...5 2. Före eller efter genombrottet viktigt...5 3. Kunskap begränsad om brand i arbetsfordon...6 4. Utrymning är viktig...7 5. Räddningstjänstens insatssituation besvärlig...8 6. Rekommendationer för att höja brandsäkerheten...10 7. Skrifter framtagna inom projektet...12
5 1. Brandsäkerheten i tunnlar under byggnation kan förbättras En tunnel under byggnation utgör under lång tid arbetsplatsen för många människor. Ett flertal bränder har inträffat och orsakat förluster och skador på människor, utrustning och själva tunnelstrukturen. Olyckornas omfattning har berott på brandens position och intensitet, räddningstjänstens möjlighet till information och förberedelse samt deras resurser i form av personal och utrustning. Man tar inte alltid hänsyn till de risker som finns för personal som arbetar under olika skeden av byggprocessen. Även riskerna för insatspersonal kan under byggnation kraftigt avvika från situationen i en färdigbyggd anläggning. Projektet har innefattat litteraturstudier, analyser av olyckor och regelverk, beräkningar, försök i liten och stor skala samt insatsövningar tillsammans med räddningstjänsten. Flera arbetsplatser har besökts, exempelvis Norra Länken i Stockholm, en avloppstunnel mellan Partille och Lerum, Hallandsåstunneln i Skåne, Onkalo i Finland där framtidens lagringsstation för kärnkraftsbränsle byggs samt Citybanan i Stockholm. Ett av de viktigaste målen med besöken var att kartlägga problemställningen kring utrymning under pågående byggnation, identifiera typiska utrymningscenarier, analysera personsäkerhet med avseende på utrymning och räddningstjänstens insatssituation. 2. Före eller efter genombrottet viktigt Vi har identifierat flertalet områden som kan förbättras och utvecklas vidare. Den enskilt viktigaste punkten är om en brand inträffar i fasen före eller efter genomslaget eller genombrottet. Det påverkar både brandförlopp, utrymningsmöjligheter och möjligheterna att göra en räddningsinsats. Brandförloppet beror till en stor del på ventilationsförhållandena. Ventilationen före genomslaget består av mekanisk miljöventilation och efter genomslaget domineras den av naturlig ventilation. Miljöventilationen transporterar frisk luft via ventilationsrör av plast fram till arbetsplatsen där man borrar eller spränger (stuffen). Den luften i sin tur transporteras tillbaka från arbetsplatsen till tunnelingången. Generellt kan man säga att en låg ventilation minskar brandens intensitet och att en hög ventilation ökar intensiteten. De modellskaleförsök som genomfördes inom projektet visar att om branden sker före genomslaget och den är för liten (några MW) orkar den inte alltid sätta igång den luftrörelse som krävs för att underhålla branden. Konsekvensen blir att branden minskar i intensitet och slutligen slocknar på grund av de inerta förbränningsprodukterna som återcirkulerar till branden. Storleken på arbetstunneln före genomslaget (längd, lutning, tvärsnitt) är också betydelsefull för hur branden utvecklas. Efter genomslaget styrs luftflödet av tunnlarnas längd, lutning och temperaturskillnader mellan inne och ute. Även yttre vind kan påverka luftflöden inne tunnlarna. Höjdskillnaden mellan
6 mynning/ar och brandplats samt avstånd har betydelse för hur branden utvecklas. Betydelsen av detta är störst efter genomslaget. 3. Kunskap begränsad om brand i arbetsfordon Det saknas kunskap om brandutveckling i arbetsfordon för byggnation av tunnlar. Det finns nästan inga dokumenterade fullskaleförsök genomförda. Därför genomfördes försök med hjullastardäck. Försöket finansierades delvis av projektet, LKAB, SKB samt projektet GRUVAN vid Mälardalens Högskola som var finansierat av KK-stiftelsen. Avsikten var att kartlägga hur snabbt ett däck brinner och hur mycket rök som produceras. Erfarenheten visar att den vanligaste brandorsaken härrör från tekniska fel såsom läckage av oljor (hydraul- eller motoroljor) som träffar heta ytor. Det leder till en snabb initial brandutveckling och beroende på förutsättningarna och placering av den uppkomna branden kan branden utvecklas till en mer allvarlig incident. Härvid kan en brand i ett däck spela stor roll då mycket energi utvecklas. Genom beräkningar och analyser har vi kunnat ta fram ett antal brandutvecklingskurvor för olika arbetsfordon, men den kunskapen behöver verifieras genom fullskaleförsök. Vi föreslår att dimensionerande brand vid borrning och sprängning är en dumper eller två personbilar. Vi har kunnat konstatera att bussar utan sprinkler generar den svåraste branden och därför föreslår vi att de måste de vara sprinklade oavsett om de finns i tunnelsystemet före eller efter genomslaget. Genomförda försök visar att ett hjullastardäck brinner som en personbil med högsta brandeffekt på 3 MW, vilket motsvarar ungefär 0,2 MW/m2 exponerad yta. Branden i ett hjullastardäck blir som intensivast efter en och en halv timme; varaktigheten var drygt 2,5 timmar. Andelen strålning från den totala brandeffekten från hjullastardäcket låg på ungefär 25 %. Europiska föreskrifter tillåter 50 m fritt exponerad plastisolering i tak utan några speciella brandtekniska åtgärder och mellan 50 m till 150 m krävs rigida brandskyddsåtgärder. Tyvärr går det inte att förebygga eller minska konsekvenserna av en sådan brand. Stor försiktighet och god tillgång till släckutrustning rekommenderas. Tunnelbesöken visar att förekomsten av lagring av brännbart material under jord varierar mellan olika arbetsplatser. Om vi antar att det lagrade brännbara materialet inte får generera en brand som är högre än 12 MW, vilket är jämförbart med en dumperbrand, motsvarar det en brandyta på 25 m2. Denna kunskap kan ge vägledning kring hur mycket lagrat material man ska tillåta i tunnlarna.
