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1 Einleitung
Veranlasst durch die letzten schweren Brandkatastrophen sowie auf der Grundlage der Betriebserfahrung der letzten 15 Jahre und der Analyse der Brandversuche bzw. der Brandereignisse werden in Deutschland und in einer Reihe von Nachbarstaaten die Richtlinien, die sich mit der Sicherheitsausstattung und dem Betrieb von Straßentunneln belassen, überarbeitet, mit dem Ziel, die Sicherheit für die Nutzer zu erhöhen und das latente Restrisiko zu vermindern.
Sicherheitsrisiken werden teilweise auf ein geändertes Fahrverhalten im Tunnel zurückgeführt. Tunnel umschließen den gesamten Fahrraum, so dass die gewohnten Raumbilder der freien Strecke fehlen. Man fährt durch eine Röhre, einen sowohl in der Höhe als auch in der Breite eng umgrenzten Raum. Im Adaptationsbereich (Übergang freie Strecke-Tunnel) werden die Geschwindigkeiten reduziert und die Fahrzeugabstände ändern sich. Neben diesem Aspekt können aber auch Querschnittsreduzierungen gegenüber der freien Strecke zu Sicherheitsrisiken führen. Aus Kostengründen wird in der Regel der auf der freien Strecke bei Richtungsfahrbahnen vorhandene Seitenstreifen oder das bei einbahnigen Straßen vorhandene Bankett in einem Tunnel nicht weitergeführt. Liegenbleiber blockieren, da keine seitlichen Abstellmöglichkeiten gegeben sind, teilweise oder ganz einen Fahrstreifen. Der nachfolgende Verkehr wird durch das Hindernis gefährdet. Es muss zunächst als solches erkannt und davor angehalten bzw. es muss eventuell umfahren werden, wobei kritische Verkehrssituationen nicht auszuschließen sind. Demzufolge treten in Tunneln als häufigste Unfallarten Auffahrunfälle und so genannte Selbstunfälle auf; dies sind Unfälle, bei denen der Fahrer die Gewalt über sein Fahrzeug verloren hat. Allgemein ist die Unfallrate jedoch geringer als auf der freien Strecke.
Die Auswirkungen bei einem Zwischenfall in einem Tunnel sind jedoch erheblicher als auf der freien Strecke. Zugangsmöglichkeiten für die Hilfskräfte und Fluchtmöglichkeiten für die Verkehrsteilnehmer sind nur über vorgegebene Wege möglich, wie durch den Tunnel selbst oder über speziell angelegte Flucht- bzw. Zugangswege. Im Falle eines Brandes kommt erschwerend hinzu, dass sich auch der Rauch und die Temperatur auf diesem Wege ausbreiten.
2 Sicherheit in Straßentunneln
2.1 Sicherheitsstrategie
Sowohl für den Normalbetrieb als auch bei betrieblichen oder verkehrlichen Störungen muss der Tunnelbetreiber dafür Sorge tragen, dass sowohl die Sicherheit der Nutzer als auch des Personals des Betriebsdienstes oder der Ereignisdienste soweit wie möglich gewährleistet ist. Maßgebend für die Sicherheitskonzeption ist der Zeitablauf vom Eintreten bis zum Beheben des Ereignisses. Im Bild 1 ist ein typischer Zeitablauf eines Brandszenarios dargestellt.
Bild 1: Zeitablauf für ein Brandszenario
Aus diesem Ablauf geht hervor, dass zwischen der Brandentstehung und einer effizienten Rauchabführung ca. 5 Minuten vergehen, in denen der Nutzer auf sich selbst gestellt ist. Bis zum Beginn möglicher Löscharbeiten vergehen in der Regel sogar 12 Minuten. Die neuen Sicherheitsstrategien setzen daher an diesem Punkt an. Als ausschließliches Schutzziel ist der Personenschutz mit der Priorität in der Selbstrettungsmöglichkeit, gefolgt von den Fremdrettungsmöglichkeiten definiert. Die Ausstattungselemente, seien sie technischer oder baulicher Art, haben die Aufgabe, die Zeitabläufe und Maßnahmen so zu optimieren, dass eine Selbst- und Fremdrettung möglich sind. Der Bautenschutz tritt im Allgemeinen in den Hintergrund.