7 4. Utrymning är viktig Utrymningssituationen är avgörande för de som arbetar i tunnlar under byggnation. Det råder olika uppfattningar kring behovet av räddningskammare. I vissa projekt väljer man bort dem och förlitar sig på utsprängda utrymningsvägar. Beräkningar visar att beroende på om det är före genombrottet eller efter genombrottet så skiljer utrymningsmöjligheterna avsevärt. Vid en brand i stuffen, där arbetsmaskinen står längst in i en tunnel före genombrottet, så finns möjlighet att ta sig ut om man reagerar snabbt. Det krävs att man kan utrymma med en hastighet som är högre än den hastighet röken sprids med. Den hastigheten är i huvudsak beroende av hastigheten med vilken återluften för miljöventilationen förflyttar sig i tunneln, i de fall då ventilationen är påslagen under utrymningsförloppet. Projektet visar att det är viktigt att personer som vistas i tunneln är medvetna om objektets utrymningsstrategi och dess utrymningsmöjligheter. I tunnlar under byggnation gäller alltid i första hand självutrymning ut till det fria eller till säker flyktplats. För att hinna utrymma innan kritiska förhållanden uppstår krävs att alla som vistas i tunneln har nödvändig kunskap för att snabbt ta ett beslut om lämpligaste utrymningsväg. För att en effektiv utrymning vid brand ska kunna genomföras är tidig larmgivning och order om utrymning avgörande. Med hänsyn till osäkerheten var personalen befinner sig i förhållande till brand, utrymnings väg/räddningskammare och stuff är bästa alternativet i de flesta fall att stänga av miljöventilationen. Högre lufthastighet kan visserligen i vissa fall förbättra sikten och den toxiska miljön om man tvingas utrymma i en rökfylld miljö, men samtidigt ökar risken eftersom detta kan innebära att brandens intensitet ökar och brandgaserna snabbare sprids i tunnelns längdriktning. Med fördel kan stängningen av ventilationen samordnas med signal för utrymning, alternativt i samråd med räddningstjänsten. De parametrar som har stor inverkan på utrymningen är brandförloppet och tunnelns tvärsnitt. Kritiskt avstånd till säker plats/flyktplats är således framför allt beroende på storleken på tunneltvärsnittet. Det betyder till exempel att räddningskammarens/räddningsvägens maximala avstånd från arbetsplatsen kan anpassas efter storleken på tunneltvärsnittet. Det innebär att ett mindre tvärsnitt kräver kortare avstånd, medan ett större tvärsnitt kan tillåta att avståndet ökas. De avstånd som diskuteras i AFS2010:1 är 200 300 m, medan i Norra Länkenprojektet i Stockholm används 150 m. Tunnelbesöken visar att personalen i första hand ska använda fordon vid transport i tunnlarna. Alla fordon ska ställas upp så att de är omedelbart
8 tillgängliga för effektiv utrymning. Det är viktigt med tydliga instruktioner och ett enat handlingssätt vid nödlägen. En överenskommelse om vilket språk man skall använda vid ett nödläge är också viktigt. Vi har kunnat konstatera att olika entreprenadformer kan påverka utrymningssituationen. Vid delade entreprenader har beställaren det fulla ansvaret för att planera och samordna säkerheten. Byggherren har dock vid alla entreprenadformer det övergripande ansvaret att se till att säkerheten är tillfredsställande. 5. Räddningstjänstens insatssituation besvärlig Projektet visar att insats- och utrymningsövningar likaväl som scenariospel är en viktig del i säkerhetsarbetet. Vi fann att olika entreprenadformer kan påverka utrymningssituationen genom faktorer som attityder, språkkunskaper och motivation kring säkerhetstänkande. Räddningstjänsten och de utrymmande kan ibland inte nå varandra, oberoende av om de utrymmande försöker ta sig ut eller stannar i räddningskammare. Då krävs att man planerar på sådant sätt att personal alltid på egen hand kan nå säker plats inom ett givet avstånd. De parametrar som har störst inverkan på möjligheterna till och utfallet av räddningstjänstens insats är brandförloppet och om branden inträffar i fasen före eller efter genomslaget. Det är viktigt att räddningsledaren har tillgång till korrekt information vid en inträffad brand. Det är mycket värdefullt