2.2 Personenschutz
Im Bild 2 sind die technischen und baulichen Einrichtungen, die entsprechend der neuen Fassung der RABT (Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln) in deutschen Straßentunneln eingesetzt werden sollen, zusammengestellt.
Bild 2: Ausstattungselemente für den Personenschutz
Die wesentlichen Aufgaben sind Folgende:
Die Be- und Entlüftungsanlagen sorgen für ausreichende Luftverhältnisse. Sie müssen in der Lage sein, Rauch, Wärme und toxische Gase aus den Tunneln abzuführen, ohne den Nutzer zu gefährden. Die Beleuchtungsanlage soll dazu dienen, ausreichende Sichtverhältnisse für die Verkehrsteilnehmer zu gewährleisten und im Brandfall möglichst lange eine Orientierung für die Nutzer und die Einsatzkräfte der Ereignisdienste zu ermöglichen. Über die Verkehrsbeeinflussungseinrichtung werden dem Autofahrer durch Ver- und Gebotszeichen Verhaltensvorschritten angezeigt, die zum einen eine sichere Tunneldurchfahrt gewährleisten und zum anderen im Katastrophenfall mit Hilfe einer Sperranlage die Nutzung unterbinden. Kommunikationseinrichtungen wie Notrufstationen, Funkanlagen, Videoüberwachung und Lautsprecheranlagen haben die Aufgabe sowohl eine Verständigung zwischen dem Nutzer und dem Betreiber zu ermöglichen als auch schnelle Lagebeurteilungen und eine Optimierung von Einsätzen durchführen zu können.
Der wesentliche Zweck der baulichen Einrichtungen ist in der Bereitstellung ausreichender Flucht- und Rettungswege für die Phase der Selbstrettung zu sehen. Ehe bei einem Brand die Lüftungsanlage für eine Eingrenzung des Brandgeschehens sorgt und ehe die Feuerwehr mit feuerabwehrtechnischen Maßnahmen beginnen kann, muss die Selbstrettung der gefährdeten Person begonnen und weitgehend abgeschlossen sein.
2.3 Bautenschutz
Beim Bautenschutz kommt es vor allem darauf an, bei hohen und lang anhaltenden Temperatureinwirkungen die Tragfähigkeit des Bauwerks zu erhalten. Hierzu dient die Einhaltung einer bestimmten Feuerwiderstandsklasse. Diese beträgt in der Regel F90, in Ausnahmefällen wie z. B. bei Unterwassertunneln, die wichtige Schifffahrtsstraßen unterqueren F120 oder höher. Des Weiteren werden Entwässerungseinrichtungen zum Ableiten brennbarer Flüssigkeiten vorgesehen, um die Brandlast zu reduzieren.
2.4 Zusammenwirken der Sicherheitsanlagen
Entsprechend der Bedeutung des Tunnels im gesamten Straßennetz werden die oben aufgeführten Ausstattungselemente miteinander kombiniert und ergeben so ein Sicherheitskonzept. Die sicherheitstechnischen Ausstattungselemente werden umfangreicher je bedeutender der Tunnel ist, wobei hier der Begriff „bedeutend“ mit Tunnellänge gleichzusetzen ist (Bild 3).
Bild 3: Zusammenwirken der Sicherheitsanlagen
Man geht davon aus, dass die Wahrscheinlichkeit eines Schadensereignisses und die Gefahr für die Tunnelnutzer mit zunehmender Tunnellänge anwachsen. So erhalten kurze Tunnel (l < 400 m) in der Regel nur einen geringen Teil der sicherheitstechnischen Ausstattung, es sei denn, ein besonderes Erfordernis wird nachgewiesen. Hingegen erhalten längere Tunnel nahezu die gesamte Palette der Ausstattungselemente. Insbesondere sei hier darauf hingewiesen, dass zur Optimierung der Betriebsabläufe und zur Gefahrenabwehr die Kommunikationsanlagen für alle Tunnel ab 400 m Länge vorgeschrieben sind und dementsprechend auch eine 24-stündige Betriebsüberwachung gewährleistet sein muss.
3 Festlegungen zum Sicherheitsstandard
Auf der Grundlage der im Abschnitt 2 beschriebenen Sicherheitsstrategie sind in der RAST 2002, die in ihrer Endfassung nunmehr vorliegt, neue Festlegungen getroffen und bisher bereits vorgeschriebene Elemente optimiert worden. Im Folgenden wird auf die wesentlichen Punkte näher eingegangen.
3.1 Flucht-/Rettungswegkonzeption
Bei einem Brandfall setzt eine effektive Brandentrauchung (Brandabsaugung wie einseitiger Rauchabtrieb) erst nach 5 Minuten ein. In den ersten Minuten breiten sich daher Rauch und Temperaturen in Abhängigkeit von den entstehenden Strömungsverhältnissen im Tunnelfahrraum aus. Die sich auf Grund der Temperaturen einstellende Schichtung des Rauches wird häufig durch die Einbauten im Tunnel, durch die stehenden Fahrzeuge und die vorhandenen Strömungsverhältnisse gestört, so dass von einer Verrauchung des Gesamtquerschnitts in wenigen Minuten ausgegangen werden muss. Für die Selbstrettung müssen die ersten Minuten genutzt werden, wobei die Frage, wann sich der Nutzer zur Flucht entscheidet, von wesentlicher Bedeutung ist. Hier sind zwei Ausgangspunkte zu unterscheiden; zum einen der Nutzer in Brandortnähe und zum anderen der Nutzer im Fernbereich. Das Bild 4 zeigt ein Zeit-Weg-Diagramm der Rauchausbreitung und des Fluchtweges im Nahbereich.
Bild 4: Weg/Zeit-Diagramm Rauchausbreitung (30 MW) und Fluchtweg im Nahbereich
Der Nutzer, der sich im Nahbereich befindet, kann die Rauchentwicklung am Brandort direkt erkennen. Er kann aussteigen und zum nächsten Notausgang laufen. Auswertungen von Brandversuchen haben gezeigt, dass von der Rauchentwicklung bis zur Verrauchung des Querschnitts bis auf Personenhöhe bei den angenommenen Randbedingungen dieses Beispiels etwa 2 Minuten vergehen. Geht man von einer Geschwindigkeit von 3 bis 4 m/s für die Rauchausbreitung aus und einer Geschwindigkeit von 1,5 m/s für die flüchtende Person, wird die flüchtende Person nach 320 bis 380 m von der Rauchfront eingeholt. Bis zu diesem Zeitpunkt muss also der Notausgang erreicht sein
Im zweiten Fall gemäß dem Bild 5 befindet sich der Nutzer in der zum Stillstand gekommenen Wagenkolonne. Durch die vorausstehenden Fahrzeuge ist die Sicht auf den Brandort genommen. Bekommt der Nutzer keine weiteren Informationen, kann er den Rauch erst erkennen, wenn die Rauchzunge an der Decke das Heck des vorausstehenden Fahrzeugs erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt verlässt er das Fahrzeug und läuft zum nächsten Notausgang. Unter Berücksichtigung des auch im Stand einzuhaltenden Sicherheitsabstandes zum vorausstehenden Fahrzeug, einer Fluchtgeschwindigkeit von 1,5 m/s und einer Rauchausbreitungsgeschwindigkeit auf Personenhöhe von durchschnittlich 3,3 m/s in diesem Beispiel, ergibt sich eine Fluchtwegdistanz von ca. 280 m.
Bild 5: Weg/Zeit-Diagramm Rauchausbreitung (30 MW) und Fluchtweg im Fernbereich
Anhand verschiedenster Auswertungen von Szenarien ist in der RAST eine maximal zulässige Distanz der Notausgänge von 300 m festgelegt worden, die unabhängig von jeder weiteren technischen Ausstattung bei Neubauten eingehalten werden muss. Die Notausgänge führen in sichere Bereiche. Diese können die Umgebung, Querschläge zwischen Tunnelröhren, eine weitere Tunnelröhre, ein Rettungsstollen oder -schacht sein.