om en person med ingående kunskap om arbetsplatsen kan fungera som sambandsman mellan räddningstjänsten och den övriga organisationen. Denna person bör ha befogenheter att kunna ta viktiga beslut vid en krissituation. Insatsplaneringen bör ske i samverkan mellan beställaren, entreprenören och räddningstjänsten. Någon namngiven person bör vara huvudansvarig för att ritningar och uppgifter alltid hålls aktuella. Vid tunnelbyggnationer kan många entreprenörer vara inblandade i samma eller parallella entreprenader. Löpande samverkan och samövning mellan entreprenörer är viktigt för att tydliggöra de enskilda entreprenörernas ansvar. Samövning bör även ske med räddningstjänst, ambulans och polis. Insats- och utrymningsövningar kan med fördel samordnas. Scenariospel är ett bra verktyg för att öva ledningsfunktioner, såväl inom den egna organisationen som för räddningstjänsten. Övningar ska ske för att organisationen och enskilda ska få nödvändiga kunskaper att hantera den uppkomna situationen och för att brister ska upptäckas innan ett skarpt läge uppstår. Målet med en övning ska vara tydligt definierat och inte endast vara att övningen genomförs. Åtgärdslistor för upptäckta brister ska tidsättas och organisatoriska åtgärder följas upp.
9 Riktningen på brandgaserna avgör i de flesta fall räddningstjänstens angreppsväg och räddningsinsatsens taktiska inriktning. Ventilationen kan många gånger användas som en taktisk resurs vid en räddningsinsats i en tunnel. Vid tunnlar under byggnation, innan genomslaget, finns dock mycket små möjligheter att påverka brandgaserna. Det finns ett behov att diskutera vilka delar ur AFS 2007:07 Rök- och kemdykning, som är tillämpbara för den komplexa miljö tunnlar innebär. AFS:en finns till för att reglera så att brandmännens arbetsmiljö är säker. Dock tar AFS 2007:07 inte hänsyn till utgången av räddningsinsatsen. Vissa av de krav som ställs i AFS 2007:07 gör i praktiken räddningsinsats omöjlig i vissa miljöer och situationer. Försök inom ramen för projektet har visat på alternativ utrustning, exempelvis lyslina, i vissa fall ger en bättre säkerhet och bättre möjligheter att genomföra räddningsinsatsen. De genomförda försöken visar på ett behov att vidare undersöka alternativa metoder för räddningsinsatser i tunnlar. Utformningen av dessa försök bör ske parallellt med diskussionen om AFS 2007:07. När räddningsledaren tar beslut om hur räddningsinsatsen ska utformas är den viktigaste parametern huruvida personer fortfarande befinner sig inne i tunneln eller inte och vilka resurser som behövs för att försöka att undsätta dessa personer. Det är av yttersta vikt att personantalet är säkerställt, oberoende om ett manuellt eller automatiskt loggningssystem används. Räddningsledaren behöver också korrekta uppgifter på eventuella fordon som befinner sig i närheten av branden, i vilken mängd brandfarlig eller brännbara vätskor finns på fordonen och vilka övriga risker som finns nära brandplatsen eller i insatsvägen. Exempelvis kan experthjälp behövas för att bestämma eventuella försvagningar av tunnelkonstruktion i händelse av brandpåverkan. Fordon och exempelvis gasflaskor kan med fördel också taggas för att automatiskt registreras om ett sådant system finns på arbetsplatsen. Räddningstjänsten kan inte göra en fullgod insats om tät toxiskt rök har hunnit spridas över ett längre avstånd mellan rökdykarinsatsens nollpunkt och räddningsplatsen. Det måste påpekas att detta avstånd kan variera beroende på omständigheterna vid den aktuella insatsen. Nollpunkten är den plats där rökdykning beräknas börja, och räddningsplatsen är den plats där personer som behöver hjälp befinner sig. Den baspunkt som etableras vid rökdykning i tunnel kan ligga utanför tunnelmynningen medan inträngning i tät rök i vissa fall kan ske först längre in i tunneln. En diskussion om nollpunkten och dess definition bör föras vidare. Om tät rök har hunnit spridas mer än 200 m när räddningstjänsten börjar sin insats är möjligheterna att nå branden inom rimlig tid begränsade med de metoder, den utrustning och de föreskrifter som finns nationellt idag.