Auf Fluchtwege und Notausgänge ist durch geeignete Piktogramme im Abstand von ~ 25 m hinzuweisen. Die Piktogramme müssen das Fluchtwegsymbol sowie die Angabe der Entfernungen zu den nächstgelegenen Notausgängen enthalten (Bild 6).
Bild 6: Beispiel für ein Fluchtwegkennzeichen mit integrierter Orientierungsbeleuchtung
Des Weiteren kann die Fluchtwegkennzeichnung mit der Orientierungsbeleuchtung kombiniert werden. Sie soll im Brandfall möglichst punktuell den Notgehweg beleuchten, um eine Grundorientierung zu ermöglichen.
3.2 Lüftungsanlagen
Zur Belüftung von Straßentunneln kommen sowohl mechanische Längslüftungssysteme als auch Halbquer- und Querlüftungssysteme oder auch Kombinationen zum Einsatz. Um auch hier im Katastrophenfall effizient sein zu können, ist zum einen die Bemessungsbrandlast auf 30 bzw. 50 MW angehoben und zum anderen der Einsatz der mechanischen Längslüftung zur Entrauchung eingegrenzt worden. Rauchabzugseinrichtungen müssen bei Richtungsverkehrstunneln ab 2 000 m Länge vorhanden sein und bei Gegenverkehrstunneln ab 1 200 m Länge (Bild 7).
Bild 7: Lüftungsarten im Brandfall
Wird nach dem Bild 7 eine Rauchabsaugung über eine Zwischendecke gewählt, so muss diese mit steuerbaren Klappen versehen werden, um die vorzuhaltende Absaugleistung auf den Brandherd konzentrieren zu können.
3.3 Beleuchtungsanlage
Hinsichtlich des Beleuchtungsniveaus werden lange Tunnel nach verschiedenen Parametern klassifiziert, die Einfluss auf die Sehaufgabe haben. Diese sind Verkehrsstärke, Verkehrsart und -zusammensetzung, Vorhandensein von Ein- und Ausfahrten innerhalb des Tunnels, das Verhältnis von Wand- zu Fahrbahnbeleuchtdichte sowie die visuelle Führung (Bild 8).
Bild 8: Klassifizierung von langen Tunneln
Jedem der fünf Parameter wird ein Gewicht zugeordnet. Die einzelnen Gewichte werden summiert und führen so zu unterschiedlichen Beleuchtungsklassen. Je höher die Summe der Gewichte ist, desto höher ist das erforderliche Beleuchtungsniveau.
3.4 Verkehrsbeeinflussungseinrichtungen
Um einen sicheren Verkehrsablauf vor und im Tunnel zu gewährleisten, muss ein verkehrstechnisches Konzept erstellt werden, bei dem verschiedene verkehrliche Zustände sowie Stör- und Notfälle berücksichtigt werden. Der Umfang der verkehrstechnischen Ausstattung wird vor allem durch die verkehrlichen, baulichen und örtlichen Gegebenheiten beeinflusst, wobei betriebliche und verkehrliche Steuerungsmaßnahmen aufeinander abgestimmt sein müssen. Zum Einsatz gelangen drei abgestufte Ausstattungsvarianten, die in Abhängigkeit von der Länge des Tunnels, der Verkehrsbelastung und der zulässigen Höchstgeschwindigkeit gewählt werden (Bild 9).
Bild 9: Ermittlung der verkehrstechnischen Ausstattung
Hiernach erhalten alle Tunnel, die länger als 400 m sind, mindestens die Variante Grundausstattung. In der Grundausstattung sind Programme zur Geschwindigkeitsreduktion bei Störfällen vorgesehen sowie die Möglichkeit der Tunnelsperrung mit Hilfe von Lichtzeichenanlagen und Sperrschranken. Ein Beispiel einer Grundausstattung bei einem Richtungsverkehrtunnel zeigt das Bild 10.
Bild 10: Grundausstattung Beispiel für Richtungsverkehr
3.5 Kommunikationsanlagen
Zu den Kommunikationseinrichtungen zählen gemäß der RABT die Notrufstationen, die Videoüberwachung, der Tunnelfunk, der Verkehrsfunk und die Lautsprecheranlagen. Sie dienen der Verständigung zwischen Nutzer, Betreiber und Einsatzkräften und beeinflussen zum einen die Zeitkette zwischen Ereignismeldung bzw. Ereignisdetektion und Einsatz der Sicherheitskräfte und zum anderen die Optimierung des Einsatzes. Insbesondere kommt in diesem Zusammenhang der Verständigung und der frühen Ereignisdetektion eine besondere Bedeutung zu. Notrufstationen werden als begehbare Nischen vorgesehen (Bild 11).
Bild 11: Notrufstation für Bundesautobahnen
Der Nutzer öffnet eine Tür, begibt sich in einen vom Tunnelfahrraum abgekoppelten Bereich und kann sich mit den aufgeschalteten Stellen verständigen. Von außen sind lediglich die Feuerlöscher zugänglich, um schnell in Eigenregie Kleinbrände löschen zu können.
Um eine schnelle und sichere Ereignisdetektion und Lageeinschätzung zu ermöglichen, werden alle Tunnel ab 400 m Länge mit einer lückenlosen Videoüberwachung versehen und mit einer Lautsprecheranlage ausgestattet. Die Videoüberwachung erfolgt ereignisorientiert und programmgesteuert. Die Anlagen werden auf eine Betriebszentrale geschaltet, die 24 h pro Tag durch den Betreiber besetzt ist.
Unabhängig von den baulichen und örtlichen Gegebenheiten eines Tunnels muss gewährleistet sein, dass die Funkdienste der Feuerwehr, des Rettungsdienstes, der Polizei und der betrieblichen Straßenunterhaltung in den Tunnelröhren, den Technikräumen und eventuellen Querstollen ständig unterbrechungsfrei zur Verfügung stehen. Aufrecht zu erhalten sind:
- 1 bis 2 Kanäle Betriebliche Straßenunterhaltung
- je 1 Kanal Polizei im 2m-Band und 4m-Band
- je 1 bis 2 Kanäle Feuerwehr/Rettungsdienst im 2m-Band und 4m-Band.
Um diese Forderungen zu erfüllen, ist gegebenenfalls ein Tunnelfunksystem zu installieren, das auch die Umgebung der Tunnelportale sowie sonstige Zufahrten und die Betriebsgebäude einschließt.
Zusätzlich ist der Empfang mindestens eines UKW-Rundfunksenders mit Verkehrsfunkkennung zu gewährleisten, über den auch eine Einsprechmöglichkeit seitens der überwachenden Stellen gegeben sein muss.
3.6 Löscheinrichtungen
Neben der Vorhaltung von Handfeuerlöschern in den Notrufstationen erhalten Tunnel ab einer Länge von 600 m bzw. 400 m bei hoher Lkw-Fahrleistung eine Löschwasserleitung, die als Nasssystem auszuführen ist. Die Durchflussmenge von 1 200 l/min mit einem Entnahmedruck zwischen 6 und 10 bar muss über 1 Stunde gewährleistet sein. Für Tunnel, die keine eigene Löschwasserleitung erhalten, soll an den Portalen eine Wassermenge von 1 200 l/min bereitgehalten oder ein Löschwasserbehälter mit 72 m3 Inhalt vorgehalten werden.
Zur Löschwasserentnahme sind im Tunnel und an den Portalen genormte Entnahmestellen vorzusehen (mindestens ein abriegelbarer B-Anschluss), die im Tunnel in eigene Nischen, die den Notrufstationen gegenüberliegen, angeordnet werden.