10 För att kunna utföra effektiva räddningsinsatser i tunnlar, speciellt i tunnlar under byggnation måste hjälpmedel utvecklas för att underlätta transport av utrustning in i tunneln och eventuell borttransport av skadade ut ur tunneln. När värmekamera används i tunnlar under byggnation, där värmeskillnaderna mellan exempelvis golv och väggar kan vara små och det kan saknas värmereferenspunkter i form av installationer och belysning, kan nyttan av värmekameran vara lägre än i andra tunnlar. 6. Rekommendationer för att höja brandsäkerheten Utgående från resultaten i projektet har ett antal rekommendationer utarbetats: Obligatoriskt krav på automatiska släcksystem i förarhytter, och motorrum på bemannade lastmaskiner, och i motorrum i bussar med besökare. Man ska använda brandsäker hydraulolja i stationära arbetsfordon. Det finns provningsmetoder för att identifiera denna typ av hydrauloljor. Bussar med besökare ska ej förekomma i tunnlar om bussen inte är utrustad med automatiskt släcksystem i motorrummet. Antalet besökare bör anpassas till tillgänglig plats i räddningskammare. Personalen ska i första hand använda fordon vid transport i tunnlarna. Alla fordon ska ställas upp så att de är omedelbart tillgängliga för effektiv utrymning. Flyktmask bör betraktas som personlig skyddsutrustning. Som huvudstrategi ska man stänga av ventilationen vid larm om man har en räddningskammare eller utrymningsväg i närheten av branden. Räddningskammare ska placeras på givet avstånd från arbetsplatsen beroende på storleken på tunneltvärsnittet. System för kommunikation och larmsignal för utrymning ska finnas tillgänglig i varje arbetslag och vara enkelt att använda. Därutöver ska fasta platser finnas för larmgivning var 75:e meter, förslagsvis vid brandvattenuttagen. Man bör planera för att det i samband med brand kan förekomma behov av andra typer av räddningsuppdrag. t.ex. losstagning av fastklämd person och lyft av rasmassor. En handbok för entreprenörer som innehåller baskunskap och baskoncept gällande den totala säkerheten vid brand från systematiskt
11 brandskyddsarbete, till utförande av övningar, beredskap, insatsplanering och krishantering bör utvecklas. Man kan tillåta 50 m fritt exponerad plastisolering i tak utan några speciella brandtekniska åtgärder, dock måste minst 2st 6 kg pulversläckare finnas vid arbetsplatsen. Mellan 50 m och 150 m krävs speciella brandskyddsåtgärder (vakt, minst fyra 6 kg pulverhandbrandsläckare utplacerade vid arbetsplatsen). Lagring av brännbart material under jord får inte överstiga det material som man använder under ett skift, dock högst 25 m2 exponerad yta (den yta som är frilagd vid brand). Om lagringsytan blir högre än 25 m2, bör speciella brandtekniska åtgärder införas, till exempel täcka det lagrade brännbara materialet med obrännbar duk eller något motsvarande. Dessa rekommendationer kan användas av beslutsfattare och regelskrivare för att förbättra brandsäkerheten i tunnlar under byggnation.
12 7. Skrifter framtagna inom projektet Ingason, Lönnermark, Frantzich, Kumm, SP Rapport 2010_83, Fire incidents during construction work of tunnels Ingason, Hammarström, SP Rapport 2010_64, Fire test with a front wheel loader rubber tyre Lönnermark, Hugosson, Ingason, SP report 2010_86, Fire incidents during construction work of tunnels - Model scale experiments Kumm, Andreasson, Mälardalens högskola, Insatsövning Hallandsåstunneln 081107 Kumm, Mälardalens högskola, Rescue operations during construction of tunnels a study of the fire and rescue services possibilities and their interaction with the tunnel contractor
13 Myndigheten för samhällsskydd och beredskap 651 81 Karlstad Tel 0771-240 240 www.msb.se Publ.nr MSB296- juli 2011