3.7 Sicherheits- und Einsatzkonzept
Die Sicherheit eines Straßentunnels wird nicht nur durch die technischen und baulichen Vorkehrungen bestimmt, sondern auch durch Personen wie den Betreiber und die Einsatzkräfte. Es ist wesentlich, ob für einen möglichen Einsatz eine Berufsfeuerwehr, eine Stützpunktfeuerwehr oder eine freiwillige Feuerwehr zur Verfügung stehen. Verbunden sind hiermit unterschiedliche Ausstattungen und Qualifikationen der Einsatzkräfte sowie auch stark differenzierte Ausrück- und Anfahrtzeiten, die je nach der Lage des Tunnels von wenigen Minuten bis zu einer halben Stunde reichen können. Alle diese Einflüsse müssen in ein Sicherheits- und Einsatzkonzept einfließen, bei dem jeder Beteiligte im Ereignisfall weiß, was zu tun ist, wie etwas funktioniert und wie er sich verhalten muss.
4 Ausblick
Der wachsende Verkehr insbesondere im Teilsegment Güterverkehr stellt die Gesellschaft vor immer neue Aufgaben. Stellt man der Nachfrage ein adäquates Angebot gegenüber, so muss die Verkehrsinfrastruktur verbessert werden, einschließlich der dazu erforderlichen Kunstbauwerke wie Tunnel. Investitionen erfüllen dann ihren Zweck, wenn die Bevölkerung von den Einflüssen des Verkehrs entlastet wird und die Nachfrage gestillt wird. Von daher kann es nicht das Ziel sein, Teilverkehren die Nutzung von Straßentunnel zu verbieten.
Die vorgestellten Festlegungen in der RABT, Ausgabe 2002, führen zu einer Erhöhung der Sicherheit des Tunnelnutzers und einer Reduzierung des Restrisikos, so dass ein etwas erweitertes Brandszenario abgedeckt werden kann. Sie stehen zudem in weitgehendem Konsens mit unseren europäischen Nachbarländern.
Aber dennoch spiegeln die Festlegungen nur den derzeitigen Stand „der Regeln der Technik“ wider. Die technischen Entwicklungen gehen weiter und werden auch durch angelaufene und vor der Vergabe stehende Forschungsvorhaben unterstützt. Hierzu zählen die Verbesserung der Ereignisdetektion und die Optimierung der Fluchtwegkennzeichnung. Systeme zur Wärme- und Rauchreduzierung sowie automatische Löschsysteme sind ebenfalls in der Entwicklung.
Trotz aller Entwicklungen wird es eine 100%ige Sicherheit nicht geben und die Mittel, die ausgegeben werden können, sind und werden begrenzt bleiben. Von daher ist es sinnvoller, viele Projekte mit ca. nur 90 % Sicherheitsstandard zu realisieren als wenige Projekte mit 98 % Sicherheitsstandard.
Literaturverzeichnis
- Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Richtlinien für die Ausstattung und den Betrieb von Straßentunneln (RABT) Entwurf 2002, Köln
- PIARC/OECD: Transport of Dangerous Goods through Road Tunnels, 21. Welt-Straßenkongress, Kuala Lumpur, 1999
- Brandschutz in Verkehrstunneln, Forschungsbericht, STUVA Schlussbericht, Bundesanstalt für Straßenwesen, 2000
- Baltzer; Riepe: Kassel – Herleshausen „Mindestschutzmaßnahmen im Brandfall“, Gutachten im Auftrag des Amtes für Straßen- und Verkehrswesen Eschwege, 2000
- Baltzer; Riepe; März; Locher: Risikoanalyse Gefahrguttransporte auf der A 71 Thüringer Kammquerung, Gutachten im Auftrag des Thüringer Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Infrastruktur, Erfurt 2000
- Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: ZTV-lng, Teil 5 Tunnelbau, Abschnitt 4 Ausstattung, Entwurf 2002, Köln
- Baltzer; Braun: Elbtunnel Hamburg, Gutachten zum Sicherheitskonzept der 4. Röhre, Gutachten im Auftrag der Hansestadt Hamburg, Baubehörde, Tiefbauamt, Abteilung Großprojekte, September 2002
- BaItzer: Sicherheits- und Einsatzkonzept für den Tunnel Helsa im Zuge der A 44, Amt für Straßen- und Verkehrswesen Eschwege, 2002
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